电网应急演练模拟系统中应用虚拟现实技术探究

李海香,闫瑞杰,潘锦才

(1.山西电力职业技术学院,030021；2.中科大建成科技有限公司，230088）

电网应急演练模拟系统中应用虚拟现实技术探究

李海香1,闫瑞杰1,潘锦才2

(1.山西电力职业技术学院,030021；2.中科大建成科技有限公司，230088）

近几年，我国的电网工程得到了迅猛发展，电网规模的不断扩大以及电网结构的日渐复杂，使得电网在运行过程中存在着许多的安全隐患。为了保证电网的安全稳定运行，电力企业应该加强管理工作，对电网安全事故进行预防，当事故发生时能够快速处理，对供电进行恢复，保障居民正常的生产和生活。因此做好电网应急演练，提升对于突发性事故的应急反应能力就显得尤其重要。本文结合虚拟现实技术的概念，对其在电网应急演练模拟系统中的应用进行了分析，希望能够保证良好的系统规划效果。

电网；应急演练；模拟系统；虚拟现实技术

0　前言

我国的电网工程建设持续繁荣，不仅电网的规模迅速扩大，电网结构越发复杂，而且分布式电源的出现也使得电源结构变得日趋多样化，影响电网运行安全的因素越来越多，电网的安全问题也因此受到了社会公众的普遍关注，做好电网运行管理工作，提升电网运行的稳定性、可靠性和安全性，成为电力部门研究的热点问题。在电网运行管理中我们应提高对突发性事件的应急反应能力，以及相应的应急预案，并且定期开展应急演练。从而可以减少突发性事故导致的人员伤亡以及财产损失，保障电网系统的稳定可靠运行。

1　应急演练模拟系统与虚拟现实技术

目前，电网应急演练采用的多是预定脚本的实战演练，此方法缺乏灵活性，人员缺少应急事故处理能力，无法真正意义上对应急机制的运转情况进行检验，训练效果不佳，而且成本较高，不能进行频繁演练，更加无法对一些大型灾害或者自然灾害的场景进行真实模拟。针对这种情况，基于虚拟现实技术，构建三维现场仿真电网应急演练模拟系统，实现对于突发性事件的模拟仿真操作，也就成为了电力部分重点研究的课题。

虚拟现实技术即VR技术，属于第三代仿真技术，融合了计算机图像技术、网络技术以及虚拟技术各自的优势，可以构建出一个能够为使用者提供视觉、听觉、触觉等感受的虚拟世界，实现三维实体的感知与交互，从而使得使用者能够亲身体验虚拟现实世界的神秘。虚拟现实技术包括了沉浸性、构想性和交互性，具备非常强大的多媒体功能和网络功能，能够实现人工智能、动态交互、智能感知等。想要实现虚拟现实技术，需要做好必要的工作，包括了数据收集、三维建模、场景构建以及交互技术等。

2　虚拟现实技术在电网应急演练模拟系统中的应用

2.1建设目标

依照我国应急体系建设的总体要求，有利于电力行业发展，构建结构合理、功能全面、反应迅速、保障有力、指挥统一的电网应急演练模拟系统，快速处理突发性事件，从而保证电网的安全稳定运行。

2.2实现方法

（1）系统结构：系统主要包括了软件系统、硬件系统和数据库系统三部分，通过不同的组合方式，构成结构不同，功能各异的应用系统。

（2）开发流程：在系统设计开发中，主要是针对现实场景的三维仿真模拟，其开发流程大致分为三个步骤，一是利用3DS MAX建模工具，针对需要进行仿真的环境和实体进行三维几何建模，构建出虚拟的3D场景；二是将制作好的角色模型和3D动画结合相应的插件，输入到系统中；三是将3DS MAX中输出的文件导入到Virtools中，添加相应的交互实现模块脚本，确保利用鼠标与键盘可以对场景进行全方位浏览，对角色进行精确控制。

（3）虚拟现实技术应用：虚拟现实技术在系统中的应用主要体现在：一是虚拟场景交互，即角色、人员和场景之间形成一个相对完整的交互式虚拟现实场景；二是碰撞检测，主要是为了确保环境的真实性和物体运动的逼真性，可以随时检测物体之间的碰撞位置，计算碰撞反应同时进行处理，避免了物体穿越的情况；三是三维技术，结合多维度空间分析功能，可以实现三维技术与虚拟现实技术的相互融合，使得应急演练也会更加逼真，能够取得更好的效果。

2.3技术架构

在系统设计中，主要采用C/S和B/S模式，C/S模式本身具备非常强大的事务处理和数据操作能力，能够保证数据的完整性和安全性，而且技术相对成熟，在系统构建中具有高效、安全、稳定的优点，尤其适合三维虚拟仿真系统的开发，能够在客户端中呈现出风格多样的个性化界面。电网应急演练模拟系统的技术架构如图1所示。

图1　电网应急演练模拟系统技术架构

2.4功能架构

以虚拟现实技术为基础构建的电网应急演练模拟系统，包括了演练配置管理、演练执行、单项技能以及演练评估四个功能模块，功能架构见图2。这里主要对系统功能的设计和实现进行分析。

（1）演练配置管理：演练配置管理系统采用模块化设计，其中包括了四个基本的子模块：一是事件管理模块，主要功能是对演练事件信息以及演练地点信息的设置，通常需要从数据库和预设事故集中提取相应的信息；二是信息管理模块，做好参与应急演练的人员信息、单位任务、单位资源、场景配置等相关信息的完整性和真实性；三是脚本配置模块，在预先设置好的时间节点，向参与应急演练的人员发送相应的脚本信息系、图片信息和视频信息，实现对于真实场景的仿真模拟；四是场景任务配置模块，主要是针对演练场景以及不同场景中任务的管理。

（2）演练执行：包括了三个基本的子模块，一是权限管理，能够实现对于导演监控、用户登录等权限信息的有效管理；二是信息交互，在演练执行环节，参与应急演练的人员接收到的信息可以分为三种，即通话、信息和公告的形式，内容则包括了人员需求的上报、灾情提示、公告信息、音频信息以及资源调配等；三是应急处理，该模块的功能包括了基本的通用功能（如场景切换、进度查询、地图导航等）以及业务功能（响应启动、响应调整、响应结束、总结评估等）。

（3）单项技能：单项技能主要是针对应急处理人员在不同环境下对于一些具体技能操作的培训和考核，提升人员的专业素质。在系统中，单项技能培训的设置主要包括了对于具体技能培训的增加、修改、删减、查询，以及对于技能培训结果的考核、成绩查询、培训积分查询等。

（4）演练评估：在应急演练响应结束后，通过演练评估系统，能够对整个演练的过程进行评估，具体的评估方式包括了专家手动评估和系统自动评估，手动评估主要是专家和技术人员结合预先设置好的评估模板，针对演练过程、参演人员表现、取得的成果以及存在的问题等进行评估，而自动评估则是系统根据演练中收集到的各种数据信息，自动评估同时生成相应的评估报告。

3　结语

综上所述，本文基于虚拟现实技术，对电网应急演练模拟系统进行了设计，从系统的建设目标、建设原则、功能架构、技术架构等方面进行了简单介绍，对于电网应急演练模拟系统的设计、开发、建设以及验收等都具有一定的指导作用，能够有效减少应急演练的成本，、提高应急演练效果，确保在出现突发性问题时，电力部门能够在第一时间启动应急预案，开展应急处理，保证电网的安全稳定运行。

[1]王国栋,任钢.基于虚拟现实技术的应急推演沙盘系统的设计和实现[J].软件,2012,33(8):23-27.

[2]霍闻军.电力应急抢修演练中虚拟现实技术的应用论述[J].信息系统工程,2016,(6):145-146.

[3]蔡进.简析虚拟现实技术在电力应急抢修演练中的实践[J].办公室业务,2014,(23):241.

Research on Application of virtual reality technology in power grid emergency drill simulation system

Li Haixiang1,Yan Ruijie1,Pan Jincai2
（1.Shanxi Vocational Technical College of Electric Power，030021；2.China Science and Technology Co., Ltd.，230088）

In recent years,China's power grid project has been rapid development,the size of the power grid and the increasing complexity of the grid structure,making the power grid in the operation of the process there are many security risks.In order to ensure the safe and stable operation of power system, power enterprises should strengthen the management work,as far as possible for the safety of the power grid accident prevention,It should be able to quickly deal with,ensure the normal production and life of residents.to enhance the ability to respond to sudden emergency response is particularly important. Based on the concept of virtual reality technology,this paper analyzes the application of the virtual reality technology in the power grid emergency response exercise simulation system.

Power grid; emergency drill;simulation system;virtual reality technology

图2　电网应急演练模拟系统功能架构

李海香（1979—），女，山西广灵人，研究生，讲师，主要从事水电技术、软件系统开发方面的教学研究。