摘 要：近年來(lái)，我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，在日常生活中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)概念與發(fā)展過(guò)程，列舉了目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用情況，具體分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并作出了歸納與總結(jié)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);電力系統(tǒng);應(yīng)用現(xiàn)狀

1 ? ?VR技術(shù)的概念

VR技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality），指的是虛擬和現(xiàn)實(shí)相互結(jié)合的一種技術(shù)。VR技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展到了第三代，它結(jié)合虛擬化信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等構(gòu)造出一個(gè)逼真的虛擬世界，使體驗(yàn)者獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬體驗(yàn)，且體驗(yàn)者可以在虛擬世界中進(jìn)行自由操作和交互[1]。

2 ? ?VR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

VR技術(shù)誕生于20世紀(jì)中葉，但幾十年之后才引起了人們的注意和重視。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛，VR技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。截至目前，VR技術(shù)引領(lǐng)的新時(shí)代已經(jīng)逐漸滲透并普遍運(yùn)用于人們的日常生活中。

作為VR起源地的美國(guó)，VR首先應(yīng)用于軍事、航空航天模擬訓(xùn)練等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，而后逐漸擴(kuò)散至民用領(lǐng)域。歐洲國(guó)家則將VR技術(shù)更多地應(yīng)用于改造傳統(tǒng)工業(yè)與產(chǎn)品的相關(guān)方面，有效提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和利潤(rùn)，并且得到了更多客戶(hù)的青睞。

我國(guó)針對(duì)VR技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展速度很快，近年來(lái)在各行各業(yè)中得到了較好的應(yīng)用，并且取得了良好的反響，獲得了各界的重視與支持。國(guó)內(nèi)高等院校、研究機(jī)構(gòu)與各大企業(yè)，也對(duì)VR技術(shù)的發(fā)展前景很感興趣，紛紛投身VR領(lǐng)域的研究與應(yīng)用之中。VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)技術(shù)的突破，開(kāi)發(fā)了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用管理系統(tǒng)，在虛擬建模、仿真培訓(xùn)等方面具有積極的推動(dòng)作用。

3 ? ?VR技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

這些年來(lái)，VR技術(shù)已經(jīng)取得了飛速的進(jìn)步，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，涉及醫(yī)療、旅游、教育、建筑、軍事等各個(gè)方面。

3.1 ? ?VR醫(yī)療

VR技術(shù)在醫(yī)療范疇的運(yùn)用相當(dāng)普遍，并且具有很大的提升空間。

（1）通過(guò)3D模型，模擬手術(shù)病人與手術(shù)環(huán)境（圖1），用于醫(yī)療培訓(xùn)，解決醫(yī)療資源匱乏的問(wèn)題。

（2）用于輔助治療，創(chuàng)造虛擬的環(huán)境，緩解病人心理上的緊張，從而減輕身體上的痛苦。

3.2 ? ?VR旅游

（1）用于景點(diǎn)宣傳：通過(guò)景點(diǎn)的VR全景復(fù)原對(duì)景點(diǎn)進(jìn)行宣傳與推廣，用戶(hù)可以通過(guò)VR技術(shù)提前參觀景點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際旅行時(shí)的路線(xiàn)做出決策。

（2）用于景區(qū)內(nèi)的虛擬體驗(yàn)，可以保護(hù)那些珍貴的歷史文物不被旅游者破壞，或者復(fù)原已經(jīng)消失的歷史遺跡等。

（3）全VR主題景點(diǎn)（圖2），比如The Void、Zero Latency等VR題材公園。

3.3 ? ?VR教育

VR技術(shù)的引入豐富了教學(xué)的內(nèi)容和方式，也提高了學(xué)習(xí)內(nèi)容的真實(shí)性和有趣性。對(duì)于一些需要現(xiàn)場(chǎng)操作的課程，比如駕駛、手術(shù)、加工制作等，VR教育可以降低培訓(xùn)費(fèi)用和縮短培訓(xùn)時(shí)間，避免學(xué)員因?yàn)閷W(xué)藝不精而造成的傷害。目前，Lingoland、Unimersiv等公司已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)完成了完善的VR教育系統(tǒng)，我國(guó)這類(lèi)教育系統(tǒng)也在逐步開(kāi)發(fā)和完善中（圖3）。

3.4 ? ?VR建筑

VR技術(shù)可以完美地運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)和樣板展示中（圖4）。VR技術(shù)突破了傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)的局限性，設(shè)計(jì)師可以獲得更好的空間感，客戶(hù)可以獲得更加直接的體驗(yàn)感，有助于多方溝通。VR技術(shù)目前在建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)、展示、營(yíng)銷(xiāo)方面均已有了較大規(guī)模的運(yùn)用，為建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售做出了有力的貢獻(xiàn)。

3.5 ? ?VR軍事

VR技術(shù)在軍事領(lǐng)域已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，其不僅可以節(jié)省大量成本，節(jié)約大量人力、物力與時(shí)間，還可以降低軍事風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)軍事訓(xùn)練中已大量使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備（圖5），其既可以模擬各種場(chǎng)景和設(shè)備，又可以幫助軍人體驗(yàn)各種軍事訓(xùn)練課程。

此外，電力、石油、礦產(chǎn)等這類(lèi)高危行業(yè)也常利用VR技術(shù)進(jìn)行仿真模擬，既可以降低事故發(fā)生的概率，又可以節(jié)省人力物力成本。目前，國(guó)內(nèi)VR系統(tǒng)引擎已經(jīng)較成熟，許多公司和大學(xué)都在積極研究相關(guān)內(nèi)容，并陸續(xù)建立了虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室，正迅速將這一科技成果轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)。

4 ? ?VR技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 ? ?VR技術(shù)在輸變電系統(tǒng)中的應(yīng)用

變電站和輸電線(xiàn)路是電力系統(tǒng)中最重要的組成部分，目前，國(guó)內(nèi)各單位及高校已經(jīng)根據(jù)各地特點(diǎn)建成多套110～500 kV各電壓等級(jí)的虛擬變電站模型與各電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路。

對(duì)于變電站而言，VR技術(shù)可以提供以下功能：

（1）在設(shè)計(jì)初期，可以通過(guò)建模驗(yàn)證各個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置，制訂出合理的部署方案，優(yōu)化空間布局。

（2）系統(tǒng)建成后，可以給變電站作業(yè)人員的檢修、維護(hù)工作提供直觀、形象的指導(dǎo)，降低作業(yè)難度與風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率。

（3）可以給變電站人員進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行模式方面的仿真培訓(xùn)，降低培訓(xùn)的成本與風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于輸電線(xiàn)路而言，VR技術(shù)可以提供下列功能：

（1）可以為輸電線(xiàn)路建設(shè)模擬提供建模支持。

（2）可以提供輸電線(xiàn)路建設(shè)過(guò)程中的環(huán)境模擬功能，預(yù)知建設(shè)事故與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

（3）可以建立災(zāi)害模擬及評(píng)估系統(tǒng)。

（4）可以建設(shè)運(yùn)行軌跡模型。

（5）可以為線(xiàn)路工作人員提供模擬尋線(xiàn)功能。

4.2 ? ?VR技術(shù)在電力培訓(xùn)中的應(yīng)用

國(guó)外從1970年起就開(kāi)展了基于VR技術(shù)的電力系統(tǒng)操作和考核培訓(xùn)系統(tǒng)研究，而我國(guó)自1990年以來(lái)，也先后建立了電力方面的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)，涵蓋了電力系統(tǒng)建設(shè)培訓(xùn)、帶電作業(yè)培訓(xùn)、事故處置培訓(xùn)等，將電力培訓(xùn)由書(shū)面化轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像化，給培訓(xùn)人員提供了作業(yè)的真實(shí)感與沉浸感，使電力培訓(xùn)方式發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變。

在國(guó)內(nèi)，多家公司研制的虛擬現(xiàn)實(shí)電力培訓(xùn)系統(tǒng)可為電力系統(tǒng)人員培訓(xùn)等工作提供一種沉浸式的、安全的、交互式的培訓(xùn)方式，不但可以三維顯示設(shè)備的外部形狀，還可以展示其內(nèi)部構(gòu)造及連接方式，揭示其邏輯關(guān)系;并且通過(guò)人機(jī)交互技術(shù)，學(xué)習(xí)電力設(shè)備的工作原理與檢修維護(hù)方法，效果直接明了。根據(jù)異地學(xué)習(xí)人員的需要，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立多點(diǎn)分布式的VR教學(xué)系統(tǒng)，可進(jìn)行多用戶(hù)的系統(tǒng)操作，提供異地系統(tǒng)作業(yè)的環(huán)境。

采用VR技術(shù)進(jìn)行仿真培訓(xùn)，既可以節(jié)省培訓(xùn)成本，又可以有效降低培訓(xùn)中的風(fēng)險(xiǎn)，學(xué)習(xí)人員可以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行360°的自由觀測(cè)，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，深入了解其組成和原理，獲得書(shū)本上難以獲得的直觀感受。此外，電力虛擬仿真培訓(xùn)較為靈活，模型、數(shù)據(jù)、信息和交互方式的配置可根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)、建造、擴(kuò)展、補(bǔ)充或組合[2]。

4.3 ? ?VR技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的應(yīng)用

VR技術(shù)的加入，可以有效保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。各單位研制出了不同的虛擬仿真系統(tǒng)，可以協(xié)助電力工作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和模擬訓(xùn)練。有的單位還發(fā)明了相關(guān)作業(yè)機(jī)器人，可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的VR操作軟件，控制機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際的檢修作業(yè)，保證作業(yè)的精度和人員的安全。

（1）電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榉植荚?，有時(shí)只能進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，但準(zhǔn)確性不高。電力作業(yè)人員可以憑借VR技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)與虛擬場(chǎng)景相結(jié)合，有效提升遠(yuǎn)程操作的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在VR模擬系統(tǒng)中，可以有效避免現(xiàn)實(shí)世界中的電場(chǎng)、溫濕度變化等的影響，使作業(yè)人員能做出更精準(zhǔn)的操作與計(jì)算。

（2）在電力運(yùn)行過(guò)程中，作業(yè)人員難免需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，但高空或高壓往往讓經(jīng)驗(yàn)不足的作業(yè)人員心生畏懼。利用VR系統(tǒng)可以使作業(yè)人員提前適應(yīng)相應(yīng)的虛擬環(huán)境，克服自身的恐懼。作業(yè)人員通過(guò)提前適應(yīng)，提前練習(xí)，大大降低現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)或者作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 ? ?VR技術(shù)在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在以往的電力設(shè)計(jì)中，工作人員往往通過(guò)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)因?yàn)殂暯有缘膯?wèn)題而造成設(shè)計(jì)誤差，從而導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的失誤。三維建模的出現(xiàn)有效提升了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，避免了溝通誤差，同時(shí)極大地提升了效率，也降低了各種成本，并且更加直觀，降低了設(shè)計(jì)難度。

目前通常先采用VR技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，而后采用二維圖紙進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)。根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)生成多種設(shè)計(jì)圖紙和報(bào)告，轉(zhuǎn)換過(guò)程是由軟件自動(dòng)完成的，可以有效解決不同設(shè)計(jì)圖之間不對(duì)應(yīng)或者漏改、漏標(biāo)和書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤等問(wèn)題。另外，還可以利用三維建模來(lái)檢查設(shè)計(jì)的合理性、正確性，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和使用空間，非常直觀高效，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)干擾或空間大小不合適的情況。

此外，在數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅可以存儲(chǔ)和管理三維模型，還可以將各種資料、圖紙進(jìn)行協(xié)調(diào)集成，使系統(tǒng)更加全面、完整，具備全流程的可追溯性。設(shè)計(jì)單位在使用VR技術(shù)后，原本的設(shè)計(jì)成功由一堆關(guān)聯(lián)性不太強(qiáng)的圖紙變成了一套完整的、系統(tǒng)的、直觀的數(shù)據(jù)庫(kù)，其準(zhǔn)確、真實(shí)地體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的思想，集成了歷史項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程，為提升電力設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、標(biāo)準(zhǔn)性提供技術(shù)支持，深受各個(gè)設(shè)計(jì)單位的好評(píng)。

4.5 ? ?VR技術(shù)在電力突發(fā)事件應(yīng)急演練中的應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，電氣設(shè)備的數(shù)量和使用頻率均大幅上漲，激增的電能需求量時(shí)刻沖擊著電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。這些年，國(guó)家電網(wǎng)逐步建立了電力應(yīng)急體系以確保人們?nèi)粘Ｓ秒姷陌踩c穩(wěn)定，并以電力應(yīng)急物資儲(chǔ)備、應(yīng)急組織體系等八項(xiàng)工作為重點(diǎn)[3]。但是，傳統(tǒng)的應(yīng)急搶修演練組織難度大，耗費(fèi)人力物力多，效果卻不盡如人意?；诖?，將VR技術(shù)與電力應(yīng)急搶修演練進(jìn)行有機(jī)融合，開(kāi)發(fā)基于VR的虛擬仿真應(yīng)急平臺(tái)，能夠協(xié)助運(yùn)行、搶修、調(diào)度人員共同完成應(yīng)急處理任務(wù)，減少人力物力投入，增強(qiáng)演練效果。目前，VR技術(shù)在突發(fā)事件應(yīng)急演練中的應(yīng)用較少，但在逐步增加。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，VR技術(shù)在電力系統(tǒng)中有了一定的運(yùn)用，在建筑設(shè)計(jì)、設(shè)備認(rèn)知、培訓(xùn)管理等領(lǐng)域中均有試點(diǎn)，并取得了良好的口碑。但VR技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用范圍有待擴(kuò)大，參與使用的人數(shù)及頻率仍然較低。相信在不久的將來(lái)，隨著VR技術(shù)的普及和發(fā)展，電力系統(tǒng)的各方各面均會(huì)享受到VR技術(shù)的福利，VR技術(shù)將滲透到電力系統(tǒng)的日常工作中，為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡圣武，潘正風(fēng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用及其需要解決的問(wèn)題[J].礦山測(cè)量，2004（1）：13-14.

[2] 陳海波，鄭健，費(fèi)瑞軼，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（2）：20-25.

[3] 劉鵬博.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)急演練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2016.

收稿日期：2020-12-03

作者簡(jiǎn)介：郭鵬程（1980—），男，浙江寧波人，工程師，研究方向：輸配電線(xiàn)路。