一种海上风电厂运维培训考核系统及其风险评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电厂运维培训考核系统及其风险评估方法，该系统包括：仿真模块，通过空间多叉树的方式搭建风电场的虚拟培训场景，进行运维场景重构；人机交互模块，通过虚拟现实眼镜和/或摄像机，接收操作者手势和语音信息，判断操作者意图；控制模块，用于根据人机交互模块确定的用户意图，控制仿真模块做相应场景显示，实现用户与虚拟培训场景间的交互，该风险评估方法用于对操作者的操作的正确性和安全性进行综合分析评估，并给出相应的操作建议。本发明专利技术的技术方案可直接应用于海上风电运维培训、设备认知和运维考核等环节中，为风电运维培训考核提供安全可靠的环境，打破时间和空间限制，提高培训效率，杜绝安全隐患。

An assessment system for operation and maintenance of marine wind power plant and its risk assessment method

The invention discloses a method for operation and maintenance of offshore wind power plant training assessment system and risk assessment, the system includes: simulation module, build the wind through the space tree mode of virtual training scene, scene operation and maintenance reconstruction; human-computer interaction module, through virtual reality glasses and / or camera operators receive gestures and voice information, determine the operator intention; control module, human-computer interaction module used to determine user intentions, control simulation module the corresponding scene display, the realization of user interaction with the virtual training scene, correctness and safety of the risk assessment method for the operation of the operator of the comprehensive analysis and evaluation, and gives the corresponding suggestions. The technical proposal of the invention can be directly applied to offshore wind power operation and maintenance training, equipment cognition, operation and maintenance assessment, and other aspects, so as to provide a safe and reliable environment for wind power operation and maintenance training assessment, breaking time and space constraints, improving training efficiency and eliminating potential safety hazards.

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电厂运维培训考核系统及其风险评估方法
本专利技术属于海上风电
，尤其是涉及一种海上风电厂运维培训考核系统及其风险评估方法。
技术介绍
海上风电运维体系存在的管理经验欠缺，人员素质参差不齐，海上风电场天气及作业环境复杂，人员、设备和船只在海上作业危险性高等问题。为解决上述问题，就必须加强人员事前场景预演、运维作业风险评估，才能确保海上风电生产建设过程中的人员、设备安全，确保项目经济效益和社会效益如期实现。目前，海上风电运维作业风险评估通常采用文本、图片、视频及电脑模拟等媒介方式，既不直观，也与现场实际存在较大出入。本专利技术基于虚拟现实技术建立一个虚拟海上风电作业风险评估演练模块。虚拟现实又称临境技术，是一种运用计算机对现实世界进行全面仿真的技术，它能够创建与现实环境类似的虚拟环境，通过计算机生成逼真的三维视、听感受，操作人员通过适当装置自然地与虚拟环境进行交互作用，当操作人员自由运动时，电脑通过复杂的计算机图形图像算法运算，精确地调整3D虚拟世界的影像以产生临场感。本专利技术基于虚拟现实技术的海上风电运维作业风险评估演练模块目标是为了让使用者足不出户就能够沉浸式的体验海上风电场的天气情况、海情海况、地理地貌、设备的运行情况，紧急事件发生时的情景，为风电场运维作业风险评估、应急演练的方式带来革命。另外通过硬件设备(如头盔、手柄、手套、仿真船只等)，实现全新交互功能，可以更加直观和方便的根据选择在海上风场机位之间、风机设备之间、紧急事件情景之间沉浸式的漫游，实现体验交互。减少到现场的交通成本和时间成本，杜绝学习和演练过程中的安全隐患，降低企业风险，提高企业的管理效益、生产效率。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种一种海上风电厂运维培训考核系统，可直接应用于海上风电运维培训、设备认知和运维考核等环节中，为风电运维培训考核提供安全可靠的环境，打破时间和空间限制，提高培训效率，杜绝安全隐患。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种海上风电厂运维培训考核系统，包括：仿真模块，通过空间多叉树的方式搭建风电场的虚拟培训场景，进行运维场景重构；人机交互模块，通过虚拟现实眼镜和/或摄像机，接收操作者手势和语音信息，判断操作者意图；控制模块，用于根据人机交互模块确定的用户意图，控制仿真模块做相应场景显示，实现用户与虚拟培训场景间的交互。优选的，该海上风电厂运维培训考核系统还包括有数据管理模块，所述的数据管理模块提供虚拟培训场景中所需的三维模型，以及人机交互过程中所使用的手势库和语音库，供仿真模块和人机交互模块调用。优选的，所述的控制模块包括有培训控制模块和考核控制模块：所述的培训控制模块，用于控制仿真模块构造适于培训操作者对设备的认知及对设备运维操作的应用场景；所述的考核模块，用于在运维培训过程中，对操作者的操作行为的正确性作出评估。优选的，所述的培训控制模块包括有固定场景漫游模块和自由漫游模块，所述的固定场景漫游模块提供操作者虚拟场景和预设的漫游路线，固定场景漫游模块自动控制仿真模块切换虚拟培训场景，所述的自由漫游模块提供操作者自由漫游场景，根据人机交互模块接收的用户语音或手势信息，控制仿真模块做相应场景的切换。优选的，所述的自由漫游模块还控制在仿真模块提供的虚拟培训场景中显示漫游者所在整个场景中的位置信息。优选的，所述的固定场景漫游模块和/或自由漫游模块提供的虚拟培训场景包括有风电场外部场景和风电场内部场景，所述的风电场内部场景包括塔底场景、塔筒场景以及机舱场景，所述风电场的外部场景包括天气场景；优选的，所述的天气场景包括晴天、雨天、雪天、台风、白天、黑夜中的至少一种气候环境，所述的雨天是小雨、中雨、暴雨、雷阵雨中的任意一种。优选的，所述的仿真模块包括：运维场景重构模块，用于在重构培训场景时获取数据管理模块的相应三维模型，进行三维场景的搭建；音频添加模块，用于在重构培训场景时进行声音信息的添加并与所述的三维场景同步。优选的，所述运维场景重构模块还用于根据海上风电场场景的真实图像信息进行三维模型的贴图和动画设计；优选的，所述运维场景重构模块控制将待维修的设备的虚拟模型叠加在培训场景中，并根据人机交互模块获取的用户动作，做相应维修场景模拟；所述的音频添加模块采集风电现场的实时声音信号，根据不同的培训场景添加不同信道的实时声音数据。优选的，所述的人机交互模块通过虚拟现实眼镜与操作者进行交互，所述的虚拟现实眼镜上设置有图像采集装置和音频接收装置，用于同时进行手势控制和语音控制，虚拟现实眼镜接收用户的手势信息和语音信息，并将所接收到的信息进行数据融合，精准地控制培训场景中的对象或切换培训场景；优选的，所述手势控制是基于计算机视觉的手势控制方式，所述的语音控制是基于孤立词识别方式。本专利技术的另一目的在于提供一种应用于上述海上风电厂运维培训考核系统的风险评估方法，包括在运维培训过程结束后，根据操作者的操作结果，对虚拟培训场景中的运维系统的安全性作出评估，包括以下步骤：S1、确定虚拟培训场景中的风险因素，构造递阶层次结构：其中风险因素包括设备、人员、环境、管理；S2、计算各风险因素相对权重；其中，设备的权重与操作者的操作相关，环境与操作者选取的天气情况相关，人员与操作者人数以及操作者的操作正确性相关；S3、利用熵值计算虚拟培训场景中的运维系统的整体风险度。其中，步骤S2中，包括以下步骤：S101、构造风险因素集：U＝{u1,u2,u3,u4}；S102、根据专家对各风险因素的风险程度评语，确立等级评判集：V＝{0,10,20,40,60,80,90,100}；S103、构造模糊映射f:U→F(V)，映射f表示风险因素ui对评判集中各评语的支持程度；S104、风险因素ui对评判集V的隶属向量：Ri＝{ri1，ri2，...，ri8}；隶属度矩阵R为：S105、模糊变换：R'为隶属度矩阵R的转置矩阵；A＝(a1，a2，...，a8)为权重分配集；B为各风险因素的相对权重，进行归一化之后，可得排序权向量，各因素的风险值W＝(W1，W2，W3，W4)；步骤S3中，包括：计算信息熵:表示风险因素ui的相对重要性进行归一化处理，用于衡量风险因素ui的相对重要性的熵值；进行归一化处理，得出风险因素ui的权值；则运维系统的风险度为:其中，rij为风险因素i对评判集中各指标j的支持度；φli为风险因素i相对于上一层次的准则l的熵权值，m为等级评判集的个数，优选为8；n为风险因素的个数优选为4，Wl为上一层次准则l的权值；t为上一层次准则l的数目，Wli为上一层第l个准则下第i个风险因素相对于其他风险因素的权值；优选的，当R>70，则判断培训场景中的运维系统为高风险系统，若R<30则判断培训场景中的运维系统为低风险系统，若30≤R≤70则判断培训场景中的运维系统为一般风险系统。本专利技术采用上述方案具有以下有益效果：1、本专利技术的海上风电厂运维培训考核系统包括：仿真模块，通过空间多叉树的方式搭建风电场的虚拟培训场景，进行运维场景重构；人机交互模块，通过虚拟现实眼镜和/或摄像机，接收操作者手势和语音信息，判断操作者意图；控制模块，用于根据人机交互模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，包括：仿真模块，通过空间多叉树的方式搭建风电场的虚拟培训场景，进行运维场景重构；人机交互模块，通过虚拟现实眼镜和/或摄像机，接收操作者手势和语音信息，判断操作者意图；控制模块，用于根据人机交互模块确定的用户意图，控制仿真模块做相应场景显示，实现用户与虚拟培训场景间的交互。

【技术特征摘要】
1.一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，包括：仿真模块，通过空间多叉树的方式搭建风电场的虚拟培训场景，进行运维场景重构；人机交互模块，通过虚拟现实眼镜和/或摄像机，接收操作者手势和语音信息，判断操作者意图；控制模块，用于根据人机交互模块确定的用户意图，控制仿真模块做相应场景显示，实现用户与虚拟培训场景间的交互。2.根据权利要求1所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，还包括有数据管理模块，所述的数据管理模块提供虚拟培训场景中所需的三维模型，以及人机交互过程中所使用的手势库和语音库，供仿真模块和人机交互模块调用。3.根据权利要求1或2所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述的控制模块包括有培训控制模块和考核控制模块：所述的培训控制模块，用于控制仿真模块构造适于培训操作者对设备的认知及对设备运维操作的应用场景；所述的考核模块，用于在运维培训过程中，对操作者的操作行为的正确性作出评估。4.根据权利要求3所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述的培训控制模块包括有固定场景漫游模块和自由漫游模块，所述的固定场景漫游模块提供操作者虚拟场景和预设的漫游路线，固定场景漫游模块自动控制仿真模块切换虚拟培训场景，所述的自由漫游模块提供操作者自由漫游场景，根据人机交互模块接收的用户语音或手势信息，控制仿真模块做相应场景的切换。5.根据权利要求4所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述的自由漫游模块还控制在仿真模块提供的虚拟培训场景中显示漫游者所在整个场景中的位置信息。6.根据权利要求4或5所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述的固定场景漫游模块和/或自由漫游模块提供的虚拟培训场景包括有风电场外部场景和风电场内部场景，所述的风电场内部场景包括塔底场景、塔筒场景以及机舱场景，所述风电场的外部场景包括天气场景；优选的，所述的天气场景包括晴天、雨天、雪天、台风、白天、黑夜中的至少一种气候环境，所述的雨天是小雨、中雨、暴雨、雷阵雨中的任意一种。7.根据权利要求1-6任一所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述的仿真模块包括：运维场景重构模块，用于在重构培训场景时获取数据管理模块的相应三维模型，进行三维场景的搭建；音频添加模块，用于在重构培训场景时进行声音信息的添加并与所述的三维场景同步。8.根据权利要求7所述的一种海上风电厂运维培训考核系统，其特征在于，所述运维场景重构模块还用于根据海上风电场场景的真实图像信息进行三维模型的贴图和动画设计；优选的，所述运维场景重构模块控制将待维修的设备的虚拟模型叠加在培训场景中，并根据人机交互模块获取的用户动作，做相应维修场景模拟；所述的音频添加模块采集风电现场的实时声音...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，张可奇，常亮，尹金华，张仁杰，
申请(专利权)人：大唐国信滨海海上风力发电有限公司，同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31