探讨基于虚拟现实技术的变电站三维仿真技术

为了提高变电站仿真培训的水平,采用虚拟现实建模语言(VRML)建立了三维虚拟电气设备及虚拟变电站,并且通过VRML的Script节点调用Java程序实现了交互功能。应用三维图形技术,为变电站仿真系统构造虚拟环境,能大大提高变电站场景的真实感,同时,将电力系统仿真软件与虚拟变电站结合起来模拟变电站的各种运行状态,为变电站仿真培训工作带来了技术飞跃。     

基于虚拟人行为的三维变电站仿真培训系统

为提高变电站仿真培训系统的真实感,对变电站虚拟场景中虚拟人的行为模型进行了研究,设计出了基于虚拟人行为的三维变电站仿真培训系统.系统框架由几何建模、行为建模和场景驱动3个部分组成.几何建模部分采用二维和三维几何模型对变电站设备和虚拟人进行了表示.行为建模部分通过动画技术对虚拟人的行为和设备的行为进行了仿真.场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互,以及虚拟场景的渲染和漫游.     

头盔式沉浸式虚拟现实技术的变电站仿真培训系统设计与实现

针对现有变电站仿真培训系统现场感缺乏和用户体验不足的缺点,提出一种沉浸式变电站仿真培训系统方案,阐述了系统的软硬件系统结构,重点介绍该系统采用的三维图形引擎、三维立体显示和自然交互技术。现场应用证明,该系统以逼真的三维场景和高度的沉浸感使培训人员完全沉浸于变电站一二次设备虚拟场景,使培训方式更加生动形象,从而提高培训的效果。     

虚拟现实开发平台在变电站仿真系统中的应用

为应用虚拟现实技术于变电站仿真系统,对系统中的电气设备抽象概括出了"物理特性+电气特性+行为特性"的分析方法,并用"输入—控制—输出"模型描述电气特性和行为特性。借助3DMAX和Virtools工具构造出的虚拟电气设备不仅更加接近真实设备,而且具有很高的可维护性。同时,把常用的虚拟电气设备设计成拖拉对象,用户可方便地修改虚拟变电站中的某些场景,使变电站仿真系统具有更大的可扩展性。     

虚拟现实头盔变电站仿真培训系统设计

针对现有变电站仿真培训系统现场感缺乏和用户体验不足的缺点,提出一种沉浸式变电站仿真培训系统方案,阐述了系统的软硬件系统结构,重点介绍该系统采用的三维图形引擎、三维立体显示和自然交互技术。现场应用证明,该系统以逼真的三维场景和高度的沉浸感使培训人员完全沉浸于变电站一二次设备虚拟场景,使培训方式更加生动形象,从而提高培训的效果。     

沉浸式变电站设备监控培训仿真系统关键技术研究

在已建三维变电站监控培训系统基础上,基于沉浸式虚拟现实技术设计了基于VR技术的变电站设备监控仿真系统,重点介绍了所采用的三维场景引擎转换技术和设备监控案例流程仿真技术。实践证明,该系统通过沉浸式视觉体验和自然操作交互方式实现了高效的变电站设备监控仿真,使学员在逼真的虚拟培训环境中深刻体验变电站现场操作流程,提高培训效果。     

真实数据驱动下的变电站三维智能仿真技术研究

随着大数据技术的发展,面向变电站三维虚拟场景,考虑变电站三维仿真模型的准确性和仿真环境的真实性,融合色彩、声音、图像等真实数据高效模拟变电站的各种操作和设备拆装。从数据层、系统设计层、功能应用层等3方面详细分析了变电站多维多媒体仿真系统架构,以变压器为例分析了变电站主设备结构建模与精准拆装设计流程,最后引入顶点纹理技术,考虑变电站不同运行状态下的动态色差,融合变电站真实数据驱动,实现动态色彩渲染与声效模拟。基于主场景漫游、GIS漏气与主设备着火等事故示例验证本文仿真渲染技术的有效性。     

特高压变电站设备构造仿真培训系统设计与应用

针对特高压变电站设备构造仿真培训系统,阐述了仿真培训系统的主要功能、架构和应用.该系统采用了三维建模技术、三维动画技术、数字多媒体技术,建立了与现场一致的特高压变电站全站场景,对1000 kV、500 kV、110 kV一次设备构造进行了详细讲解.     

核电站三维动态仿真系统

为提高核电站仿真培训系统的真实感,设计了基于虚拟现实技术的核电站三维动态仿真系统。系统采用三维建模技术构建核电站的主要厂房和设备,通过三维场景交互技术实现对核电站虚拟场景的自主和固定路径漫游,采用三维动画技术对设备拆装、冷却系统和堆芯工作原理进行模拟。提出了基于参数关联的时序动画生成方法,用以实现设备的虚拟拆装;利用纹理法实现了冷却系统中的水流效果;提出了模型叠加法,用以表现反应堆内部的反应速率。利用该系统,受培训人员能够在核电站虚拟场景中直观了解核电站的构造和工作原理,从而增强了培训的效果。     

沉浸式变电站仿真培训系统的设计与实现

针对现有变电站仿真培训系统现场感缺乏和用户体验不足的缺点,提出一种沉浸式变电站仿真培训系统方案,将三维虚拟现实引擎技术、多通道视频输出技术、虚拟人驱动技术、Kinect体感交互和漫游技术引入变电站仿真培训系统,从视觉、听觉和交互方式上为变电站运行人员构建了沉浸式变电站虚拟实境。其中,多通道视频输出技术采用了通过转换计算机底层图形数据的创新方法实现;基于Kinect体感交互的虚拟人驱动技术主要针对Microsoft Kinect SDK的骨骼追踪系统无法识别人物手势动作的缺点,创新使用动态时间规整(dynamic time warping,DTW)算法弥补其不足;基于Kinect体态识别的场景漫游技术实现了虚拟人物在仿真场景中的漫游和转向控制。实际应用效果表明,该系统增强了用户体验,提高了用户使用培训系统的兴趣,可有效提升培训质量,具有很强的实用性。在研究中还对Kinect识别范围和动作识别率进行反复测试,积累了大量实验数据,为后来的研究者如何避免仿真系统设计误区提供了参考。     

基于虚拟现实技术的变电站仿真培训系统

介绍了虚拟变电站仿真培训系统的结构及虚拟变电站的建模方法,采用虚拟现实建模语言建立了三维虚拟电气设备及虚拟变电站,将基于MATLAB的电力系统仿真软件与虚拟变电站连接起来模拟变电站的各种运行状态。该系统不仅具有三维显示、实时交互及动态仿真等特点,还可以在PC机和Windows操作系统环境下运行,因此具有经济、高效、便于使用等优点。     

基于行为仿真的变电站仿真系统

为了降低变电站培训成本与提高培训的真实感,对变电站中人的行为进行了研究与仿真,结合虚拟现实技术、虚拟人行为仿真技术设计并实现了一套变电站仿真系统。利用三维建模技术构建了变电站中的主要虚拟人模型和主要的场景模型;利用行为建模技术为变电站中的虚拟人建立了行为动画;利用开源场景图形库(OSG)平台与骨骼动画引擎(Cal3D)平台实现了变电站的漫游仿真与虚拟人行为控制仿真,提出并实现了基于属性与碰撞检测的虚拟人行为生成算法,设计并实现了一套辅助子系统用于辅助用户完成变电站中的仿真与设备查询。实验结果显示,设计实现的仿真系统仿真效果较好,具有一定的实用性和现实意义。     

OSG技术在变电站仿真中的应用

基于OSG1.0开发库,利用3DMax建模工具构建模型场景,VC 和OSG编程来实现场景的显示、场景的漫游、碰撞检测和设备的状态变化,构筑一个三维、动态、实时、可交互的数据平台,展现包含各种数据的动态的实体效果.用户可以自然地和虚拟环境中的客体进行交互,相互影响,从而产生亲临现场的感受和体验.最终该系统满足了变电站仿真培训的要求.     

智能变电站二次系统综合仿真培训平台设计和研制

针对智能变电站二次系统各专业培训的新需求,设计并研制了面向变电站二次系统多专业的智能变电站二次系统综合仿真培训平台。采用数字仿真和物理仿真相结合的混合仿真模式,并通过将数字仿真平台上产生的录波文件在物理仿真平台中进行数字化回放,实现了2套不同形式的仿真培训模式的有机结合。提出一种基于通用平台的继电保护数字仿真技术,构建了智能变电站数字化实时仿真培训环境。基于多态技术,在实时态和培训态环境下同时实现了智能变电站变电运行操作和二次检修维护操作的仿真培训。基于SCD智能装置输出数据集的分层次的图形化二次虚回路设计和虚端子连接及比较技术,实现了智能变电站二次虚回路和虚端子连接的可视化的设计培训。满足智能变电站设计专业的培训需求。     

基于3维地理信息系统的输电线路管理系统

针对输电线路管理的特点和需求，以3维地理信息系统(GIS)作为基础平台，引入了作为设计依据的软件体系结构的概念，提出并实现了一个面向电力系统输电领域的交互式可视化管理系统。该系统在3维真实感场景下实现了输电线路的3维显示、查询和分析，在一定程度上为输电线路的设计、施工、运行和维护提供了一体化的支持，同时也建立了一套在该领域内具有高重用性的系统软件体系结构。     

基于CIM的集控站仿真培训建模支持系统

着重探讨了集控站仿真培训建模支持系统中如何基于CIM公共信息模型,以面向设备的建模方式实现图形数据库一体化的问题。从仿真培训建模的要求出发,讨论了系统仿真模型,并提出了图形建模系统的基本思想、结构和功能,描述了图元作为建模基本单位的定义方法和以图元库为手段的图元管理方法,同时给出了与CIM模型相符合的图元连接端子的设计方法,以及在此基础上实现的设备连接关系(拓扑)自动生成的方法。     

基于虚拟现实的电力设备监控系统设计与实现

针对视频监控电力设备存在的设备定位时间长、监控效果不理想问题,设计一种基于虚拟现实的电力设备监控系统。采用虚拟现实技术构建与变电站真实场景相同的虚拟现实场景,在虚拟现实场景中确定需要监控的区域和监控效果最好的监控摄像头,计算监控摄像头的旋转角度,并根据计算结果旋转真实场景的中的最优监控摄像头,从而及时、准确地观察电力设备运行状态。在国网山东省电力公司搭建该系统,运行结果表明系统能够及时、准确地观察电力设备运行状态。     

智能变电站配置描述虚端子多视角图形化查看系统

为方便辅助设计人员与调试人员以不同的视角快速准确查看智能变电站配置描述(SCD)中各设备的虚端子及其连接关系,研究了多视角图形化查看方法。运用图形化技术,以宏观图直观显示每个智能电子设备(IED)与其各发送、接收设备之间的虚端子宏观联系。从2个IED之间的某组虚连接、某IED的全部输入(或全部输出)虚连接、某发送控制块详情等多个视角,展示各设备之间虚端子的关联关系。通过图形化操作实现宏观图与子图之间、多个IED之间的切换。目前,该系统已成功应用于多座智能变电站的系统调试,大幅提高了查看与检查设备虚端子的准确性及工作效率。     

基于CIM模型的变电站三维可视化交互技术应用

研究三维可视化交互技术在智能变电站的应用,解决变电站传统信息平台通过文字、图表等二维形式展示设备信息不直观及交互困难等问题。利用基于CIM模型的信息交互技术,通过改进特征的实时细节层次模型生成算法与碰撞检测加速算法,实现实景三维建模和虚拟场景控制及变电站内设备台帐的展示。设备试验、缺陷、实时工况、在线监测等综合信息的三维仿真及数据交互,可及时为异常设备发出定位及告警信息,为监盘、巡检等提供可视化模拟环境,提高运行人员查找、分析设备故障的效率。500 k V玉林变电站三维仿真应用实例表明,基于CIM的变电站三维可视化信息交互技术具有很好的应用效果。