探究电力线路检修仿真培训系统的设计与开发

摘要: 对于传统的电力线路检修练习中所存在的缺陷, 规划开发了电力线路检修仿真练习体系。介绍了有关开发技能和体系的主要功能以及开发事例。本体系的规划开发改变了传统的练习方式, 为检修人员供给了一个学习、练习和考核的平台。

关键词: 电力线路；检修；仿真培训；系统；设计开发

中图分类号：F407文献标识码： A

为了进步电力线路的可靠性, 日常查看保护和毛病疾速修理是电力修理人员需要熟练掌握的技术。为了保证产业和生命安全, 在检修进程中还要时刻注意安全问题。在线路检修中常见的安全问题有: 触电、高空坠落、物体冲击、机械损伤等等。形成危险的要素首要是因为作业进程不规范、私行变更作业任务等情况形成的。这就需求参与检修人员要参与安全规程的学习和训练。

一、 电力线路检修仿真培训系统的特征

电力线路检修的仿真练习体系即是要模仿500 kV 以下输、配电线路中的根底工程、杆塔工程、架线工程三大施工技能的操作环境，以完成根据计算机的仿真练习，从而到达进步施工人员操作的规范性，并使他们能了解和把握输配电线路(架空线路)的典型工艺的要求。输配电线路施工仿真练习体系为学员提供了一个近似于实在环境的操作环境和操作工况，并可以模仿实践施工过程中不允许产生的各种毛病。操作人员在模仿仿真机上练习几个星期就可以阅历施工的各种环境和实施各种操作，重复练习，即可以在短时间内堆集丰厚的经验，敏捷进步操作技能和对事端的应变能力。

根据Web 的仿真练习体系，采用了面向对象的软件开发办法、Browser/Server 的网络架构体系和根据Java 言语的J2EE 渠道技能，体系具有以下明显特征：

（一）易保护性：体系软件安装在效劳器上，体系更新晋级只需要在效劳器端进行；

（二）可移动性：根据J2EE 开发渠道构建的仿真体系使用独立于渠道，能够摆脱特定的操作体系和硬件渠道的局限，支撑使用Web 浏览器，动态地下载仿真使用和履行操作练习；

（三）高效性：体系运行时通过100M 的局域网，加上J2EE的四层构造的使用，使大量的数据在网络中进行疾速的交流；

（四）操作简略：由于体系采用了通用的Web HTML 界面，关于大多数经常上彀的人来说十分了解和简略操作，关于没有上过网的人来说，学习起来也十分的简略快捷。

（五）可扩展性：Web 仿真练习体系很简略跟Web 中的其他信息效劳进行无缝集成，能够进行灵活多变的、功用愈加强大的仿真练习，而且支撑仿真使用最大极限的重用性。

二、仿真培训的意义

填补了国内电力设备检修培训领域的空白，突出解决了变电检修知识与相关技术设备纷繁复杂，难以全面开展教学的问题。系统投入使用将提高检修人员的仿真培训效果，提高变电检修人员的综合业务技能，大幅提高培训质量和培训效率，最终实现良好的经济、社会效益。

三、仿真技术路线

系统采用基于虚拟现实的计算机仿真研究方法，其内容涉及到人工智能、计算机科学、计算机图形学、智能控制等。通过计算机及数学模型建立变电设备、常见故障、各类检修过程等模拟环境，实现用户与环境进行自然交互的技术。根据典型的设备类型、厂家和型号的设备建立变电设备样本模型库，还原各种设备的结构、原理、运行机制，同时对各设备的典型故障状态和推荐检修策略进行模拟，然后通过检修仿真算法在计算机上动态模拟变电设备拆转、检修过程，实现演示和交互两种仿真培训模式。结合数据库技术和数据分析技术实现故障诊断、过程监控、过程回放、绩效考核、统计分析以及检修流程优化等高级应用。

四、电力线路检修仿真培训系统的系统结构

为了实现系统的可扩充性、易维护性，本系统在硬件和软件系统的设计上都遵循了开放性的原则。

（一）系统硬件结构

电力线路检修仿真培训系统主要包括以下几个部分：

1、教练员站

仿真练习是一个教育进程，为使学员能在短时间内把握练习内容，就不能完全按正常出产时的工况运转方法进行练习，而需要由教练来操控运转。经过设置各种事端及正常和非正常工况，记载并评价学员的操作状况，纠正过错，重复进行练习，以到达练习的意图。这时就需要由教练站来完结运转方法的设定、故障设置、体系维护办理和对学员的监督等功能。

2、学员站

学员站由多台计算机组成，进行输配电线路施工的理论和现场操作的练习。学员站提供对学员练习的登录办理、学员练习信息办理等功能。学员进入练习体系的仅有进口即是学员站。

3、服务器、磁盘阵列柜

本体系的 Web 服务器和数据库服务器选用DELL 公司的POWERADGE 6850，体系开发的应用服务器选用J2SKD/J2EE RI 1.3，磁盘阵列柜选用IBM 公司的FATT600，此外体系配置中还有音讯服务器SilverStream JBroker MQ 和事务办理器SilverStream JBroker TM 等，这些硬件设备首要完结体系内部的通讯、体系模型的办理、体系数据的存储等功能。

4、防火墙

为了提高系统网络通信的安全，因此采用防火墙将外部网与内部网隔离起来。

（二） 系统软件结构

本文开发的系统是一套交互式、分布式的仿真培训系统，系统采用面向对象的J2EE 的网络编程技术。 在系统开发过程中采用模块化思想，将系统分为：基础工程仿真培训组件、杆塔工程仿真培训组件、架线工程仿真培训组件、接地工程仿真培训组件、教练员站组件、学员站组件、仿真培训系统支撑平台组件RTI（Run Time Infrastructure）、远程网络培训组件等8 个组件，这种开发方法可以保证系统具有“高内聚，低耦合”的特点。

1、仿真培训系统培训内容组件

该组件主要包括了：基础工程仿真培训组件、杆塔工程仿真培训组件、架线工程仿真培训组件、接地工程仿真培训组件。输配电线路施工包括基础工程、杆塔工程、架线工程和接地工程，输配电线路施工的仿真培训系统就是要模拟这四大工程施工技术的操作环境，以实现基于计算机的仿真培训。

2、仿真培训系统支撑平台组件RTI

本系统中的RTI 不同与高层体系结构（High LevelArchitecture，HLA）中的RTI，本系统的RTI 是输配电施工仿真培训系统的基础，它为系统提供了透明、高效运行管理环境。作为整个系统的核心，RTI 在每个仿真应用的主机都有驻留程序，是联系各个仿真应用交互操作的纽带。在仿真系统运行过程中，各个仿真应用软件只和其所在计算机中的RTI 驻留软件进行接口，整个仿真系统内的相互交互任务由RTI 完成。RTI 为各个仿真应用之间的交互提供了通用服务，包括仿真应用管理、声明管理、所有权管理、时间管理、数据分布管理和应用程序接口。RTI 也是电力线路检修仿真培训系统协调工作的管理操作系统组件。它主要包括：管理组件、图形组件、数据通道处理程序、教练站和学员站的支撑系统组件以及各种功能的处理程序。

3、考试管理功能组件

该组件对当前全部注册学员的考试过程和结果进行分层次管理。主要功能包括：在学员注册信息列表中选择一个学员，查看该学员各次考试的摘要信息；在各次考试的摘要信息中选择某次考试，查看该学员在此次考试中的评分详细信息；查看该学员在此次考试中的操作记录；查看该学员在此次考试中的报警记录；查看该学员在此次考试结束时输配电线路施工现场的具体情况。本组件对操作成绩的评定主要包括三个部分：输配电线路施工操作步骤、输配电线路施工操作质量和输配电线路施工的操作报警，学员的总分为这三个部分的加权成绩和。

五、相关技术

电力线路检修仿真训练体系是经过虚拟现实技能开发完结的, 虚拟现实在室内规划、工业仿真、军事航天和医学许多等方面都有着广泛的使用。虚拟现实在应急推演上有着很大的优势, 首要体现在开放性、自主性、安全性、仿真性。尤其是安全性, 使参与训练的人员不会由于操作过错而发作危险。三维技能是虚拟现实的根底, 经过三维技能树立的场景能够让使用者感受感同身受。体系首要是使用在电力线路的检修上, 依据需求树立三维场景和设备, 比方大街、修建、电线杆、变压器。还有虚拟人物: 运转人员、抢修人员、安监人员等。除此之外还要有抢修车辆和器件东西等等。三维场景树立后, 要进行交互规划, 当虚拟人物进行操作的时分, 对应的设备物体会发作改变, 改变状况要依据每个设备物体自身的特性。训练的意图是让受训人员把握正确的操作和过程, 对于每一种故障或许事端, 都有相应的解决方案, 也称为预案。体系能够依据预案制造成脚本, 这个和影片脚本有些类似, 不一样的是影片制造完结后是不能改变的, 而虚拟现实体系在运转时依据操作人员的选择会发生不一样的改变。体系是靠推理机来完结此功用。为了完结多人协同作业, 需求使用网络渠道, 经过网络让不一样地理位置的人员能够一起连人体系, 协同完结检修作业。

六、仿真培训系统的三维场景建模

输配电线路施工的虚拟操作环境是构建根据Web 的输配电线路施工仿真训练体系的根底。要完成Web 环境下的3D 虚拟输配电线路施工环境的构建，需求战胜有限的带宽和较大的网络推迟对体系的实时功能的影响等问题。在当前的网络环境下，如何在确保环境特征的一起尽可能的减少3D 模型的数据巨细对进步实时功能非常要害。在输配电线路施工中通常需求根据不一样的地势采纳不一样的施工手法，例如在根底工程施工中，根底坑的开挖工程就需求根据土质的不一样，挑选究竟采纳人力、机械和爆炸哪一种作业方法。根据上述两个方面的思考，这篇文章采用了MultiGenCreator 应用软件来进行3D 模型的建模。MultiGen Creator 是美国Multigen－Paradigm 公司推出的仿真建模软件，其最大的长处是：在确保较高真实感的一起尽量保持模型简略紧凑，模型的面片数很少，这对于整个仿真训练体系训练的实时性起到了有利的支持。该软件是仅有一个将多边形建模、矢量建模和地势生成集成在一个软件包中的手动建模东西，这对于模仿输配电线路施工的不一样地势、地貌是很便利的。

七、开发案例

以某供电公司倒杆应急处置方案为例, 介绍系统的设计过程: 首先建立所有三维物体, 虚拟人物,搭建起三维场景。人物要有生产调度、抢修班长、若干组员、配电专责、安全专责等工作人员。然后根据处理流程建立操作步骤, 建立步骤件的衔接和触发、结束条件, 根据角色需要设置问题。再为所有步骤建立动作脚本。

结语

电力线路检修仿真训练体系的规划开发触及到了虚拟现实、三维、推理机、脚本规划等技能, 该体系改变了传统的训练方法, 为检修人员供给了一个学习、训练和查核的渠道。该体系的完成, 证明了技能的有效性,具有重要的现实意义和广泛的使用远景。

参考文献

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