韋克峰

[摘要]介紹虛擬現(xiàn)實virtual reality技術(shù)的概念、基本原理及技術(shù)特點，分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)在排除電網(wǎng)事故發(fā)生中運用的直觀性及應(yīng)用方法。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實技術(shù)電網(wǎng)事故

中圖分類號：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671--7597(2009)1020055--01

安全可靠是建設(shè)堅強電網(wǎng)的最基本要求，也是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的保障。當(dāng)前電力供需形勢緊張、發(fā)用電平衡存在較大缺口，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了嚴(yán)重威脅。電力生產(chǎn)中的嚴(yán)峻形勢要求不斷完善安全生產(chǎn)保證體系和監(jiān)督體系；不斷提高輸變電設(shè)備的管理水平和技術(shù)水平，不斷提高電力員工對電力設(shè)備的操作能力，大幅降低電力施工中的事故率：努力創(chuàng)建和諧的內(nèi)外部環(huán)境。而做到這一切的核心與根本在于以人為本，強化培訓(xùn)，狠抓高素質(zhì)人才隊伍建設(shè)，從強化員工安全意識和提高素質(zhì)出發(fā)，加強安全生產(chǎn)教育，強化員工安全工作意識，增強員工的安全生產(chǎn)技能。而近年來，以網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實、三維圖形技術(shù)為代表的電腦信息科技的發(fā)展，為電力安全教育的實施提供了新思路。本文對如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在電力企業(yè)安全培訓(xùn)中，以幫助企業(yè)進(jìn)行安全和危險分析進(jìn)行了探究，進(jìn)而提出解決方案，從而實現(xiàn)了對員工進(jìn)行安全教育的目的。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，簡稱VR技術(shù))，又稱靈境技術(shù)，1989年由美國VPL Research公司的創(chuàng)始人Jaron Lanier提出，是20世紀(jì)末興起的一門嶄新的綜合性信虛擬現(xiàn)實技術(shù)，目的是能讓用戶使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進(jìn)行考察或操作，同時提供視覺、聽覺、觸覺等直觀而又自然的實時感知。

vR是一門新興的交叉學(xué)科，是當(dāng)今科學(xué)界廣泛關(guān)注的一個熱點。[1]虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀，給用戶提供了一個趨于人性化的虛擬信急空間。它以模擬方式為使用者創(chuàng)造了一個實時反映實體對象變化與相互作用的二維影像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗中，使參與者可直接參與和探索虛擬對象所處環(huán)境的作用和變化，仿佛置身于現(xiàn)實世界中。一個身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)是包括計算機圖形學(xué)、圖象處理與模式識別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)、語音處理與音像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計算機系統(tǒng)等不同功能、不同層次的具有相當(dāng)規(guī)模的子系統(tǒng)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是綜合性極強的高新信息技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實有3個特征。分別為：沉浸性(Illusion 0f imitations)、交互性(Intractivity)和多感知性(Imagination)[2]。

1、沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，用計算機產(chǎn)生逼真的二維立體圖像。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身少虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣，一切感覺都是那么逼真，有一種身J臨其境的感覺。

2、交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互。使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行交互。而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能就能對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行考察或操作。

3、多感知性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達(dá)到身臨其境的感受。

這些特性中沉浸性是vR技術(shù)最主要的特征。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按硬件條件可分為桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Desktop vR)、沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Immersive VR)、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Distribut ed vR)[3，4]。

由于vR技術(shù)具有上述的優(yōu)勢特征，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在排除電網(wǎng)事故發(fā)生中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在排除電網(wǎng)事故發(fā)生中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：

1、工作場所布局及其環(huán)境的建模仿真。首先對工作場所的環(huán)境及工藝流程進(jìn)行建模仿真，可利用立體眼睛實現(xiàn)在虛擬工作環(huán)境三維空間的漫游：借助數(shù)據(jù)手套可以對系統(tǒng)的各種繼電器、開關(guān)進(jìn)行操作，模擬各種參數(shù)下設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，工作人員在此虛擬環(huán)境下能夠快速準(zhǔn)確地掌握整個操作流程以及各種操作可能帶來的后果，為以后的安全操作打下良好的基礎(chǔ)。

2、事故模式及其影響仿真。在安全系統(tǒng)分析方法的指導(dǎo)下，使用相關(guān)軟件進(jìn)行模擬，找出過程中危險有害因素，從而得出相應(yīng)評價方法對事故可能引起災(zāi)害后果的定性或定量預(yù)測，列出流程中各主要設(shè)各、部件的災(zāi)害分析情況，通過計算，可得出各災(zāi)害事故的影響范圍，作用時間等衡量災(zāi)害事故嚴(yán)重度的參數(shù)，借助技術(shù)對災(zāi)害事故的發(fā)展過程和影響進(jìn)行情景模擬。如：爆炸仿真可人為設(shè)定爆炸的強度級別，在相應(yīng)的軟件程序中可以輸入相關(guān)參數(shù)并結(jié)合地理信息系統(tǒng)等，進(jìn)行物理、化學(xué)等方面的分析計算，從而得出事故的危害后果，使培訓(xùn)員工對過程中的危險有更為直觀的理解。

3、事故發(fā)生幾率預(yù)測。應(yīng)用大型計算軟件在各種可靠性分析方法基礎(chǔ)上對各個設(shè)備進(jìn)行分析，對設(shè)備的受力、腐蝕等情況進(jìn)行計算，從而得出各設(shè)備、部件可能發(fā)生的主要災(zāi)害形式的出現(xiàn)幾率，以數(shù)字、顏色等直觀方式結(jié)合vR技術(shù)顯示出來，使培訓(xùn)員工知道在最易發(fā)生破壞的部位，應(yīng)重點注意。

4、事故損失分析。采用安全評價法對各生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行安全評價，采用不同的色彩表征設(shè)各風(fēng)險的大小。

5、提出整改對策措施。根據(jù)前幾步的分析計算，得出各設(shè)備部件的風(fēng)險程度，對其風(fēng)險進(jìn)行綜合分析，從而指導(dǎo)工作場所布局、設(shè)備參數(shù)的調(diào)整。經(jīng)分析，在危險處設(shè)置警示標(biāo)志并制定規(guī)范的操作程序，并在人行通道與操作區(qū)之間設(shè)置防護(hù)。最后，通過各種措施盡量降低災(zāi)害發(fā)生的可能性及其影響程度，使用vR技術(shù)給出整改后環(huán)境示意圖。

總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個大型綜合集成環(huán)境，是一項集成性極強的高新信息技術(shù)，是一個具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，但仍存在許多有待解決與突破的問題，尤其在排除電網(wǎng)事故發(fā)生應(yīng)用的研究方面，我們應(yīng)努力建設(shè)虛擬現(xiàn)實技術(shù)實驗室，面向應(yīng)用，開發(fā)有價值的虛擬現(xiàn)實電網(wǎng)事故排除系統(tǒng)，使其在排除電網(wǎng)事故發(fā)生中得到更廣泛應(yīng)用。我們堅信虛擬現(xiàn)實這一高新技術(shù)領(lǐng)域幾年之后，必將會高速發(fā)展，像計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)一樣，豐富人們的生活，改變?nèi)藗兊氖澜?。將這種新興技術(shù)應(yīng)用到排除電網(wǎng)事故發(fā)生中是實現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)的必然發(fā)展趨勢。