國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司 張 勇 許 悅 許 濤 李 非 楊 冰

本文介紹了MR（混合現(xiàn)實(shí)）技術(shù)在變電站中的應(yīng)用，以荊門(mén)特高壓站400V開(kāi)關(guān)和1000kV HGIS開(kāi)關(guān)單元為例介紹運(yùn)檢作業(yè)支持系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等。

MR（混合現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生的，其經(jīng)過(guò)將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景信息引進(jìn)到虛擬空間，在客觀世界、使用者、虛擬空間間形成共享信息的回落，優(yōu)化使用者的體驗(yàn)。

為提高運(yùn)檢人員的技能和安全水平，真實(shí)的反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用MR（混合現(xiàn)實(shí)）技術(shù)對(duì)400V開(kāi)關(guān)和1000kV HGIS開(kāi)關(guān)單元各個(gè)組成部分進(jìn)行三維建模，生成虛擬設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿真。

1 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的操作，其中包括對(duì)設(shè)備的虛擬拆卸、虛擬安裝、隱藏零部件等功能，通過(guò)交互式操作可以根據(jù)自身的知識(shí)掌握程度靈活選擇需要獲得的設(shè)備信息，以達(dá)到熟練掌握該設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)和指導(dǎo)檢修的目的。

依據(jù)系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)理念，為讓系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與可靠性得以顯著提升，把虛擬拆裝系統(tǒng)分成三個(gè)層級(jí)，其一是數(shù)據(jù)層，其二是控制層，其三是交互層。詳細(xì)情況見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層的功能是搜集處理系統(tǒng)所需要的所有信息且妥善儲(chǔ)存，滿足系統(tǒng)所有程序運(yùn)用。數(shù)據(jù)獲取包含模型的構(gòu)建與數(shù)據(jù)工具的設(shè)置，模型的構(gòu)建以機(jī)器零件的立體圖為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)工具的作用是獲取模型數(shù)值且自動(dòng)生成依賴表與邏輯數(shù)據(jù)，且將其完整儲(chǔ)存。

（2）控制層的功能是對(duì)數(shù)據(jù)層所獲得的信息進(jìn)行解讀，且依據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)牟僮鳌Ｏ到y(tǒng)拆裝邏輯是讓系統(tǒng)所有功能有效達(dá)成的關(guān)鍵，主要包含兩個(gè)部分，其一是順序邏輯，其二是連接邏輯。經(jīng)過(guò)設(shè)置拆裝邏輯對(duì)信息進(jìn)行充分解讀，對(duì)系統(tǒng)的各種運(yùn)行行為加以管控，按照工藝要求分拆與安裝模型部件。

（3）交互層的功能是基于混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境達(dá)成自然交互，通常交互有兩種類(lèi)型，分別是語(yǔ)音交互與手勢(shì)交互。讓使用者可以依托手對(duì)機(jī)器部件進(jìn)行操控，完成自然交互，且讓機(jī)器模型可以依據(jù)操作指令運(yùn)行，達(dá)成拆卸與安裝過(guò)程的仿真呈現(xiàn)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：首頁(yè)展示、菜單操作、虛擬盤(pán)柜模型等。其中菜單操作包括：手勢(shì)交互、語(yǔ)音交互、對(duì)虛擬盤(pán)柜原理解說(shuō)、虛擬盤(pán)柜旋轉(zhuǎn)、虛擬盤(pán)柜的縮放、虛擬盤(pán)柜模型拆裝及邏輯、虛擬盤(pán)柜模型操作各個(gè)過(guò)程中詳細(xì)文字信息等。

2.1 手勢(shì)交互

其指的是一根手指與多根手指手勢(shì)的組合操作，單指手勢(shì)大多用以完成點(diǎn)擊手勢(shì)，也就是在虛擬環(huán)境點(diǎn)擊。詳細(xì)而言，操作方式是將光標(biāo)停留在要操控的客體上，將手握成拳狀之后將食指伸出，保持筆直，之后進(jìn)行上下位置的移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)，縮放功能；

2.2 語(yǔ)音交互

語(yǔ)音交互允許用戶直接通過(guò)語(yǔ)音對(duì)全息影像進(jìn)行管控，無(wú)需使用手勢(shì)，從而將人們的雙手釋放出來(lái)。與凝視技術(shù)相融合，使用者僅需凝視全息影像之后以語(yǔ)言的方式表達(dá)指令便能夠?qū)崿F(xiàn)交互。這種交互模式屬于自然型，其可以讓繁雜的交互過(guò)程變得簡(jiǎn)單，利用一條語(yǔ)音指令便能夠縮減諸多繁雜的UI菜單，為設(shè)計(jì)與操作活動(dòng)提供了便捷條件，與自然交互的設(shè)計(jì)思想更契合。虛擬拆裝系統(tǒng)讓依照工藝要求對(duì)機(jī)器部件進(jìn)行拆分與安裝的虛擬呈現(xiàn)變成了現(xiàn)實(shí)，依據(jù)虛擬拆裝系統(tǒng)語(yǔ)言交互所必須的要求，對(duì)語(yǔ)音交互關(guān)鍵詞進(jìn)行設(shè)定。

2.3 對(duì)虛擬盤(pán)柜原理解說(shuō)

展示當(dāng)前盤(pán)柜的工作原理，可以詳細(xì)的直觀的顯示盤(pán)柜的工作原理；盤(pán)柜是依照電氣接線的規(guī)定把保護(hù)電器、開(kāi)關(guān)設(shè)施、輔助設(shè)施安裝在半封閉或者完全封閉的屏幅亦或金屬柜上，形成低壓配電設(shè)備。日常運(yùn)行過(guò)程中可依托自助開(kāi)關(guān)亦或手動(dòng)開(kāi)關(guān)讓電路接通或者中斷。出現(xiàn)故障亦或在異常情況下運(yùn)行的過(guò)程中依托保護(hù)電器發(fā)出警示信號(hào)或者將電路中斷。依托測(cè)量?jī)x表能夠看到運(yùn)行過(guò)程中的所有參數(shù)，并且能夠調(diào)節(jié)其中的部分電氣指數(shù)，對(duì)異常工作狀態(tài)發(fā)出警示信號(hào)。

2.4 虛擬盤(pán)柜模型拆裝及邏輯

在虛擬拆卸與安裝時(shí)，系統(tǒng)要“了解”哪部分機(jī)器零件是關(guān)聯(lián)在一起的，也就是系統(tǒng)需要和人近似知曉部件的內(nèi)在連接關(guān)聯(lián)，和當(dāng)對(duì)某些部件進(jìn)行拆裝時(shí)對(duì)其他部件會(huì)造成什么樣的影像，也就是使系統(tǒng)“掌握”部件連接的特征。為此，虛擬拆裝系統(tǒng)連接邏輯包括下述兩個(gè)層面：其一，隨意2個(gè)能夠連接的部件，能夠組裝到一起，也能夠順利分開(kāi)。其二，連到一起的多個(gè)部件，當(dāng)挪動(dòng)某個(gè)時(shí)，和其連接的部件都會(huì)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，而其的相對(duì)位置維持原狀。機(jī)器部件的拆卸與安裝過(guò)程近似于遞歸理論或者分形理論，對(duì)某個(gè)部件或者多個(gè)部件構(gòu)成的整體來(lái)說(shuō)，兩者的操作與管理基本無(wú)異。

2.5 虛擬盤(pán)柜模型操作各個(gè)過(guò)程中詳細(xì)文字信息

展示虛擬盤(pán)柜各個(gè)零件詳細(xì)信息文字信息；虛擬盤(pán)柜設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件之間的協(xié)同運(yùn)作緊密，這就需要在展示中有個(gè)詳細(xì)信息展示更能清楚直觀的展現(xiàn)拆裝過(guò)程。

2.6 虛擬盤(pán)柜模型

圖2 400V開(kāi)關(guān)柜模型

圖3 1000V開(kāi)關(guān)單元模型

虛擬盤(pán)柜模型是服務(wù)于系統(tǒng)拆卸與安裝活動(dòng)的模型信息，依據(jù)擬拆卸與安裝的盤(pán)柜部件構(gòu)建立體模型，盤(pán)柜模型的構(gòu)建成果對(duì)于使用者在拆分和安裝時(shí)的交互體驗(yàn)有很大程度的影響，為此應(yīng)當(dāng)盡量讓部件模型與真實(shí)的形狀一樣。經(jīng)過(guò)對(duì)立體模型構(gòu)建系統(tǒng)功能、模型構(gòu)建成效、困難程度、優(yōu)勢(shì)的對(duì)比，本人使用3DS Max的方法完成機(jī)械部分模型的構(gòu)建。如圖2、圖3為建模模型。

結(jié)語(yǔ)：利用MR（混合現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合、強(qiáng)化訓(xùn)練提高教學(xué)效率，同時(shí)可利用軟件采集檢修、操作數(shù)據(jù)，為分析和研究運(yùn)檢水平打下基礎(chǔ)，提高工作效率。