前言
社会经济发展日益复杂化催生了更为庞大的电力需求，电网规模亦迎来了快速发展的时期，对相关工作人员，特别是变电站工作人员的专业素质要求日渐提升，传统的变电站巡检培训体系业已不符合当前电网的发展形势，培训内容与变电站实操环境的割裂性往往导致相关培训效果不尽人意。虽然近年来陆续开展了基于桌面虚拟现实技术的巡检仿真培训系统应用的实践，然而在交互体验方面依然存在着明显的不足之处，且实际的操作过程复杂繁琐，实践收效甚微。引入VR技术的可视化变电站巡检仿真培训系统，通过强化人员的沉浸感，让其置身于近乎精准复刻的变电站虚拟环境中，能够大大提升相关培训成效，使其更为直观地感受到实际变电站巡检工作可能遇到的各类情形，培训的质量显著提升。
1、基于沉浸式虚拟现实的可视化变电站巡检培训系统
开展研究的基于沉浸式虚拟现实的可视化变电站巡检培训系统，是在结合VR技术以及计算机三维建模技术的基础上，通过相当程度的实际变电站场景虚拟再现的方式，实现电网受训相关员工可视化巡视以及对应交互操作的新型系统。该系统能够将受训员工交互操作的相关数据以及信息传送至后台数据库中，并以科学的方式予以评估，从而对其针对性的操作强化提供及时的指导，切实降低其日后在实际操作过程中出现纰漏的可能性。
基于沉浸式虚拟现实的变电站巡检培训系统架构如图1所示，具体包括以下几个功能模块：一是对象渲染模块，包括的内容主要有场景以及变电站电气设备的虚拟模型；二是虚拟操作界面，包含针对变电站内设备进行检修培训的相关操作内容；三是虚拟巡视，涵盖在基于变电站的虚拟空间内进行漫游、视角变化的具体内容；四是数据库模块，主要起到存储虚拟空间对象以及用户操作的相关信息。变电站巡检仿真培训系统的用户需要先经由输入设备向系统进行相应操作意图的传达，系统在经过判定后对交互任务的执行予以确定，最后则将结果经由输出设备反馈给用户。
图1基于沉浸式虚拟现实的变电站巡检培训系统架构
2、系统设计
2.1依照变电站电气设备特性进行建模
基于沉浸式虚拟现实的变电站巡检培训系统，对变电站电气设备进行建模是其设计内容体系中的重中之重，按照电气设备的特性，可以电气、物理、动作等三方面的划分方式对其特性进行对应的建模操作。物理特性建模需要注重包括电气设备形状色泽等在内的静态特性。此外，为了将电气设备具体的材质特征能够以最为准确的形态呈现出来，需要到变电站实际场地中进行取景拍照，并将设备材质图片上传至3DMax平台进行纹理贴图渲染等一系列相关的处理。
2.2参考变电站实际布局进行场景建模
进行变电站实际布局场景建模时，需要选择3DMax作为场景建模的使用软件，具体来说，场景建模可以分为环境、漫游、操作三个层面。环境场景是总体上对变电站的环境进行囊括，包括绝大部分的自然环境要素，如变电站的气候、天气等，当然，也可以加入气温等因素，可以以数据框呈现的方式进行；漫游场景则以单元外观为主，涵盖一次电气设备、控制室等，进行此部分的建模操作时应秉持细致全面的原则，不断提升建模场景的真实性，以切实提升受训者的浸入感；操作场景则是标的变电站各种设备的操控场景，及其实际的动作特性等，如主变压器的检修详细流程场景等，其间虚拟动作亦不能少。
2.3建立虚拟现实的仿真培训系统
待上述操作完毕后，需要认识到3DMax制作的模型格式是无法被Unity直接调用的，还需要通过运用第三方插件的办法把模型格式.3ds以FBX格式导入进Unity3D中。此外，通过脚本编写的方式将VRML功能进行扩展，连接虚拟变电站以及巡检仿真培训系统，达到丰富交互内容以及高级应用内容的目标，如受训人员漫游巡视、粒子特效开展景物模拟、检修操作训练人际互动界面等，以期实现虚拟场景的构建与真实效果更加贴近。
3、系统实现及其应用
3.1系统建构实践
首先，变电站虚拟场景的建模以及接口的定义主要是运用VRML来予以实现；其次，VRML功能的拓展以编写脚本的方式进行，利用的语言主要是Java以及JavaScript。系统结构的总体框架如下：将变电站虚拟场景中不同节点的不同状态通过VRML输入Java程序之中，同时变电站仿真巡检系统则将仿真数据输入进Java程序中，随即以控制变量的形式对仿真巡检系统的节点状态的变化予以把控。
3.2人员操作实践
系统设计初衷在于强化受训人员的实践能力，通过基于沉浸式虚拟现实的可视化变电站巡检培训系统，实际的操作者能够对变电站一、二次设备的具体情况进行检查。对电气设备的正常状态予以确认，明晰各类设备正常运转的特点；对异常状态进行排查，以锻炼受训者发现故障隐患的洞察能力；对事故状态展开处理，期间可以指导性线索引导的方式进行，帮助受训者层层递进深入，强化其电气设备故障处理能力。此外，为进一步提升受训人员巡检培训的成效，还可以通过在系统中设置相应故障点的方式，让人员能够在虚拟环境中进行反复的尝试与训练，同时辅之以必要的评价机制对人员的故障点排查训练予以考核。
3.3虚拟巡视实践
在系统所构建出的虚拟变电站场景中，受训人员能够按照确定的巡检路线对场景进行自主的巡视漫游，可以在真实感得到巨大提升的基础上观察各类电器设备运行的动作特性，使得巡检过程中相关要点能够以一种自然的方式沉淀在受训人员的脑海中。巡检路线中具体的内容，如止步高压危险标识、电容器、电抗器等均能以文字插入框的方式呈现在浸入漫游人员的眼中，受训者可以对其具体的形态进行科学完整的把握。以电容器为例，瓷件部分外表的清洁程度、破损情况、有无裂纹、有无脏污等现象均能直观呈现，加之故障点设置可以让受训者先自行检视，随后再以文本框跃入的方式对其检视结果加以矫正。
4、结语
总而言之，基于沉浸式虚拟现实的可视化变电站巡检培训系统，在强化受训人员与虚拟变电站场景交互体验的基础上，能够显著地提升变电站巡检训练工作的成效，有效缓解对实地变电站场景培训的依赖性，同时，最终切实提升受训人员在巡检工作中的实操能力。电网在实际工作的开展过程中，需要重视对该系统的认识与把握，积极引进虚拟现实技术不断促进变电站巡检仿真培训机制的高效运行。
参考文献
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