張洪偉 徐鋒 江蘇大學(xué)京江學(xué)院

1 概述

本項(xiàng)目針對(duì)電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)和vr相互融合的關(guān)鍵技術(shù)，并和電力輸配網(wǎng)自身的所具有的特點(diǎn)出發(fā)，解決電網(wǎng)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和傳輸問題，并將采集的數(shù)據(jù)通過VR軟件開發(fā)平臺(tái)傳遞到VR設(shè)備中，使人們真實(shí)感受到電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并檢索信息。

可能說到這里，你們還不是很了解本項(xiàng)目研究目的，通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)理論分析和國內(nèi)外對(duì)電網(wǎng)的研究情況，對(duì)比分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)的故障檢索的影響。

物聯(lián)網(wǎng)和VR的結(jié)合使人們可以輕易通過手機(jī)，電腦等工具來仿真真實(shí)的現(xiàn)實(shí)情況。而無人機(jī)的發(fā)展為人們解決問題提供了更進(jìn)一步的發(fā)展，人們在無人機(jī)上裝上智能攝像頭，經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳遞到VR設(shè)備上，使人們可以像親身感受一樣解決現(xiàn)實(shí)中面臨的電路故障問題。由于電路問題本身存在著較大的安全隱患，尤其是在有些較大規(guī)模的電路面前，人們不能事先發(fā)現(xiàn)問題，此時(shí)就需要人們通過VR和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合技術(shù)在無人機(jī)的幫助下高空中勘察電路存在的安全隱患，防止意外的發(fā)生。

2 發(fā)展歷史

2.1 國外的研究現(xiàn)狀

國外物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與實(shí)踐較之國內(nèi)要領(lǐng)先，早在上個(gè)世紀(jì)90年代，施樂公司就開始研發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)可樂可樂販賣機(jī)這鐘產(chǎn)品，這是物聯(lián)網(wǎng)最開始的實(shí)踐案例。1995年，比爾蓋茨在發(fā)布的《未來之路》這本書也提出過物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念，但當(dāng)時(shí)并不被人看好。1999年，美國麻省理工學(xué)院的Ashton教授第一次對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念做出了詳細(xì)的解釋和闡述。隨后，麻生理工學(xué)院提出了所有事物可以通過網(wǎng)絡(luò)直接連接這種概念。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，用戶可以通過計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)，目前國際上對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其基本含義是“通過計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)視覺.聽覺.觸覺為一體的虛擬環(huán)境，為用戶提供更加真實(shí)的使用感受”。1991年一款虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備“Virtuality 1000CS”出現(xiàn)在消費(fèi)市場，但由于其外觀笨重、性能單一且價(jià)格昂貴，讓虛擬現(xiàn)實(shí)仍是一個(gè)概念性的存在。1994年美國人Grigore C.Burdea提出了有關(guān)vr的三個(gè)基本特征，隨即便被大家普遍接受，這三個(gè)特征分別是：沉浸、交互和構(gòu)想。2012年一套名為“Oclus Rift”的虛擬顯示設(shè)備登陸Kickstarter眾籌平臺(tái)，此款推出的機(jī)型偏向與概念機(jī)而非實(shí)體機(jī)，這款機(jī)型的推出吸引了眾多的科技愛好者，也讓許多普通消費(fèi)者開始關(guān)注到了虛擬顯示設(shè)備。2014年，社交巨頭Facebook公司以約20億美元的總價(jià)收購沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)公司Oculus VR。

2016 年VR開元之年，各大IT公司諸如Facebook、三星、索尼、HTC等逐漸布局虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備市場，VR虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。

2.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

自2000年起，我國對(duì)于電網(wǎng)故障檢的理論研究逐步開始，起初稱為“數(shù)字電力系統(tǒng)”，推進(jìn)了我國電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)是我國研究電網(wǎng)的重要項(xiàng)目。從2009年起，國務(wù)院總理曾到無錫的研發(fā)中心視察工作并發(fā)表了指導(dǎo)性的講話。從時(shí)間上來講，我國在某些物聯(lián)網(wǎng)研究的成果方面已經(jīng)超越了其他國家。在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和vr技術(shù)與電網(wǎng)技術(shù)研究范圍十分廣泛，幾乎囊括了電力系統(tǒng)的整個(gè)輸送環(huán)節(jié)，包括發(fā)電部分，輸變配電部分以及用戶部分，并且取得了很好的成效。研究學(xué)者針對(duì)電網(wǎng)在輸、變、配、用環(huán)節(jié)需求的技術(shù)平臺(tái)以及功能特點(diǎn)，提出了針對(duì)電網(wǎng)輸電、變電、配電和用電四大環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)分層體系構(gòu)架，也對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用提出應(yīng)用方案。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在狀態(tài)檢修中的應(yīng)用提高了設(shè)備的狀態(tài)檢測水平，主要體現(xiàn)在先進(jìn)的傳感器和信息技術(shù)使獲得實(shí)時(shí)可靠的在線數(shù)據(jù)成為可能，大量可靠的數(shù)據(jù)對(duì)與制定檢修策略具有輔助功能?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)將無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電力通信技術(shù)有機(jī)融合。通過具有ZigBee無限傳感的網(wǎng)絡(luò)與PLC控制的電力通信方式完成的智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集控制等技能。

2003 年，由浙江大學(xué)牽頭，多家單位聯(lián)合申報(bào)的虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)理論、算法及其實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，獲批國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，主要展開對(duì)虛擬環(huán)境的建立，自然人機(jī)交互，增強(qiáng)式vr、分布式vr產(chǎn)品創(chuàng)新中的應(yīng)用等進(jìn)行了聯(lián)合研究。初次之外，還有一大批企業(yè)和機(jī)構(gòu)投入，vr技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)，如vr+電網(wǎng)在如今獲得廣泛重視，并取得不錯(cuò)的研究成果。目前，我國正在大力發(fā)展高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，從發(fā)展成果的理論角度來論述，物聯(lián)網(wǎng)+vr和電網(wǎng)檢索，可以說是發(fā)展項(xiàng)目的代表。因此，在未來一段較長的時(shí)間內(nèi)，我國會(huì)著力發(fā)展次技術(shù)。

3 技術(shù)了解

目前為止本研究達(dá)到的科學(xué)技術(shù)水平比較成熟，如：標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)（RFID），通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測對(duì)象參數(shù)數(shù)據(jù)的一種非接觸式技術(shù)，識(shí)別過程不受人為干預(yù)，可以有效在惡劣環(huán)境中工作。在電網(wǎng)中，根據(jù)輸入線路無人巡視，變電站設(shè)備溫度監(jiān)測等工作，需要制造不同性質(zhì)的RFID標(biāo)簽。

傳感器信號(hào)采集技術(shù)：傳感器是根據(jù)監(jiān)測設(shè)備的性能特點(diǎn)開發(fā)的一種可以測量監(jiān)測設(shè)備特定參數(shù)的電子儀表，可以將監(jiān)測設(shè)備的被測參數(shù)按照一定協(xié)議通過監(jiān)測與轉(zhuǎn)換技術(shù)為固定輸出電子信號(hào)元件，比如將溫度，電流，電壓等轉(zhuǎn)換為各種參數(shù)。傳感器技術(shù)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)中的信息通訊技術(shù)：物聯(lián)網(wǎng)通過信息通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)與后臺(tái)系統(tǒng)的可靠傳輸和交流的。根據(jù)通訊范圍不同，可分為近距離通訊和廣域通訊兩個(gè)方面。近距離通訊協(xié)議可以利用目前開發(fā)的藍(lán)牙，WIFI等無線局域網(wǎng)中通訊協(xié)議構(gòu)建傳感器數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。在廣域通訊方面，網(wǎng)絡(luò)通訊課通過TCP/IP協(xié)議以及借助移動(dòng)通信的4g網(wǎng)絡(luò)和WIMAX網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、TD-LTE、衛(wèi)星通訊等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程傳輸。

物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)：在物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)分層設(shè)備中，在感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及集成服務(wù)器的信息交互過程中，存在一個(gè)中間件，在中間件內(nèi)部集成了各類硬件設(shè)備和圖形顯示模塊，物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)支持不同通信協(xié)議，具有在各種復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行的能力，確保后臺(tái)系統(tǒng)正常工作。

VR硬件發(fā)開平臺(tái)：硬件開發(fā)平臺(tái)通常是高性能的vr工作站或圖形工作站，用于提高高性能圖相生成和圖像處理。vr系統(tǒng)必須有高煦運(yùn)算，圖形處理能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件，支持實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的圖像并縮短參與者的視覺延遲以實(shí)現(xiàn)vr系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互，增強(qiáng)沉浸感。

軟件開發(fā)平臺(tái)：軟件開發(fā)平臺(tái)在vr應(yīng)用開發(fā)過程中，承擔(dān)著三位圖形場景驅(qū)動(dòng)的構(gòu)建和應(yīng)用功能的二次開發(fā)，既是vr應(yīng)用開放的高層應(yīng)用程序編程接口，又是連接vr外設(shè)建立數(shù)學(xué)模型和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)平臺(tái)，沒有它就無法開發(fā)vr應(yīng)用程序。vr然間卡法平臺(tái)以vr軟件為基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)中生成直觀、生動(dòng)、逼真的vr三維場景。只需開展vr軟件的開發(fā)而無需任何vr硬件投入，同樣也能實(shí)現(xiàn)vr動(dòng)態(tài)交互效果。電網(wǎng)故障檢索建設(shè)中，vr 的應(yīng)用可以照此進(jìn)行，可以減少投入，也能提高檢索質(zhì)量。

預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益：此項(xiàng)研究立足于大規(guī)模電網(wǎng)中安全檢查，在國家大型電網(wǎng)中，大型公司內(nèi)，各大公共場所中均有很大的現(xiàn)實(shí)意義，它具有提高能源效力，減少對(duì)環(huán)境影響，提高供電安全性和可靠性，減少輸電網(wǎng)的電能損耗等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在市場方面，電網(wǎng)檢索將聯(lián)合通信能源新材料。一方面帶動(dòng)其上下游及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)電力和其他產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和裝備升級(jí)；另一方面將為通信、自動(dòng)化、制造等技術(shù)深度融合提供友好平臺(tái)，促進(jìn)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展和新產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)。

4 研究思路和方法

研究思路：

可行性分析：如今的物聯(lián)網(wǎng)和vr技術(shù)的發(fā)展已日趨成熟，我們可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中RFID技術(shù)識(shí)別出我們所需要的電網(wǎng)信息。然后通過傳感器技術(shù)對(duì)電網(wǎng)中溫度、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行偵測，且通過信息通訊技術(shù)中無限傳輸方式反饋至中央控制單元，通過服務(wù)器作用于vr軟件開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)三維圖形的構(gòu)建，最終將圖形傳遞與vr設(shè)備。

5 總結(jié)

現(xiàn)代化電網(wǎng)檢索是一項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理與一體，綜合信息管理系統(tǒng)。它具有提高能源效力，減少對(duì)環(huán)境影響，提高供電安全性和可靠性，減少輸電網(wǎng)的電能損耗等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在市場方面，電網(wǎng)檢索將聯(lián)合通信能源新材料。一方面帶動(dòng)其上下游及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)電力和其他產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和裝備升級(jí)；另一方面將為通信、自動(dòng)化、制造等技術(shù)深度融合提供友好平臺(tái)，促進(jìn)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展和新產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)。