专利名称：一种电力变电站新型仿真系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力变电站新型仿真系统。
背景技术：
危及电网的事故时有发生，人身伤亡事故未能杜绝，对于电力系统中的操作人员进行培训、提高操作人员的技术水平和自主安全防范意识非常重要，适应了现在生产形势的要求。随着智能电网建设的逐步推进，大量新产品、新设备和新工具广泛得到应用，传统式电力系统培训具有以下几点不足:一是培训较为被动，操作人员参与机会少，缺乏积极性；二是培训方式单一，操作人员短时间内难以迅速掌握相关知识和技术；三是一些重大安全事故的真实场景无法再现，操作人员直观感受不足，培训效果并不理想。目前较为常用的为视频培训和基地实训，前者的培训方式较为被动，受训人员无法获得实际操作，后者虽然能让操作人员实际操作，但所需成本较大且再现的事故现场类型较为局限，同时存在安全隐患。
发明内容本实用新型的目的是提供一种用于电力系统中培训操作人员的电力变电站新型仿真系统。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种电力变电站新型仿真系统，用于电力系统中培训操作人员，包括控制系统，包括可接收、发送信号并能够根据所接收的信号进行动态模拟的控制电脑；动态捕捉系统，包括动态捕捉场地、供处于所述的动态捕捉场地中的所述的操作人员穿戴的动态捕捉衣服和震动手套，所述的动态捕捉场地包括操作场地、设置在所述的操作场地地面上的虚拟行走器、若干个跟踪摄像头，所述的虚拟行走器包括行走板和设置在所述的行走板上的若干个震动传感器，所述的操作场地及其上方的区域形成仿真系统的虚拟仿真空间，若干个所述的跟踪摄像头设置在所述的虚拟仿真空间中并发射动作捕捉信号，且所述的虚拟仿真空间全部处于所述的跟踪摄像头的拍摄范围之内；所述的动态捕捉衣服包括衣服本体和固定设置在所述的衣服本体上的动作捕捉节点设备，所述的动作捕捉节点设备包括若干个能够将所述的跟踪摄像头所发出的动作捕捉信号反射回所述的跟踪摄像头的捕捉信号反射小球；所述的震动手套包括手套本体、设置在所述的手套本体的手心处的震动器、设置在所述的手套本体与外界物体接触的表面的接触器；所述的震动传感器、所述的跟踪摄像头、所述的震动手套上设置的所述震动器和所述接触器均通过信号与所述的控制电脑相连接；显示系统，包括数据头盔，所述的数据头盔包括头盔式支架、与所述的控制电脑通过信号连接并显示所述的控制电脑生成的虚拟场景的显示屏，所述的显示屏设置在所述的操作人员眼部的正前方且与所述的头盔式支架相固定连接。[0009]优选地，所述的虚拟仿真空间呈长方体，所述的虚拟仿真空间的各个顶点处均设置有所述的跟踪摄像头。优选地，所述的动作捕捉节点设备还包括有粘扣，所述的粘扣由粘环和固定带组成，每个所述的粘环上固定设置有四个所述的捕捉信号反射小球。优选地，所述的震动器为微型震动马达。优选地，所述的手套本体的五个手指上设置有所述的接触器，每个所述的接触器由两条固定带固定设置于所述的手套本体的手指上。优选地，所述的接触器为压敏传感器。优选地，所述的头盔式支架包括绕在操作人员头顶的顶部支架和绕在操作人员头后部的后部支架，所述的顶部支架的两端部和所述的后部支架的两端部相固定连接，所述的顶部支架的两端还固定设置有前端固定带，所述的后部支架的中部固定设置有后端固定带。优选地，所述的前端固定带包括第一固定带和第二固定带，所述的第一固定带的长度大于所述的第二固定带的长度，所述的第二固定带上还设置有带长调节扣。优选地，所述的后端固定带的一端固定设置于所述的后部支架的中部，所述的后端固定带的另一端设置有一挂钩。优选地，所述的电力变电站新型仿真系统还包括供观众观看的投影系统，所述的投影系统包括与所述的控制电脑相信号连接的3D投影机、显示所述的3D投影机投影出的画面的投影幕，所述的投影幕设置在所述的3D投影机的正前方。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点:本实用新型中的控制电脑可根据动态捕捉系统收集到的信号进行动态模拟并将虚拟场景实时地显示在操作人员眼前的显示屏上，使得操作人员可以获得逼真的现场体验，既避免了参与真实事故处理时所可能面临的安全问题，又使培训方式从书本教条式的抽象被动型向现场体验认知型转变，实现交互、生动、高效的培训。
附图1为本实用新型的系统结构示意图；附图2为本实用新型中动态捕捉场地的立体示意图；附图3为本实用新型中动态捕捉衣服的主视示意图；附图4为本实用新型中动作捕捉节点设备的细节图；附图5为本实用新型中震动手套的立体示意图；附图6为本实用新型中数据头盔的立体示意图。以上附图中:1、虚拟行走器；2、操作场地；3、跟踪摄像头；4、操作人员；5、控制电脑；6、3D投影机；7、投影幕；8、观众台；9、围栏；10、缺口 ；11、上衣；12、裤子；13、粘扣；14、捕捉信号反射小球；15、动作捕捉节点设备；16、手套本体；17、震动器；18、接触器；19、顶部支架；20、后部支架；21、显示屏；22、第一固定带；23、第二固定带；24、后端固定带；25、带长调节扣；26、挂钩。
具体实施方式
[0027]
以下结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。如附图1所示的一种电力变电站新型仿真系统，用于电力系统中培训操作人员，包括控制系统、动态捕捉系统、显不系统和投影系统。控制系统包括一台可接收和发送信号的控制电脑5，该控制电脑5可对接收到的信号进行动态模拟。动态捕捉系统包括动态捕捉场地、动态捕捉衣服和震动手套，接受培训的操作人员4处于动态捕捉场地中，同时穿戴好动态捕捉衣服和震动手套。动态捕捉场地包括操作场地2、虚拟行走器I和若干个跟踪摄像头3，操作场地2呈长方形，其四周设置有围栏9，某一边的围栏9上还设置有供操作人员4进出操作场地2的缺口 10，操作场地2及其上方的区域形成仿真系统的虚拟仿真空间呈长方体，虚拟行走器I包括设置于操作场地2地板上方的行走板和设置在行走板上的若干个震动传感器，震动传感器可用于收集操作人员4行走时行走板的震动频率(即操作人员的踏步频率)，并将所收集到的信号传输给控制电脑5，控制电脑5可根据踏步频率来实现3D虚拟场景中的仿真人物的慢走、正常行走、跑步或原地不动等行走模式；跟踪摄像头3共八个，分别设置在虚拟仿真空间的八个顶点处，虚拟仿真空间全部处于跟踪摄像头3的拍摄范围之内；动态捕捉衣服包括衣服本体和固定设置在衣服本体上的动作捕捉节点设备15，衣服本体一般分为上衣11和裤子12，上衣11的两只袖子和裤子12的两条裤腿上相对称地设置有数量相等的动作捕捉节点设备15，一般每只袖子和每条裤腿上都会间隔地设置有两个动作捕捉节点设备15。动作捕捉节点设备15由粘扣13和捕捉信号反射小球14组成，粘扣13具体地包括一环扣和两条固定带，均可以通过缝制的方式固定设置在衣服的各个需要佩戴动作捕捉节点设备15的地方，捕捉信号反射小球14均匀地分布在环扣上，每个动作捕捉节点设备15 —般包括四颗捕捉信号反射小球14。捕捉信号反射小球14可将跟踪摄像头3所发出的红外线信号反射回跟踪摄像头3，跟踪摄像头3再将接收到的反射回的信号传输给控制电脑5，控制电脑5经过软件处理来实现仿真人物的动作和位移。震动手套包括手套本体16、震动器17和接触器18，震动器17可米用扁平式震动马达，设置于手套本体16的手心处，接触器18 —般为压敏传感器，设置于手套本体16与外界物体接触的表面，具体设置在手套本体16的五个手指上，每个接触器18由两条固定带固定于手指上，当操作人员4戴着震动手套接触到某物体时，压敏传感器可将信号传输给控制电脑5，控制电脑5再根据不同的信号产生不同的效果，如果操作人员4的该操作会产生震动的反应，则控制电脑5再将震动信号反馈给震动器，震动器再根据具体的信号来产生不同的震动方式，模拟不同操作的结果。显示系统包括数据头盔，戴在操作人员的头部，该数据头盔包括头盔式支架和显示屏21，头盔式支架由顶部支架19和后部支架20组成，顶部支架19绕在操作人员4的头顶呈半圆形，后部支架20则绕在操作人员4的头后部，顶部支架19的两端部与后部支架20的两端部相固定连接设置。显示屏21设置于操作人员4眼部的正前方，其两端部垂直设置于顶部支架19的两端。该数据头盔还包括在顶部支架19的两端设置有前端固定带，在后部支架的中部设置有后端固定带24。前端固定带由第一固定带22和第二固定带23组成，第一固定带22的一端和第二固定带23的一端分别通过设置在顶部支架19两端部的固定环设置于顶部支架19上，第一固定带22的长度大于第二固定带23的长度，第二固定带23的末端还设置有带长调节扣25，可将第一固定带22穿过该带长调节扣25，根据操作人员4的需要调节成合适的长度，这样当操作人员4的头部左右转动时可避免因为头盔两侧固定效果不佳而导致头盔的位置偏移。后端固定带24的一端固定设置于后部支架20的中部，另一端上设置有挂钩26，一般可将其钩在操作人员4的皮带或者裤子口上，当头盔有向前倾的趋势时，该后端固定带24可产生向下的拉力，从而阻止头盔前倾。显示器21与控制电脑5通过信号相连接，控制电脑5所模拟的虚拟场景可在显示器21上显示供操作人员4观看。本电力变电站新型仿真系统还包括有供现场观众观看的投影系统，包括3D投影机6和投影幕7，3D投影机6与控制电脑5相信号连接，可将控制电脑5模拟的虚拟场景投影到投影幕7上，观众台8的正前方设置有投影幕7，3D投影机6设置于投影幕7的后方，坐在观众台8上的观众可戴上3D眼镜来观看模拟场景。本电力变电站新型仿真系统可使接受培训的操作人员4身临其境，体验变电站日常演习和事故发生时的场景，操作人员4可在数据头盔的显示屏21上看到仿真场景并作出相应的真实操作，如拿取继电器等特定道具、按下开关、移动旋转或拆装机械部件等，也可两人进行协同的三维虚拟现实操作，动作捕捉系统将所采集到的操作人员4的动作信号传输给控制电脑5，控制电脑5再对信息进行整合处理并作出不同的反馈，同时让虚拟环境中的仿真人物与操作人员4的行为保持实时一致。使用本电力变电站新型仿真系统培训电力系统中的操作人员4，既可以让操作人员4感受到逼真的现场体验、了解现场情况并熟悉事故处理的操作，同时也可避免操作人员4真实地接触到事故现场所可能引发的安全问题。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电力变电站新型仿真系统，用于电力系统中培训操作人员，其特征在于:包括 控制系统，包括可接收、发送信号并能够根据所接收的信号进行动态模拟的控制电脑； 动态捕捉系统，包括动态捕捉场地、供处于所述的动态捕捉场地中的所述的操作人员穿戴的动态捕捉衣服和震动手套，所述的动态捕捉场地包括操作场地、设置在所述的操作场地地面上的虚拟行走器、若干个跟踪摄像头，所述的虚拟行走器包括行走板和设置在所述的行走板上的若干个震动传感器，所述的操作场地及其上方的区域形成仿真系统的虚拟仿真空间，若干个所述的跟踪摄像头设置在所述的虚拟仿真空间中并发射动作捕捉信号，且所述的虚拟仿真空间全部处于所述的跟踪摄像头的拍摄范围之内；所述的动态捕捉衣服包括衣服本体和固定设置在所述的衣服本体上的动作捕捉节点设备，所述的动作捕捉节点设备包括若干个能够将所述的跟踪摄像头所发出的动作捕捉信号反射回所述的跟踪摄像头的捕捉信号反射小球；所述的震动手套包括手套本体、设置在所述的手套本体的手心处的震动器、设置在所述的手套本体与外界物体接触的表面的接触器；所述的震动传感器、所述的跟踪摄像头、所述的震动手套上设置的所述震动器和所述接触器均通过信号与所述的控制电脑相连接； 显示系统，包括数据头盔，所述的数据头盔包括头盔式支架、与所述的控制电脑通过信号连接并显示所述的控制电脑生成的虚拟场景的显示屏，所述的显示屏设置在所述的操作人员眼部的正前方且与所述的头盔式支架相固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的虚拟仿真空间呈长方体，所述的虚拟仿真空间的各个顶点处均设置有所述的跟踪摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的动作捕捉节点设备还包括有粘扣，所述的粘扣由粘环和固定带组成，每个所述的粘环上固定设置有四个所述的捕捉信号反射小球。
4.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的震动器为微型震动马达。
5.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于: 所述的手套本体的五个手指上设置有所述的接触器，每个所述的接触器由两条固定带固定设置于所述的手套本体的手指上。
6.根据权利要求1或5所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的接触器为压敏传感器。
7.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的头盔式支架包括绕在操作人员头顶的顶部支架和绕在操作人员头后部的后部支架，所述的顶部支架的两端部和所述的后部支架的两端部相固定连接，所述的顶部支架的两端还固定设置有前端固定带，所述的后部支架的中部固定设置有后端固定带。
8.根据权利要求7所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的前端固定带包括第一固定带和第二固定带，所述的第一固定带的长度大于所述的第二固定带的长度，所述的第二固定带上还设置有带长调节扣。
9.根据权利要求7所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的后端固定带的一端固定设置于所述的后部支架的中部，所述的后端固定带的另一端设置有一挂钩。
10.根据权利要求1所述的一种电力变电站新型仿真系统，其特征在于:所述的电力变电站新型仿真系统还包括供观众观看的投影系统，所述的投影系统包括与所述的控制电脑相信号连接的3D投影机、显示所述的3D投影机投影出的画面的投影幕，所述的投影幕设置在所述的3D投影机的正前 方。
专利摘要本实用新型涉及一种电力变电站新型仿真系统，用于电力系统中培训操作人员，包括控制系统、动态捕捉系统和显示系统。控制系统包括可接收、发送信号并能够根据所接收的信号进行动态模拟的控制电脑；动态捕捉系统包括动态捕捉场地以及操作人员穿戴的动态捕捉衣服和震动手套；显示系统包括用于显示虚拟场景的数据头盔，动态捕捉系统和显示系统均通过信号与控制系统相连接。本实用新型中的控制电脑可根据动态捕捉系统收集到的信号进行动态模拟并将虚拟场景实时地显示在操作人员眼前的显示屏上，使得操作人员可以获得逼真的现场体验，既避免了参与真实事故处理时所可能面临的安全问题，又可让接受培训的操作人员得到高效的培训。
文档编号G09B9/00GK203165263SQ20132011971
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者倪春, 李世倩 申请人:江苏省电力公司, 国家电网公司, 江苏省电力公司生产技能培训中心