一种基于VR和物联网技术的电路故障探索研究

张洪伟 徐锋 江苏大学京江学院

1 概述

本项目针对电网与物联网和vr相互融合的关键技术，并和电力输配网自身的所具有的特点出发，解决电网中基础数据的采集和传输问题，并将采集的数据通过VR软件开发平台传递到VR设备中，使人们真实感受到电网的内部结构，并检索信息。

可能说到这里，你们还不是很了解本项目研究目的，通过对虚拟现实技术和物联网技术及相关理论分析和国内外对电网的研究情况，对比分析虚拟现实技术和物联网技术对现代电网的故障检索的影响。

物联网和VR的结合使人们可以轻易通过手机，电脑等工具来仿真真实的现实情况。而无人机的发展为人们解决问题提供了更进一步的发展，人们在无人机上装上智能摄像头，经过物联网技术传递到VR设备上，使人们可以像亲身感受一样解决现实中面临的电路故障问题。由于电路问题本身存在着较大的安全隐患，尤其是在有些较大规模的电路面前，人们不能事先发现问题，此时就需要人们通过VR和物联网结合技术在无人机的帮助下高空中勘察电路存在的安全隐患，防止意外的发生。

2 发展历史

2.1 国外的研究现状

国外物联网的发展与实践较之国内要领先，早在上个世纪90年代，施乐公司就开始研发自己的网络可乐可乐贩卖机这钟产品，这是物联网最开始的实践案例。1995年，比尔盖茨在发布的《未来之路》这本书也提出过物联网这个概念，但当时并不被人看好。1999年，美国麻省理工学院的Ashton教授第一次对物联网的概念做出了详细的解释和阐述。随后，麻生理工学院提出了所有事物可以通过网络直接连接这种概念。

虚拟现实技术是一种计算机仿真技术，用户可以通过计算机生成的虚拟环境对虚拟世界进行体验，目前国际上对于虚拟现实技术的定义并没有一个统一的标准，其基本含义是“通过计算机技术创建一个视觉.听觉.触觉为一体的虚拟环境，为用户提供更加真实的使用感受”。1991年一款虚拟现实设备“Virtuality 1000CS”出现在消费市场，但由于其外观笨重、性能单一且价格昂贵，让虚拟现实仍是一个概念性的存在。1994年美国人Grigore C.Burdea提出了有关vr的三个基本特征，随即便被大家普遍接受，这三个特征分别是：沉浸、交互和构想。2012年一套名为“Oclus Rift”的虚拟显示设备登陆Kickstarter众筹平台，此款推出的机型偏向与概念机而非实体机，这款机型的推出吸引了众多的科技爱好者，也让许多普通消费者开始关注到了虚拟显示设备。2014年，社交巨头Facebook公司以约20亿美元的总价收购沉浸式虚拟现实技术公司Oculus VR。

2016 年VR开元之年，各大IT公司诸如Facebook、三星、索尼、HTC等逐渐布局虚拟现实设备市场，VR虚拟现实进入了一个新的时代。

2.2 国内的研究现状

自2000年起，我国对于电网故障检的理论研究逐步开始，起初称为“数字电力系统”，推进了我国电网技术的发展。无锡微纳传感网工程技术研发是我国研究电网的重要项目。从2009年起，国务院总理曾到无锡的研发中心视察工作并发表了指导性的讲话。从时间上来讲，我国在某些物联网研究的成果方面已经超越了其他国家。在国内，物联网技术和vr技术与电网技术研究范围十分广泛，几乎囊括了电力系统的整个输送环节，包括发电部分，输变配电部分以及用户部分，并且取得了很好的成效。研究学者针对电网在输、变、配、用环节需求的技术平台以及功能特点，提出了针对电网输电、变电、配电和用电四大环节的物联网分层体系构架，也对无线传感网络在智能电网生产环节的应用提出应用方案。物联网技术在状态检修中的应用提高了设备的状态检测水平，主要体现在先进的传感器和信息技术使获得实时可靠的在线数据成为可能，大量可靠的数据对与制定检修策略具有辅助功能。基于物联网技术的智能家居控制系统将无线传感网络技术和电力通信技术有机融合。通过具有ZigBee无限传感的网络与PLC控制的电力通信方式完成的智能电网的数据采集控制等技能。

2003 年，由浙江大学牵头，多家单位联合申报的虚拟现实的基础理论、算法及其实现的项目，获批国家重点基础研究项目，主要展开对虚拟环境的建立，自然人机交互，增强式vr、分布式vr产品创新中的应用等进行了联合研究。初次之外，还有一大批企业和机构投入，vr技术的应用研发，如vr+电网在如今获得广泛重视，并取得不错的研究成果。目前，我国正在大力发展高新技术和新兴产业，从发展成果的理论角度来论述，物联网+vr和电网检索，可以说是发展项目的代表。因此，在未来一段较长的时间内，我国会着力发展次技术。

3 技术了解

目前为止本研究达到的科学技术水平比较成熟，如：标签识别技术（RFID），通过射频信号自动识别监测对象参数数据的一种非接触式技术，识别过程不受人为干预，可以有效在恶劣环境中工作。在电网中，根据输入线路无人巡视，变电站设备温度监测等工作，需要制造不同性质的RFID标签。

传感器信号采集技术：传感器是根据监测设备的性能特点开发的一种可以测量监测设备特定参数的电子仪表，可以将监测设备的被测参数按照一定协议通过监测与转换技术为固定输出电子信号元件，比如将温度，电流，电压等转换为各种参数。传感器技术是构建物联网的坚实基础。

物联网中的信息通讯技术：物联网通过信息通讯协议实现监测数据与后台系统的可靠传输和交流的。根据通讯范围不同，可分为近距离通讯和广域通讯两个方面。近距离通讯协议可以利用目前开发的蓝牙，WIFI等无线局域网中通讯协议构建传感器数据通讯网络。在广域通讯方面，网络通讯课通过TCP/IP协议以及借助移动通信的4g网络和WIMAX网络协议、TD-LTE、卫星通讯等技术实现信息的远程传输。

物联网中间件技术：在物联网的组网分层设备中，在感知层、网络层以及集成服务器的信息交互过程中，存在一个中间件，在中间件内部集成了各类硬件设备和图形显示模块，物联网中间件技术支持不同通信协议，具有在各种复杂的运行环境中运行的能力，确保后台系统正常工作。

VR硬件发开平台：硬件开发平台通常是高性能的vr工作站或图形工作站，用于提高高性能图相生成和图像处理。vr系统必须有高煦运算，图形处理能力强的计算机硬件，支持实时处理复杂的图像并缩短参与者的视觉延迟以实现vr系统的实时交互，增强沉浸感。

软件开发平台：软件开发平台在vr应用开发过程中，承担着三位图形场景驱动的构建和应用功能的二次开发，既是vr应用开放的高层应用程序编程接口，又是连接vr外设建立数学模型和应用数据库的基础平台，没有它就无法开发vr应用程序。vr然间卡法平台以vr软件为基础在计算机中生成直观、生动、逼真的vr三维场景。只需开展vr软件的开发而无需任何vr硬件投入，同样也能实现vr动态交互效果。电网故障检索建设中，vr 的应用可以照此进行，可以减少投入，也能提高检索质量。

预期经济效益：此项研究立足于大规模电网中安全检查，在国家大型电网中，大型公司内，各大公共场所中均有很大的现实意义，它具有提高能源效力，减少对环境影响，提高供电安全性和可靠性，减少输电网的电能损耗等多个优点。在市场方面，电网检索将联合通信能源新材料。一方面带动其上下游及相关产业的发展，推动电力和其他产业结构调整，促进技术进步和装备升级；另一方面将为通信、自动化、制造等技术深度融合提供友好平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。

4 研究思路和方法

研究思路：

可行性分析：如今的物联网和vr技术的发展已日趋成熟，我们可以通过物联网技术中RFID技术识别出我们所需要的电网信息。然后通过传感器技术对电网中温度、电流、电压等参数进行侦测，且通过信息通讯技术中无限传输方式反馈至中央控制单元，通过服务器作用于vr软件开发平台，实现三维图形的构建，最终将图形传递与vr设备。

5 总结

现代化电网检索是一项计算机技术数据传输、控制技术、现代化设备及管理与一体，综合信息管理系统。它具有提高能源效力，减少对环境影响，提高供电安全性和可靠性，减少输电网的电能损耗等多个优点。在市场方面，电网检索将联合通信能源新材料。一方面带动其上下游及相关产业的发展，推动电力和其他产业结构调整，促进技术进步和装备升级；另一方面将为通信、自动化、制造等技术深度融合提供友好平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。