虚拟现实技术在排除电网事故发生中的应用

韦克峰

[摘要]介绍虚拟现实virtual reality技术的概念、基本原理及技术特点，分析虚拟现实技术在排除电网事故发生中运用的直观性及应用方法。

[关键词]虚拟现实技术电网事故

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1671--7597(2009)1020055--01

安全可靠是建设坚强电网的最基本要求，也是国民经济和社会发展的保障。当前电力供需形势紧张、发用电平衡存在较大缺口，给电网的安全稳定运行带来了严重威胁。电力生产中的严峻形势要求不断完善安全生产保证体系和监督体系；不断提高输变电设备的管理水平和技术水平，不断提高电力员工对电力设备的操作能力，大幅降低电力施工中的事故率：努力创建和谐的内外部环境。而做到这一切的核心与根本在于以人为本，强化培训，狠抓高素质人才队伍建设，从强化员工安全意识和提高素质出发，加强安全生产教育，强化员工安全工作意识，增强员工的安全生产技能。而近年来，以网络、虚拟现实、三维图形技术为代表的电脑信息科技的发展，为电力安全教育的实施提供了新思路。本文对如何将虚拟现实技术应用在电力企业安全培训中，以帮助企业进行安全和危险分析进行了探究，进而提出解决方案，从而实现了对员工进行安全教育的目的。

虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR技术)，又称灵境技术，1989年由美国VPL Research公司的创始人Jaron Lanier提出，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信虚拟现实技术，目的是能让用户使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察或操作，同时提供视觉、听觉、触觉等直观而又自然的实时感知。

vR是一门新兴的交叉学科，是当今科学界广泛关注的一个热点。[1]虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信急空间。它以模拟方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化与相互作用的二维影像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可直接参与和探索虚拟对象所处环境的作用和变化，仿佛置身于现实世界中。一个身临其境的虚拟环境系统是包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。

虚拟现实有3个特征。分别为：沉浸性(Illusion 0f imitations)、交互性(Intractivity)和多感知性(Imagination)[2]。

1、沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，用计算机产生逼真的二维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身少虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身J临其境的感觉。

2、交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互。使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互。而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

3、多感知性。虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。

这些特性中沉浸性是vR技术最主要的特征。

虚拟现实系统按硬件条件可分为桌面式虚拟现实系统(Desktop vR)、沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)、分布式虚拟现实系统(Distribut ed vR)[3，4]。

由于vR技术具有上述的优势特征，虚拟现实技术在排除电网事故发生中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在排除电网事故发生中的应用主要有以下几个方面：

1、工作场所布局及其环境的建模仿真。首先对工作场所的环境及工艺流程进行建模仿真，可利用立体眼睛实现在虚拟工作环境三维空间的漫游：借助数据手套可以对系统的各种继电器、开关进行操作，模拟各种参数下设备运转情况，工作人员在此虚拟环境下能够快速准确地掌握整个操作流程以及各种操作可能带来的后果，为以后的安全操作打下良好的基础。

2、事故模式及其影响仿真。在安全系统分析方法的指导下，使用相关软件进行模拟，找出过程中危险有害因素，从而得出相应评价方法对事故可能引起灾害后果的定性或定量预测，列出流程中各主要设各、部件的灾害分析情况，通过计算，可得出各灾害事故的影响范围，作用时间等衡量灾害事故严重度的参数，借助技术对灾害事故的发展过程和影响进行情景模拟。如：爆炸仿真可人为设定爆炸的强度级别，在相应的软件程序中可以输入相关参数并结合地理信息系统等，进行物理、化学等方面的分析计算，从而得出事故的危害后果，使培训员工对过程中的危险有更为直观的理解。

3、事故发生几率预测。应用大型计算软件在各种可靠性分析方法基础上对各个设备进行分析，对设备的受力、腐蚀等情况进行计算，从而得出各设备、部件可能发生的主要灾害形式的出现几率，以数字、颜色等直观方式结合vR技术显示出来，使培训员工知道在最易发生破坏的部位，应重点注意。

4、事故损失分析。采用安全评价法对各生产设备进行安全评价，采用不同的色彩表征设各风险的大小。

5、提出整改对策措施。根据前几步的分析计算，得出各设备部件的风险程度，对其风险进行综合分析，从而指导工作场所布局、设备参数的调整。经分析，在危险处设置警示标志并制定规范的操作程序，并在人行通道与操作区之间设置防护。最后，通过各种措施尽量降低灾害发生的可能性及其影响程度，使用vR技术给出整改后环境示意图。

总之，虚拟现实技术是一个大型综合集成环境，是一项集成性极强的高新信息技术，是一个具有巨大应用前景的高新技术领域，但仍存在许多有待解决与突破的问题，尤其在排除电网事故发生应用的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，面向应用，开发有价值的虚拟现实电网事故排除系统，使其在排除电网事故发生中得到更广泛应用。我们坚信虚拟现实这一高新技术领域几年之后，必将会高速发展，像计算机技术、网络等技术一样，丰富人们的生活，改变人们的世界。将这种新兴技术应用到排除电网事故发生中是实现数字化企业的必然发展趋势。