一、電力作業(yè)人員三維虛擬

1虛擬人物行為采用3DMax建模

建立骨骼動(dòng)畫，繪制具有電力行業(yè)特點(diǎn)的人物骨骼MDL格式模型動(dòng)畫虛擬人，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)特點(diǎn)繪制人物動(dòng)作行為動(dòng)畫。根據(jù)人體生理特點(diǎn)將人物定義成20個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的集合，定義人物模型模塊類及關(guān)聯(lián)，通過點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算虛擬人物動(dòng)作行為。針對(duì)設(shè)備操作點(diǎn)操作方式定義動(dòng)畫幀，通過人機(jī)接口如鼠標(biāo)、鍵盤、運(yùn)動(dòng)捕捉等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬人進(jìn)行控制，在變電站虛擬三維場(chǎng)景中進(jìn)行作業(yè)，并表現(xiàn)人物作業(yè)行為。

抽象現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)所涉及人的作業(yè)行為，包括行走、下蹲、攀爬、上階梯、按按鈕、開關(guān)柜門、推手車、扛梯、驗(yàn)電、掛接地線等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作行為與現(xiàn)場(chǎng)操作相關(guān)聯(lián)，如點(diǎn)擊開關(guān)柜門，調(diào)用虛擬人開柜門操作并打開開關(guān)柜門，點(diǎn)擊驗(yàn)電點(diǎn)調(diào)用虛擬人手持驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電等。能夠體現(xiàn)虛擬人攜帶、檢查、使用安全器具和施工器具過程，如佩戴安全帽、穿工作負(fù)責(zé)人馬甲、佩戴絕緣手套、穿絕緣靴、扛梯行走、手持驗(yàn)電器行走等。體現(xiàn)安全措施不到位造成的人身傷害后果，如帶電距離不夠造成電擊、高空跌落、墜物損傷等。

2虛擬人物實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)

采用八叉樹空間分割算法劃分虛擬三維場(chǎng)景區(qū)域及虛擬三維模型，通過當(dāng)前碰撞源位置查找實(shí)際碰撞葉子節(jié)點(diǎn)。黑色節(jié)點(diǎn)表示含有碰撞源的葉子節(jié)點(diǎn)，白色節(jié)點(diǎn)表示不含碰撞源的葉子節(jié)點(diǎn)。針對(duì)虛擬三維場(chǎng)景中的虛擬三維模型采用多層次包圍盒的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)法，用多層次包圍盒干涉檢測(cè)快速定位碰撞目標(biāo)，再依據(jù)多層次包圍盒定位的碰撞目標(biāo)模型，按照碰撞檢測(cè)的精度要求，進(jìn)一步對(duì)模型三角形平面相交測(cè)試確定碰撞點(diǎn)。

在虛擬三維場(chǎng)景中，采用合適的碰撞檢測(cè)精度，虛擬人物在行動(dòng)中與虛擬設(shè)備的碰撞為實(shí)時(shí)檢測(cè)，但碰撞精度要求不高，可以采用低精度的碰撞提高運(yùn)算效率。虛擬人物對(duì)設(shè)備的操作，碰撞檢測(cè)精度要求高，卻只是通過用戶鍵盤鼠標(biāo)觸發(fā)才執(zhí)行，不會(huì)影響虛擬場(chǎng)景整體渲染效率。能夠有效提高碰撞檢測(cè)速度，同時(shí)依據(jù)不同的精度需求，達(dá)到虛擬場(chǎng)景中碰撞檢測(cè)精度和效率的平衡。通過虛擬人物對(duì)梯子、臺(tái)階的碰撞檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)虛擬人攀爬、上下樓梯。

3網(wǎng)絡(luò)同步控制

針對(duì)供電作業(yè)的安全特點(diǎn)，電力安全作業(yè)過程中需要有工作負(fù)責(zé)人、監(jiān)護(hù)人、操作人等多個(gè)角色在線共同參與協(xié)作，因此在多角色參與的作業(yè)過程中需要解決帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)丟包以及不同計(jì)算機(jī)性能造成的同步控制問題。虛擬三維場(chǎng)景中多角色協(xié)同作業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，因此采用時(shí)間移動(dòng)，移動(dòng)過程中采用客戶端預(yù)測(cè)和客戶端修正的方法保持客戶端與服務(wù)器、客戶端與客戶端之間的同步，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的預(yù)測(cè)和處理實(shí)現(xiàn)角色移動(dòng)的同步，有效地解決了因同步問題造成的多臺(tái)機(jī)器顯示畫面不一致的問題。

二、系統(tǒng)應(yīng)用

電力安全規(guī)程仿真系統(tǒng)主要功能以變電站虛擬三維場(chǎng)景全景為主，系統(tǒng)不僅模擬了繼電保護(hù)、五防系統(tǒng)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等各部分的功能，還實(shí)現(xiàn)了通過學(xué)員控制不同虛擬人物角色在虛擬三維場(chǎng)景中進(jìn)行電力作業(yè)過程操作的人機(jī)交互功能，展現(xiàn)逼真的安全作業(yè)情景。例如有受培訓(xùn)人員A和受培訓(xùn)人員B在兩臺(tái)不同的客戶端分別以工作負(fù)責(zé)人和工作監(jiān)護(hù)人的角色進(jìn)入三維場(chǎng)景，監(jiān)護(hù)人可以跟隨、監(jiān)護(hù)工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行安全工器具拿取、檢查、驗(yàn)電、分合開關(guān)和掛接地線等操作，兩臺(tái)客戶端同步虛擬人物的位置及動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)多人配合完成電力作業(yè)過程。

在碰撞檢測(cè)開啟的前提下，受培訓(xùn)人員控制的虛擬人只能行走在正常路徑上前往作業(yè)地點(diǎn)，不能穿過實(shí)體建筑(如墻、柱子、設(shè)備等)。在符合安規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程下，受訓(xùn)人員在操作過程中會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)提醒(如注意帶電距離、誤入帶電間隔等)，且根據(jù)環(huán)境條件設(shè)置的不同風(fēng)險(xiǎn)提示會(huì)有所不同。當(dāng)受培訓(xùn)人員在違反安規(guī)條款進(jìn)行操作造成錯(cuò)誤操作后果的，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況在場(chǎng)景中給出聲、光、電的展示，以達(dá)到警示和提醒的作用。

例如受培訓(xùn)人員A誤入帶電間隔，進(jìn)行帶電掛接地線操作，此時(shí)受培訓(xùn)人員A控制的虛擬人會(huì)發(fā)出一聲慘叫，帶電位置與人物之間出現(xiàn)弧光，虛擬人物應(yīng)聲倒地，身上著火，造成設(shè)備損壞、人身傷害、傷亡等嚴(yán)重后果，進(jìn)而引發(fā)電力安全生產(chǎn)事故通過仿真系統(tǒng)學(xué)員可以加深對(duì)安規(guī)的認(rèn)識(shí)，有利于應(yīng)用技能水平的提高，尤其是加深了學(xué)員對(duì)安規(guī)的理解，有利于提高學(xué)員對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備故障判斷和處理能力，取得了良好的培訓(xùn)效果，提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的水平。系統(tǒng)可以隨著現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展而及時(shí)更新升級(jí)，從而滿足不斷提高的培訓(xùn)需求。

三、結(jié)語

電力安全規(guī)程仿真系統(tǒng)作為一種新型的電力生產(chǎn)安全作業(yè)培訓(xùn)方式，為提高電力運(yùn)行人員的整體素質(zhì)，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行發(fā)揮了積極作用。系統(tǒng)的成功應(yīng)用，可提高員工的安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)、技術(shù)素養(yǎng)、運(yùn)行技術(shù)技能水平，杜絕系統(tǒng)內(nèi)人為不按規(guī)程錯(cuò)誤操作所引發(fā)的事故，提高運(yùn)行人員在發(fā)生事故時(shí)的快速?zèng)Q斷能力，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

作者：閆瑞杰 李路 張建軍 常永慶  單位：山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 合肥盛柏科技有限公司