变电站三维虚拟现实系统的研究及应用
作者：杨珀 胡育蓉 罗沙
来源：《科技创新导报》 2015年第13期
杨珀 胡育蓉 罗沙
(国网安徽省电力公司检修公司 安徽合肥 230061)
摘 要：随着科技的发展，数字化信息技术广泛的应用在了城市建设中，其中三维虚拟现实技术的诞生，为工程设计、工程测绘等工作带来了极大的便利。而随着我国电力行业的飞速发展，变电站的大量建立，为了对变电站进行数字化建设和智能化管理，三维虚拟现实技术也应用在了变电站中，该文对变电站三维虚拟现实系统进行了研究，并分析了它的具体应用。
关键词：变电站 三维虚拟现实 研究 应用
中图分类号：TP391
文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)05(a)-0036-01
科技的发展为人们的生活、学习和工作提供了更好地服务，人们已经进入了数字化时代，尤其是三维虚拟现实技术的诞生，已经逐渐广泛地应用于各个领域，尤其是在变电站这种有着特殊要求的建筑中，三维虚拟现实技术为变电站的建设和测绘提供了极大的便利。
1 变电站三维虚拟现实系统的研究
1.1 变电站三维虚拟现实系统的研究背景
随着我国社会经济的发展，对于电力这种能源的需求与日俱增，电力行业的高速发展催生了大量的变电站，变电站是一项复杂的工程，它对基础设施建设提出了很高的要求，所以，变电站的建设工作一直都是一项繁杂的大工程，比如，它涉及到建筑物的选址以及合理分布，发电设备的安装和走线等，变电站所需要的发电设备，不仅数量多，而且精密复杂，这就意味着设备线路铺设的工作量十分巨大。在传统的建设过程中，会产生大量的图纸、数据和报告等，部分不便于管理，而且涉及到多个专业、部门，一旦在建设中遇到一些难题，就需要所有施工单位、相关部门进行大量的现场勘查调研，并经过多次研讨协商，才能找到问题，并解决问题，这个过程往往历尽艰辛，效率十分低下，而且最后的解决方案质量往往还不高。
所以，随着社会的发展，科技的进步，在对变电站进行建设时，急需一种能够解决传统建设难题的技术手段，而虚拟现实技术的出现，能够很好地解决了这些问题，在这样的背景下，开始了变电站三维虚拟现实系统的研究。
1.2 变电站三维虚拟现实系统的研究意义
三维虚拟现实系统对于变电站的意义，主要体现在三个方面，一是把大量的图纸、数据、报告等各种信息整合在了一起，并构建成一个三维模型，非常直观。二是三维模型的构建，方便了不懂专业知识的领导层进行工程进度掌握，方便他们做出决策。三是可以利用互联网共享模型信息，方便各施工单位、部门进行查找问题，沟通协商解决办法。
(1)直观的三维模型。传统的二维设计图纸，对于非专业人员来说，十分深奥难懂，会对用户产生极大的误导，而利用虚拟现实技术，构件三维模型，非常直观的把变电站户进行了全方位展示，如建筑的设计方案、占地空间和具体功能等。
(2)方便的审核工作。利用虚拟现实技术，审核者们不需要太过专业的相关知识，就能够快速的明白变电站的设计方案，并能够根据三维模型直观的了解建成后的模样，同时能够根据模型提出自己的调整建议，便于非专业人员与专业人员的沟通交流，从而方便审核者做出审批。
(3)便捷的模拟设计。虚拟现实技术不仅具有模型演示功能，还能够在三维模型上进行设计工作，它利用虚拟技术直接在计算机上呈现出设计者的思想和意图，减少了大量图纸设计工作，并且降低了阅读门槛，设计者和用户能够在设计过程中进行随时沟通，从而对设计方案做出调整，这不仅极大的提高了工作效率，还降低了不少设计成本。
(4)可视化的变电站模拟培训。利用三维可视化的虚拟变电站现场，培训变电站规划、建设、巡视和操作人员，充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多媒体表现形式刺激学员的视觉、听觉神经，调动学员的积极性和主动性，从而改善了培训效果；同时，对于投运设备，特别是换流变、变压器、电抗器等设备，现场运维人员对其内部结构无法获得较为深入的认识，可通过此项目完成现场人员对设备的全方位、立体化学习。
2 变电站三维虚拟现实系统的应用
2.1 变电站三维虚拟现实系统的需求分析
需求分析是每一项软件工程的前提，也是最重要的一个环节，后期的设计和实现，都是围绕着需求分析来进行的，需求分析是阐述这项工程“是什么”，而设计工作则是阐述这项工程“怎么做”，最后的工程实现，则就是按照需求分析和设计进行施工，一旦需求分析和设计通过，在施工阶段需要尽量避免修改。在对变电站进行三维虚拟现实工程的需求分析时，需要明白变电站是“待建”，还是“测绘”。前者是“从无到有”，是建立一个新的变电站，涉及到很多方面；后者是“从有到优”，是对已有的变电站进行测绘，从而构建三维模型。
2.2 变电站三维虚拟现实系统的设计
需求分析本身就是一种设计，只不过需求分析是用户的“设计”，而需求设计是专业人员的“设计”，即，专业人员把用户的非专业设计方案，进行专业化的呈现，用户告诉设计者，这项工程“是什么”，设计者通过专业的设计方案，告诉施工者“怎么做”。在需求设计阶段，同样需要根据变电站不同的需求进行设计。
(1)对于“待建”工程。设计方案就需要涉及到选址、建筑布局、内部功能实现、施工步骤、设备安装、走线等多方面工作。
(2)对于“测绘”工程。需要分析变电站的规模和用户对于三维模型的需求，设计测距、测速、点密度等相关数据，从而选择最合适的三维激光扫描仪，然后设计测绘工作中需要布设的扫描站点和标靶的位置等。
2.3 变电站三维虚拟现实系统的实现
变电站三维虚拟现实系统的实现是需求分析和设计的最终成果，变电站三维虚拟现实系统
的实现，其最终成果都是一个三维模型，对于工程需求和设计的不同，三维模型的构建也不同。
(1)对于“待建”变电站项目。“待建”变电站项目的三维模型需要满足的内容包括：变电站的外观、电气设备线路、消弧系统线路、设备安装布局、照明设施布局、建筑功能等等。在对“待建”变电站项目进行实现时需要分四个步骤，一是制作和存储相关数据，二是导入
Quest3D中的数据需要符合要求，三是对光照和不同材质进行模拟，四是对所有资源进行整合、添加或交互工作。当完成所有步骤，所有功能模块都正确执行，则工程所需要的三维模型便正式制作完毕。
(2)对于“测绘”工程。“测绘”工程的三维模型不同于“待建”工程，它是需要对已有的变电站建筑进行激光扫描，构建一个三维模型，从而方便变电站改进原有的管理模式，进行智能化管理。所以对“测绘”工程所需要的三维模型进行实现时，只需要三个步骤，一是数据的采集，即按照设计中的相关数据选择合适的三维激光扫描仪，然后按照设计中规定的地点布设扫描站和标靶，对整个变电站建筑群进行全方位扫描，并采集点云数据。二是数据的处理，即利用扫描仪配套的系统软件，对采集到的点云数据进行处理，点云数据的配准精度影响着后期三维模型的构建精度，需要特别注意。三是模型的构建，变电站的高压绝缘子、变压器、高压支柱瓷绝缘子套管等不同设备设施，需要经过相应的处理，从而构建细致入微的三维模型。
3 结语
综上所述，三维虚拟现实技术对于变电站的建设和测绘，有着极大的研究意义，它为变电站的建设和测绘提供了极大的便利，使得变电站享受到数字化设计的快捷，以及智能化管理的便利。
参考文献
[1] 陈安鹏,邰能灵,胡炎,等.地下变电站辅机系统三维仿真系统的研制[J].电力自动化设备,2012,32(6):136-139,144.
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