变电站主设备虚拟现实演示的实现方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种变电站主设备虚拟现实演示的实现方法。

背景技术：

随看电力系统的现代化进程，它的规模越来越大，运行操作也越来越复杂。对工作人员的技术水平、业务熟练程度等也提出了越来越高的要求，电力系统中的大量设备投资大，维护费用高，不可能全部采用实物来对人员培训，而在生产中的设备出于安全的考虑，更不可能用来培训。目前，电力系统大部分培训手段都是采用培训仿真系统，应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电站仿真。电力培训仿真系统，以培训电力系统运行、操作人员为目的，要求仿真培训环境尽可能逼真，要求仿真的操作机构、设备状态、仪表和信号等与实际系统相同，使学员有身临其境之感。

利用虚拟现实技术来实现人员培训是电力行业一个趋势，目前在电力行业中电力虚拟环境的概念己被广泛认识。电力系统虚拟环境是通过计算机生成一个虚拟的场景，场景既可以是真实的电力系统应用场景的再现，也可以是设计和建设蓝图的可视化。电力系统虚拟环境中土要是由虚拟的电力设备组成，这些虚拟设备或者可以被虚拟的操作，或者可以可视化地反映电力仿真的结果。

电力变压器作为电力系统中的一种关键主设备，在电力系统中占有极其重要的地位。它的运行影响着电力系统的安全性、可靠性和稳定性，因此必须防止和减少变压器故障的发生，对变压器进行及时的状态维修，会减少事故容量损失率、提高电网的供电率，取得巨大的经济效益。

电力系统的操作不允许随意进行，不能将运行的系统当作试验品，不能在真实设备上进行实际操作试验，更不允许人为设置一些事故让学员观察并进行处理。这些要求和限制，使运行人员难以在电力系统的正常操作和事故处理中得到充分的训练。

传统的变压器培训方法虽起了一定的作用，但因缺乏真实感及认知感，培训效果不佳。由于电力系统的特殊性，使得在实际运行的变电站中开展变压器的培训，难以在允许的时间内达到满意的效果，而脱离实际环境进行的培训，难以提高运行操作人员面对突发事故的准确反映和正确处理的能力，尤其是培训内容与学习对象、现场状况脱离，导致的培训效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种变电站主设备虚拟现实演示的实现方法，利用虚拟现实技术构建交互式三维虚拟变压器课件及拆解作业环境和现场工况，仿真及多媒体技术的综合应用可以形象直观地反映装配作业、拆解过程和各个技术细节，解决传统培训模式中培训内容与学习对象、现场状况脱离导致的培训效果不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种变电站主设备虚拟现实演示的实现方法，包括如下步骤：

（一）、将变电站主设备的各个部件拆卸；

（二）、三维激光扫描仪对拆卸后的部件进行扫描，获取点云数据；

（三）、根据每个部件的点云数据，建立三维模型；

（四）、建立三维模型对应部件的装配关系表，以及部件装配的逻辑关系表；

（五）、关系表的脚本录入到创建的场景里面，构建人物操作模块，在ui模块里加载关系表，组合成设备模型。

在上述技术方案的步骤（三）中，所有基站扫描到的点云信息在点云处理软件中进行拼接，点云处理软件能根据点云数据的水平面、基站坐标、点云结构，在拼接过程中自动计算每一基站点云数据的边界，确保拼接过程中不损失点云数据的精确度，通过多基站的点云数据拼接出三维点云的现场场景，在点云数据场景中拆分出单个的设施设备，作为三维模型建模的尺寸来源。

在上述技术方案的步骤（四）中，先将变电站主设备三维模型内的铁芯、绕组、冷却模块、外壳组件进行分类，再建立各类单独的组件模型库，调用单独的组件模型库，缩小搜索区域，不干扰其它组件模型库的数据，减少搜索时间。

在上述技术方案的步骤（五）中，虚拟变压器装配的过程中必定要实现零件运动规划，操作人员要对选定的零件按设定的装配工艺路径进行抓取，检测是否和其他的零件发生碰撞干涉，从而生成装配规划所需的装配序列。

进一步地，在步骤（五）中，对选定的零件进行抓取的方法为，操作者在零件所处位置输入手柄相应信息，根据手柄响应位置和零件模型位置的比较来判断设备是否与零件有交叉，有交叉拾取零件，没有交叉再重新拾取；如果在响应位置的同一高度上有远近不同的多个零件与设备相应位置交叉，此时可以通过软件设置取离视点最近的零件，即取最前面的零件；如果输入设备不能反映深度坐标值，所以响应位置的判定是对于通道界面的xy坐标值的，零件位置也是在通道xy界面的投影区域，判断响应坐标在此投影域内就说明有交叉，然后再根据零件与视点距离确定被拾取零件。

进一步地，在步骤（五）中，在新零件拾取前已经有另外一个零件被拾取时，在新零件拾取的同时要实现对旧拾取零件的剔除功能，把被拾取零件与未被拾取零件区分开，直观的反应拾取动作的时效性，运用把被拾取零件轮廓线渲染成高亮色加以与其他零件的区分，如果设备响应没有和任何零件交叉，自动剔除旧拾取零件并去除高亮色。

进一步地，在步骤（四）中，后进行装配顺序与路径的规划，实况装配零部件及在装配路径各节点进行动态干涉检查，实现一定装配工具的操作空间的动态检查和运动仿真，为装配过程提供正确、有效的装配顺序和初步装配路径描述。

本发明对变电站主设备进行装配建模，装配建模需要明确变电站主设备各零部件的空间位置关系，明确各零部件的装配层次。然后进行装配顺序与路径的规划，实况装配零部件及在装配路径各节点进行动态干涉检查，实现一定装配工具的操作空间的动态检查和运动仿真，为装配过程提供正确、有效的装配顺序和初步装配路径描述。

本发明实现了变电站主设备vr结构拆解系统，采用三维虚拟仿真技术，模拟变电站变压器内部结构的拆装认知，将真实的内部结构表现在虚拟的仿真世界中。不同于传统的图文说明，现场记录等学习方式，变电站主设备vr结构拆解系统通过逼真的三维模型，构建虚拟环境，对真实的设备、场景进行三维仿真；通过虚拟装配技术和vr交互技术相结合的基础上设计并实现整体的变压器虚拟装配培训系统，构建一个装配过程定义和学生学习相分离的系统框架，构建分级别、分层次的学员虚拟现实装配模拟训练，实现灵活、生动、快速的培训模式；学员可以直观了解设备所在现实中的位置与技术信息，基于三维仿真环境添加交互逻辑、操作流程，模拟真实的培训过程，节省了硬件成本，提高了变电站主设备拆卸组装培训的效率。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明变电站主设备vr结构拆解系统层次结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的变电站主设备虚拟现实演示的实现方法，包括如下步骤：

（一）、将变电站主设备的各个部件拆卸；

（二）、三维激光扫描仪对拆卸后的部件进行扫描，获取点云数据；

（三）、根据每个部件的点云数据，建立三维模型；所有基站扫描到的点云信息在点云处理软件中进行拼接，点云处理软件能根据点云数据的水平面、基站坐标、点云结构，在拼接过程中自动计算每一基站点云数据的边界，确保拼接过程中不损失点云数据的精确度，通过多基站的点云数据拼接出三维点云的现场场景，在点云数据场景中拆分出单个的设施设备，作为三维模型建模的尺寸来源；

（四）、建立三维模型对应部件的装配关系表，以及部件装配的逻辑关系表；先将变电站主设备三维模型内的铁芯、绕组、冷却模块、外壳组件进行分类，再建立各类单独的组件模型库，调用单独的组件模型库，缩小搜索区域，不干扰其它组件模型库的数据，减少搜索时间；后进行装配顺序与路径的规划，实况装配零部件及在装配路径各节点进行动态干涉检查，实现装配工具的操作空间内动态检查和运动仿真，为装配过程提供正确、有效的装配顺序和初步装配路径描述；

（五）、关系表的脚本录入到创建的场景里面，构建人物操作模块，在ui模块里加载关系表，组合成设备模型，虚拟变压器装配的过程中必定要实现零件运动规划，操作人员要对选定的零件按设定的装配工艺路径进行抓取，检测是否和其他的零件发生碰撞干涉，从而生成装配规划所需的装配序列；对选定的零件进行抓取的方法为，操作者在零件所处位置输入手柄相应信息，根据手柄响应位置和零件模型位置的比较来判断设备是否与零件有交叉，有交叉拾取零件，没有交叉再重新拾取；如果在响应位置的同一高度上有远近不同的多个零件与设备相应位置交叉，此时可以通过软件设置取离视点最近的零件，即取最前面的零件；如果输入设备不能反映深度坐标值，所以响应位置的判定是对于通道界面的xy坐标值的，零件位置也是在通道xy界面的投影区域，判断响应坐标在此投影域内就说明有交叉，然后再根据零件与视点距离确定被拾取零件。

在新零件拾取前已经有另外一个零件被拾取时，在新零件拾取的同时要实现对旧拾取零件的剔除功能，把被拾取零件与未被拾取零件区分开，直观的反应拾取动作的时效性，运用把被拾取零件轮廓线渲染成高亮色加以与其他零件的区分，如果设备响应没有和任何零件交叉，自动剔除旧拾取零件并去除高亮色。

考虑变电站主设备虚拟现实演示的实现方法vr结构拆解系统的功能需求和拓展需求之后，程序功能需包含以下几个内容，程序功能结构如图2所示，变电站主设备虚拟现实演示的实现方法的内部构件包含铁芯、绕组、绝缘部分、高低压引线、高中低压侧套管、过滤呼吸器、瓦斯继电器、放油阀、瓷瓶、调压装置、储油柜、潜油泵、油温绕组温度计、油箱本体、冷却装置、压力释放装置。从培训角度来讲，三维培训仿真系统需要具有原理学习、拆装练习、知识考核等不同操作模式，以便增加程序的灵活性和可操作性。从交互角度来讲，变电站主设备虚拟现实演示的实现方法vr结构拆解系统能够实现多种模式选择、多种操作、界面交互等功能。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。