沉浸式虚拟现实变电站仿真培训系统研究

作     者：牛金亮 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：廖晓辉

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：沉浸式虚拟现实 仿真培训 变电站 人机交互 

摘      要：500kV变电站作为电力系统的关键枢纽点,其稳定运行对电网稳定运行十分重要,因而对其相关工作人员进行培训是十分有必要的。针对现存仿真培训系统存在的不足、缺乏现场感的现状,本文以实际运行变电站为基础,采用3ds MAX建模软件对河南省某500kV变电站1:1还原,再利用Unity3D完善培训系统功能,最后,仿真培训系统引入HTC Vive硬件平台,提高沉浸感,提升了培训效率。本文分析了当前仿真培训系统需求,基于500kV变电站的日常规范与作业流程,运用3ds MAX软件精简化建模,并开发动画,之后将模型导入Unity中,对虚拟场景进行优化,开发基本功能与各模块功能,实现沉浸式虚拟现实仿真培训。在场景中添加控件及编写脚本,实现功能开发。系统所实现功能包括:设备学习、漫游巡视、故障仿真。设备学习内容包括基本电气设备学习和基本操作学习,电气设备学习主要学习设备运转机理和设备参数,基本操作学习主要涉及倒闸操作的学习;漫游巡视分为人员巡视与机器人巡视,巡视时提示设备是否正常工作,有无潜在故障;故障仿真,根据变电站常见故障统计数据分析结果而开发,主要开发了变电站常见的一次、二次设备故障。培训功能的实现,仿真培训系统实现了桌面式与沉浸式两种培训方式,用户可运用鼠标、键盘等设备与仿真培训系统交互,实现桌面式培训;也可以使用虚拟显示设备,通过VR头盔、手柄与定位器与仿真培训系统交互,实现沉浸式培训;还可以两种培训方式相结合,教员使用桌面式、学员使用沉浸式,引领学员一对一培训。本文所设计开发的沉浸式虚拟现实仿真培训系统,实现变电站设备认知学习、场景漫游、故障模拟等培训功能,具有经济效益高、沉浸感强、操作方便等优点,提高了培训质量,适用于变电站运行人员培训与高校实验教学。本文为仿真培训提供一种新思路,具有一定的工程意义。