[发明专利]基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法

说明书

一种基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法，可提高电力培训仿真运行支撑平台(RTI)实时性，利用该方法对多个学员进行作业协同培训时，通过增强学员对体现场景的沉浸感和增强学员的协同工作能力，达到对电力生产保障能力的提升。包括以下步骤：步骤1：构建基于虚拟现实技术的交互培训系统，络交换机，选用高速以太网组网，采用虚拟现实头盔和立体弧幕投影两种沉浸式立体显示方式；选用CSCW组播技术使仿真工作站实时通信；用CSCW组播技术来扩展仿真工作站RTI；学员分别以监护员、操作员、负责人的角色交互，完全按照变电站实际运行的工作流程，协同完成一个任务。

技术领域

本发明涉及电力系统仿真培训领域，尤其涉及一种基于计算机协同工作的沉浸式电力培训协作方法。

背景技术

电力培训仿真涉及到很多电力设备，不仅包括电网仿真、电力一次设备仿真，还包括电力二次设备及气象和环境等的仿真。其中的变电站仿真培训系统着重于对变电站运行人员的培训，主要采用桌面式虚拟现实模拟一次设备操作、二维接线图模拟电网操作。电力系统仿真培训已从单机单人培训发展到了多人协作培训的新阶段，需要采用大规模的分布交互可视化仿真技术来支撑电力系统仿真培训。

其中分布交互仿真技术以IEEE的高层体系架构(High Level Architecture,HLA)标准为基础；可视化仿真技术以虚拟现实(VR)技术为基础，且要达到虚拟现实的沉浸式实时渲染，至少要保证图形的刷新频率不低于60帧/秒，故为了达到三维场景的实时显示效果需要采用实时通讯技术，且沉浸式的可视化效果对HLA的实现提出了实时通讯的要求。

HLA具有灵活性、可扩充性、可重用性、时空一致性、可伸缩性等特点，已成为国际分布交互仿真的标准。为达到HLA标准所具有的灵活性、可扩充性、可重用性、时空一致性、可伸缩性等特性，在运行支撑(RTI)软件实施时降低了仿真各成员间数据交互的速度。采用虚拟现实技术的电力联合培训仿真需要学员能沉浸于统一的协同仿真环境中，在运动逼真度上传统的插值技术不如成员实时上传技术，这就需要高层体系架构和运行支撑(HLA/RTI)在保证仿真时空一致性的基础上保证网络通信的实时性。实时RTI的开发技术在高性能仿真领域作了许多研究，通过共享内存技术来提高RTI的实时通信性能，在多核服务器上取得了很好的效果。通过在服务器间构建Infiniband网络，并采用直接内存访问(RDMA，Remote Direct Memory Access)通信机制对RTI进行优化，在Infiniband网络环境下取得了很好的实时性，并且针对大数据包传输的实时性更显突出。

实时RTI是当前分布交互仿真平台的一个研究热点，当前的研究都将RTI的底层通信代码进行了替换，将基于TCP/IP的网络通信换成了共享内存或内存映射等，但电力联合训练仿真是在基于TCP/IP的局域网环境下培训学员。通过局域网将多台变电设备、多个虚拟现实(VR) 头盔和电网计算服务器等相连。每个变电站设备和电网计算程序各自构成HLA的联邦成员，同时每个带VR头盔的培训人员和教师各自构成联邦成员。

在电力培训仿真中，对多人共同参与的设备检修作业进行仿真时，每个学员在自己的培训计算机上都显示出同一检修场景，这就要求各参与学员能在自己的培训计算机上与他人协同工作，数据交互越快越能在学员机上体现真实的协同；同时在采用虚拟现实技术后，学员在检修场景的每个动作都需要实时交互，数据交互越快越能增强学员对体现场景的沉浸感。故作为电力培训仿真的运行支撑平台(RTI)需要提高其数据交互的实时性。

当前电网变电站培训中的协同技术采用的是分布式交互仿真标准HLA(高层体系架构)，用HLA来保证仿真培训的时空一致性。但在采用虚拟现实技术的联合培训仿真需要成员能沉浸于统一的协同仿真环境中，在运动逼真度上传统的插值技术不如成员实时上传技术，这就需要高层体系架构和运行支撑(HLA/RTI)在保证仿真时空一致性的基础上保证网络通信的实时性。从而为员工既提供一种具有沉浸感、交互性的身临其境的安全培训场景，又确保了按电网事件的正确处理逻辑来培训。

发明内容