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一電力作業(yè)人員三維虛擬

1虛擬人物行為采用3DMax建模

建立骨骼動畫，繪制具有電力行業(yè)特點的人物骨骼MDL格式模型動畫虛擬人，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)特點繪制人物動作行為動畫。根據(jù)人體生理特點將人物定義成20個運動點的集合，定義人物模型模塊類及關(guān)聯(lián)，通過點的運動軌跡計算虛擬人物動作行為。針對設(shè)備操作點操作方式定義動畫幀，通過人機接口如鼠標(biāo)、鍵盤、運動捕捉等方式實現(xiàn)對虛擬人進行控制，在變電站虛擬三維場景中進行作業(yè)，并表現(xiàn)人物作業(yè)行為。抽象現(xiàn)場作業(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、驗電、掛接地線等動作，實現(xiàn)動作行為與現(xiàn)場操作相關(guān)聯(lián)，如點擊開關(guān)柜門，調(diào)用虛擬人開柜門操作并打開開關(guān)柜門，點擊驗電點調(diào)用虛擬人手持驗電器進行驗電等。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虛擬人物實時碰撞檢測

采用八叉樹空間分割算法劃分虛擬三維場景區(qū)域及虛擬三維模型，通過當(dāng)前碰撞源位置查找實際碰撞葉子節(jié)點。黑色節(jié)點表示含有碰撞源的葉子節(jié)點，白色節(jié)點表示不含碰撞源的葉子節(jié)點。針對虛擬三維場景中的虛擬三維模型采用多層次包圍盒的實時碰撞檢測法，用多層次包圍盒干涉檢測快速定位碰撞目標(biāo)，再依據(jù)多層次包圍盒定位的碰撞目標(biāo)模型，按照碰撞檢測的精度要求，進一步對模型三角形平面相交測試確定碰撞點。在虛擬三維場景中，采用合適的碰撞檢測精度，虛擬人物在行動中與虛擬設(shè)備的碰撞為實時檢測，但碰撞精度要求不高，可以采用低精度的碰撞提高運算效率。虛擬人物對設(shè)備的操作，碰撞檢測精度要求高，卻只是通過用戶鍵盤鼠標(biāo)觸發(fā)才執(zhí)行，不會影響虛擬場景整體渲染效率。能夠有效提高碰撞檢測速度，同時依據(jù)不同的精度需求，達(dá)到虛擬場景中碰撞檢測精度和效率的平衡。通過虛擬人物對梯子、臺階的碰撞檢測，實現(xiàn)虛擬人攀爬、上下樓梯。

3網(wǎng)絡(luò)同步控制

針對供電作業(yè)的安全特點，電力安全作業(yè)過程中需要有工作負(fù)責(zé)人、監(jiān)護人、操作人等多個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)丟包以及不同計算機性能造成的同步控制問題。虛擬三維場景中多角色協(xié)同作業(yè)對實時性要求很高，因此采用時間移動，移動過程中采用客戶端預(yù)測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，通過對網(wǎng)絡(luò)延時的預(yù)測和處理實現(xiàn)角色移動的同步，有效地解決了因同步問題造成的多臺機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景全景為主，系統(tǒng)不僅模擬了繼電保護、五防系統(tǒng)和綜合自動化系統(tǒng)等各部分的功能，還實現(xiàn)了通過學(xué)員控制不同虛擬人物角色在虛擬三維場景中進行電力作業(yè)過程操作的人機交互功能，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在兩臺不同的客戶端分別以工作負(fù)責(zé)人和工作監(jiān)護人的角色進入三維場景，監(jiān)護人可以跟隨、監(jiān)護工作負(fù)責(zé)人進行安全工器具拿取、檢查、驗電、分合開關(guān)和掛接地線等操作，兩臺客戶端同步虛擬人物的位置及動作，實現(xiàn)多人配合完成電力作業(yè)過程。在碰撞檢測開啟的前提下，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，不能穿過實體建筑（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有風(fēng)險提醒（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)險提示會有所不同。當(dāng)受培訓(xùn)人員在違反安規(guī)條款進行操作造成錯誤操作后果的，系統(tǒng)會根據(jù)實際情況在場景中給出聲、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，進行帶電掛接地線操作，此時受培訓(xùn)人員A控制的虛擬人會發(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)員可以加深對安規(guī)的認(rèn)識，有利于應(yīng)用技能水平的提高，尤其是加深了學(xué)員對安規(guī)的理解，有利于提高學(xué)員對變電站內(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)定運行的水平。系統(tǒng)可以隨著現(xiàn)場技術(shù)的發(fā)展而及時更新升級，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，為提高電力運行人員的整體素質(zhì)，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、可靠運行發(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)險意識、技術(shù)素養(yǎng)、運行技術(shù)技能水平，杜絕系統(tǒng)內(nèi)人為不按規(guī)程錯誤操作所引發(fā)的事故，提高運行人員在發(fā)生事故時的快速決斷能力，具有推廣應(yīng)用價值。

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