羅智青　方紹懷

摘要：研究基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的移動端電能計量實訓(xùn)平臺。主要三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術(shù)對計量器件進(jìn)行處理，采用有限狀態(tài)機(jī)理論的實時檢測流程虛擬化技術(shù)對檢測過程進(jìn)行虛擬化，利用窮舉法機(jī)理建立錯誤數(shù)據(jù)庫，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；電能計量；流程虛擬化；錯誤數(shù)據(jù)庫

Abstract：Based on virtual reality technology for mobile end energy metering training platform. The main test device modeling theory of three-dimensional image of the measurement device virtualization technology for processing real-time testing process finite state machine theory virtualization technology to virtualize the detection process， the use of brute-force method mechanism to establish a bug database， via touch screen interactive means to increase the authenticity of the operations during the operation.

Keywords：Virtual reality technology； electric energy measurement； process virtualization； error database

1引言

為了保證電力工業(yè)生產(chǎn)和電能計量能安全、可靠、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，我們必須依靠安裝在電力生產(chǎn)現(xiàn)場上的能測量電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)的儀器儀表來保證。電能計量是否準(zhǔn)確，除了與電能計量裝置的準(zhǔn)確度有關(guān)之外，還與計量回路接線是否正確有密切關(guān)系。如果由于電能表本身的誤差和超差，使電能計量產(chǎn)生的誤差一般只有百分之幾，但如果由于電能表計量回路有錯誤接線，可能會使電能計量的誤差達(dá)到百分之幾百，這會給用戶或供電企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。更嚴(yán)重的是，可能由于接線錯誤導(dǎo)致造成人身傷亡。為了避免這些不必要的事故發(fā)生，工作人員必須了解和熟悉較常見的故障現(xiàn)象，如果遇到接線錯誤需要能夠做出正確判斷，進(jìn)行故障分析，這就需其知識水平的提高，進(jìn)行有效的電力培訓(xùn)和反復(fù)的學(xué)習(xí)是其提高的捷徑[1-2]。

基于以上因素，對基于硬件進(jìn)行的培訓(xùn)，不僅培訓(xùn)設(shè)備投資成本高，缺乏專業(yè)知識的全面性和理論性，無法做到緊跟計量裝置的更新?lián)Q代；而基于軟件平臺進(jìn)行的仿真培訓(xùn)，枯燥、單調(diào)的人機(jī)界面缺乏真實感，也不能使培訓(xùn)人員整體全面的去理解接線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和情況。因此無法激發(fā)起培訓(xùn)人員強(qiáng)大的學(xué)習(xí)興趣，主動的去理解和學(xué)習(xí)現(xiàn)場電能錯誤接線的情況和原因[3]。

2計量錯誤接線培訓(xùn)系統(tǒng)概述

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的移動端電能計量實訓(xùn)平臺將借助實下流行的智能移動終端，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。并通過實時動態(tài)顯示操作結(jié)果，當(dāng)采取不同操作時，后臺可自動計算結(jié)果，實時地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時并且借助時下流行的智能移動終端，使平臺具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓(xùn)練平臺進(jìn)入了員工的生活中，使得培訓(xùn)工作更加人性化。綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的移動端電能計量實訓(xùn)平臺有著對分析電能計量中現(xiàn)場接線的影響與改進(jìn)有著十分重要的實際意義。

國際上在多功能電能裝置檢測領(lǐng)域發(fā)展的較快，已有的儀器基本做到了在線全方位的對電能計量裝置監(jiān)控、測試。但是引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的費用相當(dāng)高，也不利于我國的自主創(chuàng)新。

目前我國在電能計量檢測領(lǐng)域，出現(xiàn)一些智能電能表校驗儀和電能計量檢查系統(tǒng)，例如思達(dá)的ST-9040K電能表現(xiàn)場校驗儀、AP2023低壓計量裝置故障檢測儀，鄭州萬特的T-205系列電能計量故障差錯檢測儀等，這些裝置的技術(shù)雖然能達(dá)到自動或手動校驗單相、三相三線、三相四線有功和無功電能表，校驗低壓計量裝置CT一、二次側(cè)誤差，擁有時鐘功能，一定的計算功能等。但現(xiàn)有的產(chǎn)品主要注重現(xiàn)場測試應(yīng)用，在硬件上雖然具備三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電能等基本電參數(shù)的測試功能，可以發(fā)現(xiàn)電能計量中的某些接線錯誤，但只是發(fā)現(xiàn)和簡單的顯示錯誤信息，對于錯誤發(fā)生的原因缺乏理論分析，而且多為液晶顯示技術(shù)，顯示界面不夠逼真，可視化很差，功能上也不完善。如接線錯誤缺乏錯誤仿真設(shè)置、缺乏錯誤接線軟件分析功能，更沒有錯誤接線設(shè)置、電路理論分析、相量分析、線損累積計算等功能[3-4]。

根據(jù)電能計量培訓(xùn)的實際需要，目前國內(nèi)主要有三款電能計量仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，分別是由國家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞公司、湖大華龍電氣公司和五洲電力開發(fā)的。它們主要是提高電力工作人員的計量技術(shù)，結(jié)合電能計量原理理論進(jìn)行實觀操作，包括理論知識培訓(xùn)、技能操作培訓(xùn)、錯誤分析培訓(xùn)等[5-7]。

3基于三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術(shù)

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電能計量實訓(xùn)仿真技術(shù)最直接和最根本的特色在于人機(jī)的交互，高體驗化的人機(jī)交互效果將為移動式的實訓(xùn)平臺的運(yùn)用帶來事半功倍的效果。同時隨著社會思潮的年輕化，符合大眾審美趨勢的設(shè)計也將提高大家的使用感受。

基于三維圖像建模理論的測試器件虛擬化技術(shù)將抽取各類實際設(shè)備的樣貌特征、性能、接口設(shè)置等，利用三維圖像建模，按照一定的比例生成圖像。微軟研究院提出的網(wǎng)格模型。這種模型由194個關(guān)鍵點和360個三角平面組成，并且構(gòu)建了65個可調(diào)向量用于模型的變形。向量S0表示為：

通過改變系數(shù)cj可以描述不同的模型。利用這種模型，根據(jù)兩幅圖像和兩個圖像序列，來模擬圖像，可以取得較好的效果?；灸Ｐ偷目烧{(diào)參數(shù)比較少，可以比較方便地進(jìn)行模型的變形。

每個標(biāo)準(zhǔn)模板對應(yīng)一個標(biāo)準(zhǔn)的色塊，利用復(fù)雜的光流算法建立不同模塊顏色的對應(yīng)關(guān)系。

假設(shè)一個色塊的顏色可以用向量F來表示：F = （X1，Y1，Z1… Xn，Yn，Zn）T，Xi，Yi，Zi分別表示三維點的坐標(biāo)。對應(yīng)點的紋理信息可以用向量T表示：T = （R1，G1，B1…Rn，Gn，Bn）T，Ri，Gi，Bi代表點的RGB顏色分量。設(shè)有m個模型，每個樣本由一個形狀向量和一個紋理向量組成，則形態(tài)模型可由這樣m個樣本構(gòu)成。對于一個新的色塊，它的形狀向量和顏色向量可以分別描述為：

通過對系數(shù)ai和bi的調(diào)節(jié)可以描述不同色塊的三維形狀特征和紋理特征。三維形狀特征類似于標(biāo)準(zhǔn)色，對預(yù)先構(gòu)建的三維模型用主成分分析方法進(jìn)行降維，獲得表征模塊形狀的主要分量，利用它們的線性組合表達(dá)不同的色塊模型。建立統(tǒng)計模型通常比較繁瑣，需要大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，而且三維數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程非常復(fù)雜，建成后的模型具有統(tǒng)計意義上合理的調(diào)節(jié)參數(shù)，使圖像表達(dá)合理優(yōu)化。

這其中不僅需要計算機(jī)視覺中傳統(tǒng)的基于明暗、紋理、焦距等線索對圖像進(jìn)行幾何重建，還需要一些有關(guān)于視覺外觀的修飾，這其中包括表面紋理和反射屬性等決定模型視覺效果的因素，其中具體的技術(shù)包括亮度圖像獲取和定標(biāo)技術(shù)，紋理的恢復(fù)技術(shù)以及反射屬性的恢復(fù)技術(shù)等。

4 結(jié)語

本項目是在東莞供電局安全教育培訓(xùn)的內(nèi)容體系的研究基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的移動端電能計量實訓(xùn)平臺將借助實下流行的智能移動終端，通過觸屏的人機(jī)交互手段，增加了在操作過程中操作的真實性。并通過實時動態(tài)顯示操作結(jié)果，當(dāng)采取不同操作時，后臺可自動計算結(jié)果，實時地顯示數(shù)據(jù)的變化過程，可以把枯燥抽象的操作過程具象化。同時并且借助時下流行的智能移動終端，使平臺具有很豐富的可移植性，一定程度上也使得訓(xùn)練平臺進(jìn)入了員工的生活中，使得培訓(xùn)工作更加人性化。

參考文獻(xiàn)

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作者信息：

羅智青，1968- 男，廣東東莞人，本科，用電高級技師，研究方向：電能計量運(yùn)行維護(hù)、用電檢查等工作

方紹懷，1977- 男，廣東東莞人，本科，高級工程師，用電高級技師，研究方向：電能計量運(yùn)行維護(hù)、用電檢查等工作