基于VR的電氣試驗模擬與仿真技術研究

摘 要：本文簡述了虛擬現實（VR）技術的特點，結合VR項目開發的基本過程，以交流耐壓試驗的仿真開發為例闡述了VR技術在電氣試驗模擬與仿真培訓中的應用。

關鍵詞：VR;電氣試驗;交流耐壓;仿真培訓

中圖分類號：TP391.9;TM831;TS803 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）01-0117-03

Abstract：This paper briefly describes the characteristics of virtual reality （VR）technology，combined with the basic process of VR project development，taking the simulation test of AC voltage withstand test as an example，expounds the application of VR technology in electrical test simulation and simulation training.

Keywords：VR（virtual reality）;electrical test;AC withstand voltage;simulation training

0 引 言

虛擬現實技術（又稱VR技術）是運用計算機與智能設備，模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬與交互代替人眼對真實世界的影像與操作，讓用戶有如同身歷其境一般的體驗。在過去的十年間里，虛擬現實技術飛速發展，在各行各業的應用也有了較大的突破。鑒于電氣試驗等崗位工作人員更新比較頻繁、專業技能水平參差不齊、人為誤操作事故仍不能完全杜絕等因素，加強崗位相關能力培訓是關鍵。而應用虛擬現實技術，借助虛擬現實沉浸感、交互性和構想性三大特性，使學員充分掌握電氣試驗的操作流程，是有效的解決傳統電氣試驗培訓的有效途徑之一。這樣，學生可以在虛擬現實的超高壓的實驗環境中，反復的操作、訓練和學習考核，保證在安全的環境下學員掌握和理解相關操作的能力。

1 電氣試驗與VR技術概述

（1）電氣試驗是指電氣系統、電氣設備投入使用前，為判定其有無安裝或制造方面的質量問題，以確定新安裝的或運行中的電氣設備是否能夠正常投入運行，而對電氣系統中各電氣設備單體的絕緣性能、電氣特性及機械性等，按照標準、規程、規范中的有關規定逐項進行試驗和驗證。通過這些試驗和驗證，可以及時地發現并排除電氣設備在制造時和安裝時的缺陷、錯誤和質量問題，確保電力系統和電氣設備能夠正常投入運行。電氣試驗系高危場所、安全風險最高的電氣操作，其安全穩定運行是國民經濟穩步發展的重要基礎。

（2）VR技術，即虛擬現實技術，是利用可穿戴VR設備和計算機系統等，將基于計算機模擬設計的，融合眾多的視、聽、觸等的信息，以3D模擬的形式展現給使用者。使用者通過空間以及視角的轉換，可以觀察到虛擬空間內大量的信息。另一方面，通過人機交互技術以及觸覺反饋技術，使用者可以在虛擬空間中進行模擬操作，從而獲得身歷其境般的體驗和感受。

（3）基于VR開發電氣試驗項目的意義。構建基于VR開發電氣試驗項目利于解決人員培訓和實操訓練的現象情景和事故演練的感受性、重復性以及整體縮減規模培訓投入，對降低培訓設施損壞和事故，提高培訓成效等具有重要的現實意義。

2 基于虛擬現實技術的電氣試驗開發技術

本項目基本上按照典型VR項目開發流程實施，包括如下部分：

2.1 項目策劃部分，主要是先分析出典型項目的操作步驟

以工頻交流耐壓試驗為例，需要進行的操作步驟大致有如下9項：

（1）將被試品對地充分放電，拆除對外一切聯線;

（2）將試品表面擦拭干凈，搖測絕緣電阻值并記錄，絕緣電阻值必須合格;

（3）檢查試驗設備是否完好，檢查指示儀表為零，調壓器置零位，水電阻中應充滿水，其排氣孔暢通;

（4）按圖正確接線，經檢查無誤;

（5）根據試品型號確定試驗電壓，球隙的放電電壓為試驗電壓的1.15-1.20倍，調整球隙的距離，距離查附表;

（6）不接試品，均勻零起升壓至試驗電壓，檢查試驗，檢查試驗變壓器及其它設備是否能正常工作。繼續升壓，檢查放電球隙的距離是否合適，過流繼電器能否可靠動作;

（7）接上試品，均勻零起升壓至試驗電壓，1mm后迅速降壓至零，拉開電源，將試品對地充分放電;

（8）斷開試品電源，測量絕緣電阻并記錄;

（9）拆除試驗接線，清理試驗現場。

2.2 流程開發與重組

根據上述步驟，開發出本項目相應的流程如圖1所示。

2.3 項目實施

項目實施包括數字化建模、交互、反饋、測試等環節，本項目通過3D MAX三維建模軟件，對場景構建較為真實的虛擬數字化模型和相關動畫;利用功能強大的Unity虛擬現實開發引擎，導入虛擬數字化場景，模擬現有的物理世界，設計現實并超越現實的各種虛擬交互場景，實現各種特有的交互功能;采用HTC Vive設備，充分感受沉浸式的人、機交互體驗，在交互中學習、感知，感受學習的樂趣。如圖2。

3 效果及總結

VR技術應用于電氣操作試驗中做模擬培訓是一種低成本、高效率、安全可靠的方式，有助于降低工作難度和應用于培訓中提高培訓效率，本項目的實現充分體現了VR技術的優點和特點：

（1）沉侵感?；赩R技術在沉浸式電氣試驗工作中的應用，通過智能可穿戴設備直觀的三維界面對虛擬試驗變壓器等設備進行操控，提升了用戶體驗及視覺沖擊。

（2）交互性。虛擬現實技術使用戶在沉浸模式下使用虛擬的手柄操作設備或開關，還可以對三維場景內的試驗設備進行拆解和組裝，既提高了管理效率，也降低了由于誤操作造成的風險。

（3）電力試驗演練?；谔摂M現實技術實現電氣試驗標準事故演練仿真應用，系統根據預設的事故方案布置現場，通過VR設備以形式同進入三維虛擬場景，以沉浸式的交互體驗進行協同處理，標準電氣試驗仿真應用，讓模擬演練人員身臨其境的感受發生事故的現場環境，有助于提高電力工作人員對電氣試驗的預判能力，從而提高電力設備的安全運行能力，如圖3所示。

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作者簡介：葉德云（1973-），男，漢族，廣東韶關人，碩士，副教授。主要研究方向：計算機仿真與監控技術。