一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统。本发明专利技术中，系统环境具备沉浸感、交互性、构想性这三个基本特性。利用虚拟技术制作课件，可以使变电运维人员在虚拟实验环境中放心的去操作，还可以反复进行多次训练，有效提升培训质效，帮助变电运维人员快速提升专业技能；以拓展VR培训课程开发的深度、广度和精细度为抓手，按照“重实效、强教学、多功能、系统化”的VR课程开发要求，以智能变电站变电运维技术提升为切入点，将计算机图形图像、三维仿真、虚拟现实、数据分析、人工智能等现代信息技术与成人教育技术、电力企业人才培养实践相融合，打造高端学习体验，着力探索VR技能人才培养的新模式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统
本专利技术属于变电运维技术培训
，具体为一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统。
技术介绍
近年来，国家电网公司贯彻落实中央决策部署，按照国家清洁、高效、安全、可持续现代能源体系建设思路，着力构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，为经济社会快速健康发展提供坚强支撑和电能保障。电网结构形态、装备水平、技术力量的快速发展，尤其变电站是电网输配的重要节点，是连接发电、输电和配电等环节的纽带，具有至关重要的作用。变电站涵盖了大量的电力系统一次及二次设备，是形成电力系统坚强网架的基础，因此，“三型两网，世界一流”战略目标的实现须要加强变电站的建设，全面提升变电站智能化水平、完善智能设备的巡视、自诊断等能力，对变电站运维关键技术进行深入的培训、研究和实践，能够使变电运维人员快速适应岗位需求，理顺运维与调控、检修等专业的工作流程，确保作业规范有序。因此，国网石家庄供电公司将根据变电运维人员能力成长需求，在本项目中开展智能化变电站VR培训课件开发，主要包含搭建智能化VR培训课程体系，对智能变电站精细化建模，开发智能化变电站实训系统。通过现实虚拟技术开发智能化变电站实训课程，解决传统培训的弊端，弥补现实条件无法满足的培训内容，满足不同员工的培训需求，帮助变电运维人员提升岗位工作能力，整体性提升培训质效
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统，所述基于VR技术的智能变电站变电运维技术实训课程开发方法包括以下步骤：S1:使用“工作盘点法”对变电运维人员的任务进行系统梳理，列出需要从事的各项业务活动内容、各项工作的重要性，以及执行的流程，形成变电运维人员工作任务清单；S2:专家评价。运用专家打分法，将相关成果反馈给3-5名变电运维工作专家打分，专家按照任务与个人、组织绩效的关系大小进行打分，并根据相关意见和建议进行修订，经过多轮评价形成一致意见，最终得到变电运维人员的核心任务；S3:课程体系搭建。根据核心任务，搭建变电运维人员智能化变电站VR实训培训课程体系，包含课程名称、主要内容、开发时间等；S4:采用真实工作场景拍摄的手段对220kV智能变电站设备及5项实训VR课件的素材进行采集。拍摄所用的摄像机必须为专业级VR全景相机支持8K及3D防抖；S5:通过建模人员在三维建模型软件3DMAX、MAYA、C4D等中进行设备模型的搭建和UV的拆分，并在图形制作软件Photoshop、SubstancePainter、SubstanceDesigner等中进行设备模型纹理贴图制作；S6:为了在虚拟环境中让模型能够产生光照、阴影、自身AO，需要在3DMAX软件中对三维模型进行Vray类型灯光的制作，并对要进行烘焙的设备模型进行3通道UV信息的拆分；S7:根据三维引擎对模型文件的需求，须将模型文件的格式转换成.FBX格式文件进行存储，才能将三维模型导入到三维引擎中进行识别，程序才能对其进行操作；S8:通过HTC的VIVE设备来实现VR的呈现，在Unity引擎中通过C#语言的开发来实现Unity与VIVE设备进行通信，从而实现人机的交互功能。程序开发人员初步完成所有交互功能的开发,但是每个交互功能模块之间可能会出现一些偶合性的逻辑问题，这种问题是开发人员不可预测的程序问题,因此需要发布测试版本；S9:内部进行VR课件测试，完成课件的修改；S10:确认完成所有的修改后才能发布最终成品VR培训课件，并将成品VR培训课件通过U盘的形式发给石家庄供电公司，后续完善典型案例集出版、申报专利及发表核心期刊论文，石家庄供电公司组织项目验收。在一优选的实施方式中，所述步骤S5中，模型制作采用厘米作为制图单位；模型不可出现共面、四边面以上的面、废面、漏面、比例失调等；相同三维实体模型，需采用关联复制或镜像；模型制作过程中需真实地反应对象布局、坐标、高度、外形，各项参数需与项目需求一致。在一优选的实施方式中，所述步骤S5中，型精度可划分为两个等级，分别为高精度模型和中等精细度模型，其中附属设备与场景模型应采用中模标准制作，主要设备应采用高模标准制作；模型本体制作需要在保证三维模型最佳视觉效果的前提下，减少模型面数，保证性能；最终提交的贴图格式一致采用TIF文件格式。在一优选的实施方式中，所述步骤S5中，纹理图片的单位尺寸需满足数额为2的N次方，如512*512，1024*1024，除特殊情况下，图片最大尺寸不能超过2048*2048；贴图不可出现UV拉伸、UV错乱等现象；为了控制数据量、节约资源、附属设备的镂空形式应采用透明贴图的处理方式。在一优选的实施方式中，所述步骤S5中，贴图需采用PBR处理技术，最终提交的贴图格式可为AlbedoTransparencymap、MetallicSmoothnessmap、Normalmap；在模型完成后需统一贴图以及材质球命名，并且清除掉在模型中未使用的材质节点；所有动画的模型要求合理分组，每个动作只控制一个分组；动画制作符合常规，符合业务要求；要求在特效美观且不脱离真实，在保证效果的同时合理控制性能消耗。在一优选的实施方式中，所述步骤S10中，验收清单有：具体清单如下：220kV智能化变电站精细化模型1套；变电运维人员智能化变电站VR培训课程体系1套，包含智能化变电站日常设备巡视、设备异常事故处理等实训课程，1号主变压器回路设备日常巡视、1号主变压器冷却回路切换与试验、1号主变压器油温异常的检查处理、1号主变压器保护动作跳闸的检查处理、1号变压器由运行转检修，各电压等级的母线由运行转检修，各电压等级的某一开关及线路运行转检修，各电压等级的母线由运行转检修，各电压等级的某一开关及线路运行转检修。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，按照“理实一体、虚实结合”的VR培训课程开发理念，以拓展VR培训课程开发的深度、广度和精细度为抓手，按照“重实效、强教学、多功能、系统化”的VR课程开发要求，以智能变电站变电运维技术提升为切入点，将计算机图形图像、三维仿真、虚拟现实、数据分析、人工智能等现代信息技术与成人教育技术、电力企业人才培养实践相融合，打造高端学习体验，着力探索VR技能人才培养的新模式，国网石家庄供电公司积极拥抱新技术、新科技，创新人才培养方法和思路，为实现“三型两网、世界一流”的战略目标贡献力量。2、本专利技术中，通过后续的落地辅导，制作软硬件使用说明，协助内部师资使用VR实训系统，掌握VR实训课程的授课方法，便于后期对VR实训课程的推广与传播，协助内部师资完成VR实训课的讲解与开。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统，其特征在于：所述基于VR技术的智能变电站变电运维技术实训课程开发方法包括以下步骤：/nS1:使用“工作盘点法”对变电运维人员的任务进行系统梳理，列出需要从事的各项业务活动内容、各项工作的重要性，以及执行的流程，形成变电运维人员工作任务清单；/nS2:专家评价，运用专家打分法，将相关成果反馈给3-5名变电运维工作专家打分，专家按照任务与个人、组织绩效的关系大小进行打分，并根据相关意见和建议进行修订，经过多轮评价形成一致意见，最终得到变电运维人员的核心任务；/nS3:课程体系搭建，根据核心任务，搭建变电运维人员智能化变电站VR实训培训课程体系，包含课程名称、主要内容、开发时间等；/nS4:采用真实工作场景拍摄的手段对220kV智能变电站设备及5项实训VR课件的素材进行采集，拍摄所用的摄像机必须为专业级VR全景相机支持8K及3D防抖；/nS5:通过建模人员在三维建模型软件3DMAX、MAYA、C4D等中进行设备模型的搭建和UV的拆分，并在图形制作软件Photoshop、Substance Painter、Substance Designer等中进行设备模型纹理贴图制作；/nS6:为了在虚拟环境中让模型能够产生光照、阴影、自身AO，需要在3DMAX软件中对三维模型进行Vray类型灯光的制作，并对要进行烘焙的设备模型进行3通道UV信息的拆分；/nS7:根据三维引擎对模型文件的需求，须将模型文件的格式转换成.FBX格式文件进行存储，才能将三维模型导入到三维引擎中进行识别，程序才能对其进行操作；/nS8:通过HTC的VIVE设备来实现VR的呈现，在Unity引擎中通过C#语言的开发来实现Unity与VIVE设备进行通信，从而实现人机的交互功能，程序开发人员初步完成所有交互功能的开发,但是每个交互功能模块之间可能会出现一些偶合性的逻辑问题，这种问题是开发人员不可预测的程序问题,因此需要发布测试版本；/nS9:内部进行VR课件测试，完成课件的修改；/nS10:确认完成所有的修改后才能发布最终成品VR培训课件，并将成品VR培训课件通过U盘的形式发给石家庄供电公司，后续完善典型案例集出版、申报专利及发表核心期刊论文，石家庄供电公司组织项目验收。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统，其特征在于：所述基于VR技术的智能变电站变电运维技术实训课程开发方法包括以下步骤：
S1:使用“工作盘点法”对变电运维人员的任务进行系统梳理，列出需要从事的各项业务活动内容、各项工作的重要性，以及执行的流程，形成变电运维人员工作任务清单；
S2:专家评价，运用专家打分法，将相关成果反馈给3-5名变电运维工作专家打分，专家按照任务与个人、组织绩效的关系大小进行打分，并根据相关意见和建议进行修订，经过多轮评价形成一致意见，最终得到变电运维人员的核心任务；
S3:课程体系搭建，根据核心任务，搭建变电运维人员智能化变电站VR实训培训课程体系，包含课程名称、主要内容、开发时间等；
S4:采用真实工作场景拍摄的手段对220kV智能变电站设备及5项实训VR课件的素材进行采集，拍摄所用的摄像机必须为专业级VR全景相机支持8K及3D防抖；
S5:通过建模人员在三维建模型软件3DMAX、MAYA、C4D等中进行设备模型的搭建和UV的拆分，并在图形制作软件Photoshop、SubstancePainter、SubstanceDesigner等中进行设备模型纹理贴图制作；
S6:为了在虚拟环境中让模型能够产生光照、阴影、自身AO，需要在3DMAX软件中对三维模型进行Vray类型灯光的制作，并对要进行烘焙的设备模型进行3通道UV信息的拆分；
S7:根据三维引擎对模型文件的需求，须将模型文件的格式转换成.FBX格式文件进行存储，才能将三维模型导入到三维引擎中进行识别，程序才能对其进行操作；
S8:通过HTC的VIVE设备来实现VR的呈现，在Unity引擎中通过C#语言的开发来实现Unity与VIVE设备进行通信，从而实现人机的交互功能，程序开发人员初步完成所有交互功能的开发,但是每个交互功能模块之间可能会出现一些偶合性的逻辑问题，这种问题是开发人员不可预测的程序问题,因此需要发布测试版本；
S9:内部进行VR课件测试，完成课件的修改；
S10:确认完成所有的修改后才能发布最终成品VR培训课件，并将成品VR培训课件通过U盘的形式发给石家庄供电公司，后续完善典型案例集出版、申报专利及发表核心期刊论文，石家庄供电公司组织项目验收。


2.如权利要求1所述的一种基于VR的高压变电站仿真模拟培训操作系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦纪良，张涛，张媛媛，丁文阁，刘志勇，李洪雷，贾卫军，郭文胜，彭树清，马超，赵志峰，霍维光，刘建辉，张兰钦，于世峰，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13