一种电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于牵引变电所操作培训技术领域，具体涉及一种电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统及方法。
【背景技术】
[0002]牵引变电所是电力机车安全稳定运行的关键节点和重要组成部分，在电气化铁路推进过程中起着举足轻重的作用。其中，牵引供电所运维人员扮演着重要角色和承担着重大责任，并面临着不断提高技术素养和业务能力的巨大压力和迫切需求。随着电气化铁道的快速建设以及大功率电力机车和高速动车组的大量上线运行，电气化铁路牵引供电网络规模也在不断扩大。为了能保证牵引供电系统的安全稳定运行，需要为牵引供电系统从事设备维护、状态检修人员提供全面系统的培训，电力系统对该类人员的理论水平和现场经验均有较高的要求，因此，对牵引供电系统调试、运行检修培训领域也提出了更高的要求，希望有一种好的培训方式能满足培训需求。
[0003]传统的培训方式为现场实训的培训方式，可以让学员在真实的环境中进行实践学习，其优点是:学员接触的是真实的现场条件，对电力系统现场、真实的变电所环境、真实的电气设备、调试试验设备有一个感官上的认识；由于可以亲自动手操作，学员相对比较容易接受相关知识，但是其还是很多缺点，具体如下:真实的电力系统现场，几乎全天处于正常运行状态，不能为学员提供实际操作条件，如果想要操作，就需要切断电力系统中某一部分让其停止工作，这样显然很不现实，会对电力系统的正常运行产生很大影响，同时现场都是高压带点运行，实际带电操作也十分危险，基本不可行，培训代价大，因此，传统的培训方式不能满足培训需求，是当前急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题是克服现场实训的培训方式，不能为学员提供实际操作条件，实际带电操作也十分危险，培训代价大的问题。本发明的电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统及方法，利用三维仿真建模软件、动画制作软件及辅助软件创建三维可视化仿真培训系统，能有效调动培训对象的视觉、听觉等多种感知器官参与感知活动，有助于对培训内容的理解和接受，学员可自主选择学习内容和难易程度，为培训对象发挥积极性、获得有效认知创造良好条件，通用性强、培训周期短、交互界面友好、代入感强，具有良好的应用前景。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统，其特征在于:包括底层数据服务层，包括实时数据库、历史数据库和数据脚本，用于存储培训、调试、检修的实时和历史数据；存储学员成绩、成绩评测、成绩分析；
中间调用层，包括消息总线单元、服务总线单元、数据库访问操作单元，用于建立底层数据服务层与应用层的数据调用； 应用层，包括设备模型模块、检修仿真模块、教学影片模块、培训教学模块、考核系统模块、成绩管理模块、用户管理模块，
所述设备模型模块，用于提供电气化铁路牵引变电所内各设备的三维模型结构以及剖视动画的结构，根据图纸或者实物对电力设备模型进行建模，并采用文字文本、三维交互模型、三维动画素材形式仿真展示主设备、辅助设备、金属结构设备的外观、组成、物理结构以及电气功能；
所述检修仿真模块，用于调用设备模型模块内各设备模型，通过人机界面交互进行检修仿真教学及操作，演示电气化铁路牵引变电所内各设备的拆卸和检修工艺，设备调试方法、设备操作方式、设备参数设置，并采用三维动画、注解字幕以及配音素材形式对各设备的拆卸和检修工艺、工序、质量标准的内容进行可视化仿真；
所述教学影片模块，用于演示电气化铁路牵引变电所内各设备的调试及运行检修内容，采用教学影片的形式对各设备的调试及检修过程和内容进行可视化仿真，采用动漫引擎方式对人物、设备、工具使用的动态控制，并采用焦距调整、人称定位、场景漫游经摄像机进行视频录制，录制完成以后再对视频进行剪辑、合成、板书添加、配音合成、特效，综合处理，完成教学影片制作，并利用lua、angelscript、python类脚本工具进行界面铺设；
所述培训教学模块，用于培训学员的设备模型的调试、校核、拆卸、安装、检修及设备调试方法、操作方式、设备参数设置，采用三维动画、注解字幕以及配音、与三维设备模型实际互动，对设备模型的设调试、校核、拆卸、安装、检修工艺、工序、质量标准的内容进行交互式学习培训；
所述考核系统模块，用于对学员受训后评测、自主仿真练习的考核，采用文本、3D模型、交互动画的素材形式对受训学员进行培训评测，并提供交互式仿真练习；
所述成绩管理模块，用于对受训学员的考试成绩进行统计分析，掌握每个学员的学习及知识掌握情况，包括统计并列出每个学员的考试及自主学习情况；以柱图和表格形式，表明试卷成绩各分数段人数及比例；导出考试信息，用于编辑、分析或保存；
所述用户管理模块，用于受训学员的管理和登录；
人机界面交互层，用于建立与应用层的人机交互界面，实现受训学员的仿真培训。
[0006]前述的电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统，其特征在于:所述设备模型模块，根据图纸或者实物对电力设备模型进行建模，建模设备包括测控装置、保护装置、保测一体装置、备用自投装置、空气开关、压板、把手、按钮、屏柜以及牵引变电所的环境场景，各设备均采用零件级建模，可单独拆卸，将设备模型建好后导入到基于OpenGL图形库标准的三维引擎中，将各设备模型全部放入牵引变电所环境模型中，并按照真实的连接方式摆列整齐，编写数学逻辑关系，赋予各设备模型的交互操作，并记录各交互操作。
[0007]基于上述的电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统的可视化仿真培训方法，其特征在于:包括以下步骤，
步骤(1)，受训学员通过输入自己的姓名及密码，通过用户登录界面进入可视化仿真培训系统；
步骤(2)，选择跟我学模块或者自己练模块，若选择跟我学模块，则进入学习模式，执行步骤(3 )-步骤(5 );若选择自己练模块，则进入考核模式，执行步骤(6 )-步骤(7 );
步骤(3)，选择需要学习的设备模型，并选择对应的学习项目，通过教学影片模块对该项所涉及到的原理、操作方法进行动画展示并配以注解字幕及配音讲解，教学动画播放完成后，提示询问是否掌握该项目，若选择未掌握，则再次播放教学动画；选择掌握，并进行下一个项目学习，直到选择的设备模型各项目均掌握，则调用培训教学模块；
步骤(4)，启动培训教学模块，给出注解字幕提示学员接下来的操作项，学员在该设备模型上按照提示依次完成各项操作，在操作过程中培训系统会记录该学员的每一项操作并写入实时数据库，学员学习完成后可查看培训结果，错题采用高亮显示，学员点击错题后，会再次播放该错题教学演示中的视频，达到反复练习的目的；
步骤(5)，重新选择需要学习的设备模型，重复步骤(3)-步骤(4)，完成各设备的学习；
步骤(6)，调用考核系统模块，进行模拟考试，模拟考试中只有操作项，无提示内容，在学员操作过程中，记录学员的每一项操作，模拟考试完成后，会给出提示询问是否操作完毕，选择否后，则会继续进行操作，直到受训学员操作完成所有操作项；选择是，则将操作记录写入考核成绩库，教师进行分数评定；
步骤(7)，受训学员能够查看分数评定，针对错误，查缺补差，完成考核。
[0008]前述的电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统的可视化仿真培训方法，其特征在于:步骤(4)的培训结果采用图、表、曲线多种展示方式进行直观展示。
[0009]前述的电气化铁路牵引变电所的可视化仿真培训系统的可视化仿真培训方法，其特征在于:步骤(6)调用考核系统模块，进