高建宏，劉新鋒，王志梁

（1.煙臺(tái)供電公司，山東 煙臺(tái) 264001；2.濟(jì)南眾德軟件開發(fā)有限公司，山東 濟(jì)南 250001；3.山東電力集團(tuán)公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

在建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及節(jié)約型社會(huì)形勢(shì)下，電力需求側(cè)管理得到了充分的重視和發(fā)展。國(guó)網(wǎng)公司開展了諸如電動(dòng)汽車、能效電廠、熱能儲(chǔ)存以及智能家居等電力需求側(cè)項(xiàng)目，并且智能電網(wǎng)為電力需求側(cè)管理注入了智能元素，使這些項(xiàng)目得到了社會(huì)的認(rèn)可，獲得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而，當(dāng)前這些項(xiàng)目只是一些試點(diǎn)、示范工程，局限于一些點(diǎn)上的建設(shè)，不能有效地在面上推開，不能更好地發(fā)揮示范工程的帶動(dòng)和輻射作用。為此，需要采用新的宣傳工具加強(qiáng)電力需求側(cè)的宣傳，以推廣項(xiàng)目實(shí)施。

隨著社會(huì)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用在軍事仿真、體育、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域［1］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)采用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)等多重感應(yīng)的虛擬環(huán)境，用戶可以同虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互，能夠產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)［2］。

基于Unity 3D技術(shù)，建立基于Unity 3D的電力需求側(cè)項(xiàng)目虛擬展示平臺(tái)，進(jìn)行電力需求側(cè)示范工程網(wǎng)上展示，將電力系統(tǒng)開展的具有先進(jìn)理念和技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行介紹，將成為國(guó)內(nèi)技術(shù)人員近距離接觸、了解電力需求側(cè)管理最新發(fā)展?fàn)顩r的前沿，使各示范工程能夠低成本地快速傳播，成為電力行業(yè)各單位進(jìn)行交流電力需求側(cè)工程建設(shè)的平臺(tái)，有利于宣傳科學(xué)用電的先進(jìn)理念，充分發(fā)揮示范工程的示范帶頭作用，能夠迅速推廣電力需求側(cè)建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)電力需求側(cè)項(xiàng)目虛擬展示平臺(tái)，將電力供應(yīng)與電力需求等各個(gè)環(huán)節(jié)上有機(jī)結(jié)合起來(lái)，生動(dòng)形象地介紹電力需求側(cè)基本知識(shí)，使廣大客戶了解電力需求側(cè)管理相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)用戶及其他機(jī)構(gòu)積極參與到電力需求側(cè)管理中。

1 電力需求側(cè)項(xiàng)目展示研究現(xiàn)狀

國(guó)外（如美國(guó)、英國(guó)、挪威、瑞典等）已經(jīng)進(jìn)行了大量的需求側(cè)研究和實(shí)施，并取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2003年國(guó)際能源機(jī)構(gòu)開展的需求響應(yīng)資源研究，旨在推廣將需求響應(yīng)資源融入各國(guó)電力市場(chǎng)中，研究實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的必要方法、業(yè)務(wù)流程、基礎(chǔ)、工具和實(shí)施進(jìn)程。這些項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)會(huì)通過(guò)網(wǎng)站發(fā)布出來(lái)，或者通過(guò)模擬技術(shù)對(duì)外發(fā)布，使參與者直觀地接觸到項(xiàng)目，激發(fā)他們參與需求側(cè)管理的積極性。

國(guó)內(nèi)對(duì)電力需求側(cè)系統(tǒng)開發(fā)的研究比較多，主要有中國(guó)電科院的圍繞建筑能源管理（或稱用電需求側(cè)管理）而開展的智能電網(wǎng)示范項(xiàng)目及可行性研究、朗新的電力需求側(cè)管理解決方案、山大地緯的需求側(cè)管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)大都是針對(duì)電力需求側(cè)實(shí)體進(jìn)行的。在電力需求側(cè)項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)推廣方面，國(guó)網(wǎng)公司需求側(cè)指導(dǎo)中心也開發(fā)了一套能夠評(píng)估需求側(cè)項(xiàng)目效益的互動(dòng)網(wǎng)站，以及政策方法的宣傳資料等；北京供電公司投資建設(shè)了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平的北京電力展示廳，以實(shí)物的形式進(jìn)行了科普知識(shí)介紹展區(qū)、節(jié)能減排與需求側(cè)管理技術(shù)展區(qū)、優(yōu)質(zhì)服務(wù)宣傳展區(qū)、電網(wǎng)科技展區(qū)等4個(gè)展區(qū)的建設(shè)。電力展示廳能夠形象的向公眾宣傳政府的節(jié)能減排措施，提升民眾的節(jié)能意識(shí)，推介電力需求側(cè)管理技術(shù)，進(jìn)而提高用電效率［3］。其缺點(diǎn)是投資高，普及面低，不能更好的起到推廣作用。泰安供電公司建立了基于Flash 2D技術(shù)的電力需求側(cè)展示，進(jìn)行了家用電器節(jié)能知識(shí)等的展示，投資低，具備一定的推廣價(jià)值。但是2D技術(shù)在展示效果方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如真實(shí)場(chǎng)景，如何低成本、高真實(shí)的將示范工程展示給用戶是一個(gè)迫切解決的問(wèn)題。

當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用在軍事仿真、體育、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域［1］。例如，波音公司的波音777運(yùn)輸機(jī)采用全無(wú)紙化設(shè)計(jì)，利用所開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)化加工過(guò)程；北京航空航天大學(xué)虛擬實(shí)現(xiàn)與可視化新技術(shù)研究室集成了分布式虛擬環(huán)境，用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面，一是用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、降低成本，避免新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；二是產(chǎn)品演示，吸引客戶爭(zhēng)取定單；三是用于培訓(xùn)，在新生產(chǎn)設(shè)備投入使用前用虛擬工廠來(lái)提高工人的操作水平。

可以看出，采用基于3D的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其場(chǎng)景在沉浸感、交互性與實(shí)時(shí)性方面的綜合效果優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)二維效果圖及二維和三維動(dòng)畫技術(shù)所無(wú)法比擬的［4］。對(duì)電力需求側(cè)示范項(xiàng)目展示來(lái)說(shuō)，示范項(xiàng)目虛擬展示以三維的表現(xiàn)形式，能夠全方位的展現(xiàn)一個(gè)物體，具有二維平面圖象不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2 交互式三維虛擬展示平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

電力需求側(cè)項(xiàng)目虛擬展示平臺(tái)采用了Flash＋Unity 3D的綜合技術(shù)，基于B／S架構(gòu)，跨操作系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可以一臺(tái)觸摸屏計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也可以分布運(yùn)行在一個(gè)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。

Unity 3D作為一種三維虛擬現(xiàn)實(shí)游戲平臺(tái)，可以充分、實(shí)時(shí)的處理大量的三維模型，其中Unity 3D引擎是其創(chuàng)造高質(zhì)量3D仿真系統(tǒng)和真實(shí)視覺(jué)效果的核心技術(shù)。對(duì)DirectX和OpenGL擁有高度優(yōu)化的圖形渲染管道，低端硬件也可以流暢運(yùn)行漂亮的室內(nèi)裝飾、室外環(huán)境、植被景觀和操作動(dòng)畫。同時(shí)，Unity 3D 也支持多種腳本語(yǔ)言（C＃，JavaScript等）。

如圖1所示，展示平臺(tái)分為元數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)、Unity 3D服務(wù)、應(yīng)用層和表現(xiàn)層5層結(jié)構(gòu)。

元數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)：其中數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)機(jī)器中的文件集合來(lái)對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，在平臺(tái)中，分為場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的元數(shù)據(jù)包括建模、材質(zhì)、聲音、動(dòng)作；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的元數(shù)據(jù)包括電流、電壓、功率、照度等信息?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。

Unity 3D服務(wù)：主要指系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯。包括模型的放大縮小、相機(jī)控制、碰撞檢測(cè)、聲音控制、動(dòng)作觸發(fā)。用戶可以在室內(nèi)自由移動(dòng)和操作，如鼠標(biāo)觸到門時(shí)即打開，可以點(diǎn)擊墻上的開關(guān)開燈或者對(duì)房間設(shè)備的移動(dòng)等。其中Unity3D服務(wù)不能完成的部分，可以通過(guò)二次開發(fā)完成（如訪問(wèn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的展示），二次開發(fā)語(yǔ)言可以選擇C＋＋、JavaScript、C＃等。設(shè)計(jì)該層可降低系統(tǒng)復(fù)雜度，并將邏輯層與系統(tǒng)和用戶的行為分離。

應(yīng)用層：主要指系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，在Unity3D服務(wù)提供接口的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能家居、水源熱泵、電動(dòng)汽車、節(jié)能展廳的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)操作，為表現(xiàn)層提供實(shí)時(shí)展示信息。

表現(xiàn)層：包括用戶界面及聲音等，同時(shí)還包括特效處理，如粒子效果、模型特效等。

圖1 基于Unity3D的三維虛擬展示平臺(tái)

圖2 三維虛擬展示平臺(tái)功能模塊劃分

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

電力需求側(cè)項(xiàng)目虛擬展示系統(tǒng)包括電力需求側(cè)管理知識(shí)、電動(dòng)汽車、水源熱泵、蓄冷蓄熱、節(jié)能展廳、智能家居。系統(tǒng)以虛擬形式將電力需求側(cè)管理知識(shí)、電動(dòng)汽車、智能家居、節(jié)能展廳、水源熱泵、蓄冷蓄熱模塊進(jìn)行展示。具體功能如圖2所示。

3.2 節(jié)能展廳節(jié)能燈功能實(shí)現(xiàn)

節(jié)能燈可以進(jìn)行同功率下的照度、同照度的功率展示。首先設(shè)置同功率展示、同照度展示。單擊展示該燈的當(dāng)前展廳的照度效果，并在屏幕下方對(duì)應(yīng)的展板內(nèi)展示功率照度。圖3為節(jié)能展廳節(jié)能燈3D模型以及節(jié)能信息對(duì)比。

圖3 節(jié)能展廳節(jié)能燈3D模型以及節(jié)能對(duì)比信息

3.3 電動(dòng)汽車功能實(shí)現(xiàn)

汽車根據(jù)使用能源類型分為電動(dòng)汽車、燃油汽車、燃?xì)馄?。?為不同類型耗能汽車的費(fèi)用對(duì)比。本費(fèi)用對(duì)比以最新96號(hào)汽油價(jià)格為例，假設(shè)純電動(dòng)汽車單次充滿為56 kWh，可行駛300 km左右，百公里耗電量為19 kWh，普通燃油汽車按行駛百公里耗油約8 L計(jì)算。根據(jù)此數(shù)據(jù)信息，在電動(dòng)汽車展廳中進(jìn)行不同能源汽車耗能費(fèi)用的動(dòng)態(tài)對(duì)比。

表1 不同能源類型汽車耗能費(fèi)用對(duì)比

如圖4所示，汽車附加動(dòng)力引擎、碰撞檢測(cè)及懸掛系統(tǒng)，給用戶以親身體驗(yàn)的效果。在駕駛過(guò)程中，能夠根據(jù)汽車動(dòng)力和汽車類型即時(shí)顯示當(dāng)前速度及百公里能耗和費(fèi)用。

圖4 不同能源類型汽車比賽模擬駕駛以及用能對(duì)比

3.4 水源熱泵功能實(shí)現(xiàn)

水源熱泵是利用地球水所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源或者生活廢水存儲(chǔ)的能源作為冷、熱源，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的空調(diào)技術(shù)。

圖5為水源熱泵展示模型，分為水源熱泵供治原理、家庭熱能利用兩部分。用戶可以直觀地在3D展廳里漫游，了解水源熱泵的原理，以及熱能如何利用，同時(shí)可以展示多媒體信息如表2所示，顯示熱源水泵的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

圖5 水源熱泵3D模型

表2 不同能源設(shè)備加熱100 t熱水費(fèi)用比較

5 結(jié)語(yǔ)

采用3D技術(shù)，進(jìn)行電力需求側(cè)項(xiàng)目虛擬展示平臺(tái)的研究，開發(fā)面向廣大供電部門和客戶的電力需求側(cè)示范工程網(wǎng)上展示系統(tǒng)，與電力需求側(cè)管理知識(shí)體系相融合，并通過(guò)多媒體編程技術(shù)與動(dòng)態(tài)軟件技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建虛擬展覽中心，將三維仿真建模、情景仿真動(dòng)畫演示與本地或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步，將信息實(shí)時(shí)展現(xiàn)在三維場(chǎng)景和立體動(dòng)畫之上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息與三維場(chǎng)景的同步展示。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)汽車、節(jié)能燈、水源熱泵等需求側(cè)示范項(xiàng)目身臨其境的全方位的展現(xiàn)，將節(jié)約用電、安全用電、節(jié)能產(chǎn)品展示和企業(yè)節(jié)能等知識(shí)以生動(dòng)、直觀、形象的形式展現(xiàn)出來(lái)，讓用戶體驗(yàn)到逼真的場(chǎng)景漫游和互動(dòng)操作。為廣大用戶提供學(xué)習(xí)電力科普知識(shí)的平臺(tái)，具有一定的創(chuàng)新意義，對(duì)于傳播電力需求側(cè)管理項(xiàng)目，不斷推進(jìn)電力需求側(cè)建設(shè)的力度和深度，具有較大的推廣意義。

［1］陳洪，馬欽，朱德海.基于unity 3D的交互式虛擬農(nóng)業(yè)仿真平臺(tái)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（3）：184－186.

［2］于建松.基于Unity 3D的室內(nèi)漫游的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，24（4）：56－59.

［3］計(jì)力.北京電力展示廳示范工程建設(shè)及效果［J］.需求側(cè)管理，2010，12（4）：69－71.

［4］于建松.基于Unity 3D的室內(nèi)漫游仿真系統(tǒng)［J］.淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2011（12）：515－518.