MR的運檢作業支持系統在變電站中的應用

國網湖北省電力有限公司檢修公司 張 勇 許 悅 許 濤 李 非 楊 冰

本文介紹了MR（混合現實）技術在變電站中的應用，以荊門特高壓站400V開關和1000kV HGIS開關單元為例介紹運檢作業支持系統的架構設計、軟件設計等。

MR（混合現實）技術是基于虛擬現實技術誕生的，其經過將現實場景信息引進到虛擬空間，在客觀世界、使用者、虛擬空間間形成共享信息的回落，優化使用者的體驗。

為提高運檢人員的技能和安全水平，真實的反應現場設備的內部結構，利用MR（混合現實）技術對400V開關和1000kV HGIS開關單元各個組成部分進行三維建模，生成虛擬設備，實現設備內部結構仿真。

1 系統構架設計

可以通過虛擬現實平臺在計算機上實現人機交互的操作，其中包括對設備的虛擬拆卸、虛擬安裝、隱藏零部件等功能，通過交互式操作可以根據自身的知識掌握程度靈活選擇需要獲得的設備信息，以達到熟練掌握該設備詳細結構和指導檢修的目的。

依據系統框架的設計理念，為讓系統的可擴展性與可靠性得以顯著提升，把虛擬拆裝系統分成三個層級，其一是數據層，其二是控制層，其三是交互層。詳細情況見圖1。

圖1 系統開發架構

（1）數據層的功能是搜集處理系統所需要的所有信息且妥善儲存，滿足系統所有程序運用。數據獲取包含模型的構建與數據工具的設置，模型的構建以機器零件的立體圖為基礎，數據工具的作用是獲取模型數值且自動生成依賴表與邏輯數據，且將其完整儲存。

（2）控制層的功能是對數據層所獲得的信息進行解讀，且依據邏輯關聯進行恰當的操作。系統拆裝邏輯是讓系統所有功能有效達成的關鍵，主要包含兩個部分，其一是順序邏輯，其二是連接邏輯。經過設置拆裝邏輯對信息進行充分解讀，對系統的各種運行行為加以管控，按照工藝要求分拆與安裝模型部件。

（3）交互層的功能是基于混合現實環境達成自然交互，通常交互有兩種類型，分別是語音交互與手勢交互。讓使用者可以依托手對機器部件進行操控，完成自然交互，且讓機器模型可以依據操作指令運行，達成拆卸與安裝過程的仿真呈現。

2 系統軟件設計

系統軟件設計包括：首頁展示、菜單操作、虛擬盤柜模型等。其中菜單操作包括：手勢交互、語音交互、對虛擬盤柜原理解說、虛擬盤柜旋轉、虛擬盤柜的縮放、虛擬盤柜模型拆裝及邏輯、虛擬盤柜模型操作各個過程中詳細文字信息等。

2.1 手勢交互

其指的是一根手指與多根手指手勢的組合操作，單指手勢大多用以完成點擊手勢，也就是在虛擬環境點擊。詳細而言，操作方式是將光標停留在要操控的客體上，將手握成拳狀之后將食指伸出，保持筆直，之后進行上下位置的移動，能夠實現移動，旋轉，縮放功能；

2.2 語音交互

語音交互允許用戶直接通過語音對全息影像進行管控，無需使用手勢，從而將人們的雙手釋放出來。與凝視技術相融合，使用者僅需凝視全息影像之后以語言的方式表達指令便能夠實現交互。這種交互模式屬于自然型，其可以讓繁雜的交互過程變得簡單，利用一條語音指令便能夠縮減諸多繁雜的UI菜單，為設計與操作活動提供了便捷條件，與自然交互的設計思想更契合。虛擬拆裝系統讓依照工藝要求對機器部件進行拆分與安裝的虛擬呈現變成了現實，依據虛擬拆裝系統語言交互所必須的要求，對語音交互關鍵詞進行設定。

2.3 對虛擬盤柜原理解說

展示當前盤柜的工作原理，可以詳細的直觀的顯示盤柜的工作原理；盤柜是依照電氣接線的規定把保護電器、開關設施、輔助設施安裝在半封閉或者完全封閉的屏幅亦或金屬柜上，形成低壓配電設備。日常運行過程中可依托自助開關亦或手動開關讓電路接通或者中斷。出現故障亦或在異常情況下運行的過程中依托保護電器發出警示信號或者將電路中斷。依托測量儀表能夠看到運行過程中的所有參數，并且能夠調節其中的部分電氣指數，對異常工作狀態發出警示信號。

2.4 虛擬盤柜模型拆裝及邏輯

在虛擬拆卸與安裝時，系統要“了解”哪部分機器零件是關聯在一起的，也就是系統需要和人近似知曉部件的內在連接關聯，和當對某些部件進行拆裝時對其他部件會造成什么樣的影像，也就是使系統“掌握”部件連接的特征。為此，虛擬拆裝系統連接邏輯包括下述兩個層面：其一，隨意2個能夠連接的部件，能夠組裝到一起，也能夠順利分開。其二，連到一起的多個部件，當挪動某個時，和其連接的部件都會產生聯動，而其的相對位置維持原狀。機器部件的拆卸與安裝過程近似于遞歸理論或者分形理論，對某個部件或者多個部件構成的整體來說，兩者的操作與管理基本無異。

2.5 虛擬盤柜模型操作各個過程中詳細文字信息

展示虛擬盤柜各個零件詳細信息文字信息；虛擬盤柜設備結構復雜，零部件之間的協同運作緊密，這就需要在展示中有個詳細信息展示更能清楚直觀的展現拆裝過程。

2.6 虛擬盤柜模型

圖2 400V開關柜模型

圖3 1000V開關單元模型

虛擬盤柜模型是服務于系統拆卸與安裝活動的模型信息，依據擬拆卸與安裝的盤柜部件構建立體模型，盤柜模型的構建成果對于使用者在拆分和安裝時的交互體驗有很大程度的影響，為此應當盡量讓部件模型與真實的形狀一樣。經過對立體模型構建系統功能、模型構建成效、困難程度、優勢的對比，本人使用3DS Max的方法完成機械部分模型的構建。如圖2、圖3為建模模型。

結語：利用MR（混合現實）技術的特點，通過虛實結合、強化訓練提高教學效率，同時可利用軟件采集檢修、操作數據，為分析和研究運檢水平打下基礎，提高工作效率。