技术领域
[0001] 本
申请涉及电
力作业仿真技术领域，尤其涉及一种基于电场可视化的带电作业培训方法和系统。
背景技术
[0002] 电力行业为人们的生活工作提供了坚实的
基础，随着经济发展和人民生活
水平的提高，用户对供电可靠性的要求也越来越高，开展带电作业是提高供电可靠性最直接、最有效的措施。变电站设备密集，
电压等级相对较高，带电作业具有一定的安全
风险，为了尽量保障作业人员的工作安全，对作业人员进行相关培训并考核是必然要进行的工作。
[0003] 但是现有的变电带电作业的培训和考核，仍旧是采用理论培训和笔试的方式进行，虽然能考核作业人员对相关知识的记忆和理解程度，并不能直观地让作业人员理解相关原理，对于作业人员在真正实操时，是否能够应用到带电作业中，并不能够很好的进行评估，效果并不理想。
发明内容
[0004] 本申请提供了一种基于电场可视化的带电作业培训方法和系统，用于解决现有的变电站带电作业培训考核方式不能直观地让作业人员理解相关原理，培训效果不理想的技术问题。
[0005] 有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于电场可视化的带电作业培训方法，包括：
[0006] 基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景；
[0007] 基于所述变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型；
[0008] 在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中对所述作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场；
[0009] 在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中构建作业人员人体三维模型，所述作业人员人体三维模型表面以可视化着色区分人体体表电场强度分布，并在电场强度最大处以数值形式显示电场强度；
[0010] 通过所述作业人员穿戴的
动作捕捉设备获取所述作业人员的动作
姿态，将所述动作姿态附加到所述作业人员三维模型上；
[0011] 通过所述作业人员穿戴的
虚拟现实设备向所述作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容；
[0012] 获取所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于所述工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0013] 可选地，所述变电站带电作业仿真虚拟场景基于三维激光扫描按所述实际变电站作业场景1:1建立。
[0014] 可选地，所述在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中对所述作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场，包括：
[0015] 在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中建立三维笛卡尔
坐标系；
[0016] 将所述作业场景电场仿真模型按灰度值进行着色，电场强度等于最小值的所有坐标点着色灰度值为0，电场强度等于最大值的所有坐标点着色灰度值为255；
[0017] 基于线性平均分布原则，以所述最大值与所述最小值的差除以255为差值，计算灰度值0至255的所有灰度值对应的所有电场强度值；
[0018] 基于灰度值0至255的灰度值对应的电场强度值，分别对所述作业场景电场仿真模型的所有坐标点进行着色；
[0019] 将着色后的所述作业场景电场仿真模型在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中
渲染，在所述虚拟现实设备中显示渲染后的作业场景电场。
[0020] 可选地，所述作业人员人体三维模型表面的可视化着色方法与所述作业场景电场仿真模型的可视化着色方法相同。
[0021] 可选地，所述获取所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于所述工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果，还包括：
[0022] 通过所述工作人员穿戴的
力反馈设备以触觉感受方式向所述工作人员反映所述人体体表电场强度的大小和
位置。
[0023] 可选地，所述获取所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于所述工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果，还包括：
[0024] 将所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态与标准动作姿态实时比对，根据比对结果实时显示所述作业人员的动作规范化信息。
[0025] 可选地，所述将所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态与标准动作姿态实时比对，根据比对结果实时显示所述作业人员的动作规范化信息，还包括：
[0026] 在所述比对结果显示存在不安全动作时，进行声光告警。
[0027] 本申请第二方面提供了一种基于电场可视化的带电作业培训系统，包括：
[0028] 带电作业虚拟场景模
块，用于基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景；
[0029] 电场仿真模块，用于基于所述变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型；
[0030] 电场渲染模块，用于在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中对所述作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场；
[0031] 三维人物模块，用于在所述变电站带电作业仿真虚拟场景中构建作业人员人体三维模型；
[0032] 所述电场渲染模块，还用于对所述作业人员人体三维模型表面以可视化着色区分人体体表电场强度分布，并在电场强度最大处以数值形式显示电场强度；
[0033] 体感设备模块，用于通过所述作业人员穿戴的动作捕捉设备获取所述作业人员的动作姿态，将所述动作姿态附加到所述作业人员三维模型上；
[0034] 虚拟现实显示模块，用于通过所述作业人员穿戴的虚拟现实设备向所述作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容；
[0035] 培训业务模块，用于预配置所述变电带电作业仿真培训业务内容；
[0036] 培训评价模块，用于获取所述作业人员在执行所述变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于所述工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0037] 可选地，所述体感设备模块还用于：
[0038] 通过所述工作人员穿戴的力反馈设备以触觉感受方式向所述工作人员反映所述人体体表电场强度的大小和位置。
[0039] 可选地，所述培训业务评价模块，还用于：
[0040] 在所述比对结果显示存在不安全动作时，进行声光告警。
[0041] 从以上技术方案可以看出，本申请
实施例具有以下优点：
[0042] 本申请中提供了一种基于电场可视化的带电作业培训方法，包括：基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景；基于变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型；在变电站带电作业仿真虚拟场景对作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场；在变电站带电作业仿真虚拟场景中构建作业人员人体三维模型，作业人员人体三维模型表面以可视化着色区分人体体表电场强度分布，并在电场强度最大处以数值形式显示电场强度；通过作业人员穿戴的动作捕捉设备获取作业人员的动作姿态，将动作姿态附加到作业人员三维模型上；通过作业人员穿戴的虚拟现实设备向作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容；获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0043] 本申请提供的基于电场可视化的带电作业培训方法，采用三维仿真技术、电场仿真技术、虚拟现实技术和动作捕捉技术结合的方式，根据现实变电站作业场景，构建变电带电作业三维仿真虚拟场景，并建立作业场景电场仿真模型，以可视着色的形式显示作业场景电场，利用可穿戴动作捕捉设备和力反馈设备，以视觉和触觉感受的形式反映电场强度的大小和位置，让作业人员在虚拟场景下，通过真实的身体动作，看到带电作业中电场的变化，便于作业人员理解带电作业的相关原理知识，提升培训效果，解决了现有的变电站带电作业培训考核方式不能直观地让作业人员理解相关原理，培训效果不理想的技术问题。
附图说明
[0044] 图1为本申请实施例中提供的一种基于电场可视化的带电作业培训方法的一个流程示意图；
[0045] 图2为本申请实施例中提供的一种基于电场可视化的带电作业培训方法的另一流程示意图；
[0046] 图3为本申请实施例中提供的一种基于电场可视化的带电作业培训系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0048] 为了便于理解，请参阅图1，本申请提供了一种基于电场可视化的带电作业培训方法的一个实施例，包括：
[0049] 步骤101、基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景。
[0050] 需要说明的是，本申请实施例中，可以基于三维激光扫描技术按与实际变电站作业场景1:1比例构建变电站带电作业仿真虚拟场景。
[0051] 步骤102、基于变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型。
[0052] 需要说明的是，根据变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型，作业场景电场仿真模型包含人体对作业场景电场的影响模型，可以采用COMSOL
软件或类似仿真软件分别对作业场景中的带电体和人体进行电场分析得到作业场景电场仿真模型。
[0053] 步骤103、在变电站带电作业仿真虚拟场景中对作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场。
[0054] 需要说明的是，为了实现电场可视化，本申请实施例中，可以对作业场景电场仿真模型进行可视化着色。
[0055] 步骤104、在变电站带电作业仿真虚拟场景中构建作业人员人体三维模型，作业人员人体三维模型表面以可视化着色区分人体体表电场强度分布，并在电场强度最大处以数值形式显示电场强度。
[0056] 步骤105、通过作业人员穿戴的动作捕捉设备获取作业人员的动作姿态，将动作姿态附加到作业人员三维模型上。
[0057] 需要说明的是，本申请实施例中，作业人员需要穿戴动作捕捉设备，通过动作捕捉设备捕捉作业人员的骨骼关节运动信息，将作业人员的骨骼关节运动信息同步附加到作业人员人体三维模型上，驱动作业人员人体三维模型进行与作业人员一致的动作姿态。
[0058] 步骤106、通过作业人员穿戴的虚拟现实设备向作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容。
[0059] 需要说明的是，本申请实施例中，作业人员需要穿戴虚拟现实设备，比如VR眼镜，系统通过虚拟现实设备向作业人员展示预先配置好的带电作业仿真培训业务内容，当然带电作业仿真培训业务内容也可以不是预先配置好的，可以设置有实时配置或修订的方式。
[0060] 步骤107、获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于工作人员对任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0061] 需要说明的是，在作业人员佩戴虚拟现实设备和动作捕捉设备进行变电带电作业仿真培训任务时，获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，此时，作业人员的动作姿态同步到作业人员人体三维模型上，通过作业人员执行任务的步骤的正确性和进行的动作姿态所产生的人体体表电场强度变化情况，对作业人员的作业准确度进行评估，生成作业人员的带电作业操作结果。
[0062] 本申请实施例提供的基于电场可视化的带电作业培训方法，采用三维仿真技术、电场仿真技术、虚拟现实技术和动作捕捉技术结合的方式，根据现实变电站作业场景，构建变电带电作业三维仿真虚拟场景，并建立作业场景电场仿真模型，以可视着色的形式显示作业场景电场，利用可穿戴动作捕捉设备和力反馈设备，以视觉和触觉感受的形式反映电场强度的大小和位置，让作业人员在虚拟场景下，通过真实的身体动作，看到带电作业中电场的变化，便于作业人员理解带电作业的相关原理知识，提升培训效果，解决了现有的变电站带电作业培训考核方式不能直观地让作业人员理解相关原理，培训效果不理想的技术问题。
[0063] 为了便于理解，请参阅图2，本申请中提供了一种基于电场可视化的带电作业培训方法的另一实施例，包括：
[0064] 步骤201、基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景。
[0065] 步骤202、基于变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型。
[0066] 本申请实施例中的步骤201至步骤202与上一实施例中的步骤101与步骤102一致，在此不再进行赘述。
[0067] 步骤203、在变电站带电作业仿真虚拟场景中建立三维笛卡尔坐标系。
[0068] 步骤204、将作业场景电场仿真模型按灰度值进行着色，电场强度等于最小值的所有坐标点着色灰度值为0，电场强度等于最大值的所有坐标点着色灰度值为255。
[0069] 步骤205、基于线性平均分布原则，以最大值与最小值的差除以255为差值，计算灰度值0至255的所有灰度值对应的所有电场强度值。
[0070] 步骤206、基于灰度值0至255的灰度值对应的电场强度值，分别对作业场景电场仿真模型的所有坐标点进行着色。
[0071] 步骤207、将着色后的作业场景电场仿真模型在变电站带电作业仿真虚拟场景中渲染，在虚拟现实设备中显示渲染后的作业场景电场。
[0072] 需要说明的是，在变电带电作业三维仿真虚拟场景中建立三维笛卡尔坐标系(x,y,z)，其中x轴、y轴为水平方向，z轴为竖直方向。计算作业场景电场仿真模型的所有坐标点的电场强度值，选出所有电场强度值等于场强最小值的坐标点和所有电场强度值等于场强最大的坐标点，将电场强度值等于场强最小值的坐标点的灰度值着色为0，将电场强度值等于场强最大值的坐标点的灰度值着色为255。然后按照现行平均分布原则，以(Emax-Emin)/255为差值，计算出灰度值为0至255的所有灰度值对应的所有场强值，计算方法可以表示为：
[0073] E0＝Emin；
[0074] E1＝Emin+(Emax-Emin)/255；
[0075] E2＝Emin+2×(Emax-Emin)/255；
[0076] ……
[0077] E254＝Emin+254×(Emax-Emin)/255；
[0078] E255＝Emin+255×(Emax-Emin)/255＝Emax。
[0079] 分别为电场强度值为E0、E1、E2、……、E254、E255的所有坐标进行着色，着色灰度值分别为0、1、2、……、254、255。将着色后的作业场景电场仿真模型在变电站带电作业仿真虚拟场景中渲染，在虚拟现实设备中显示渲染后的作业场景电场，因此，作业人员穿戴虚拟现实设备之后可以进行观看。
[0080] 步骤208、通过作业人员穿戴的动作捕捉设备获取作业人员的动作姿态，将动作姿态附加到作业人员三维模型上。
[0081] 需要说明的是，作业人员需要穿戴动作捕捉设备，通过动作捕捉设备捕捉作业人员的骨骼关节运动信息，将作业人员的骨骼关节运动信息同步附加到作业人员人体三维模型上，驱动作业人员人体三维模型进行与作业人员一致的动作姿态。
[0082] 步骤209、通过作业人员穿戴的虚拟现实设备向作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容。
[0083] 需要说明的是，作业人员需要穿戴虚拟现实设备，比如VR眼镜，系统通过虚拟现实设备向作业人员展示预先配置好的带电作业仿真培训业务内容，当然带电作业仿真培训业务内容也可以不是预先配置好的，可以设置有实时配置或修订的方式。
[0084] 步骤210、获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于工作人员对所述任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0085] 需要说明的是，在作业人员佩戴虚拟现实设备和动作捕捉设备进行变电带电作业仿真培训任务时，获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，此时，作业人员的动作姿态同步到作业人员人体三维模型上，通过作业人员执行任务的步骤的正确性和进行的动作姿态所产生的人体体表电场强度变化情况，对作业人员的作业准确度进行评估，生成作业人员的带电作业操作结果。
[0086] 步骤211、通过工作人员穿戴的力反馈设备以触觉感受方式向工作人员反映人体体表电场强度的大小和位置。
[0087] 需要说明的是，在作业人员进行任务培训内容操作时，通过工作人员穿戴的力反馈设备以触觉感受方式向工作人员反映人体体表电场强度的大小和位置，可以进一步加强作业人员对带电作业各项操作的深入理解。
[0088] 步骤212、将作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态与标准动作姿态实时比对，根据比对结果实时显示作业人员的动作规范化信息。
[0089] 需要说明的是，在进行步骤210的同时，还可以作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态与标准动作姿态实时比对，根据比对结果实时显示作业人员的动作规范化信息，可以及时让作业人员知道动作标准以进行纠正。
[0090] 步骤213、在比对结果显示存在不安全动作时，进行声光告警。
[0091] 需要说明的是，还可以在作业人员的动作姿态与标准动作姿态的比对结果显示存在不安全动作时，进行声光告警提示。
[0092] 为了便于理解，请参阅图3，本申请中提供了一种基于电场可视化的带电作业培训系统的实施例，包括：
[0093] 带电作业虚拟场景模块，用于基于实际变电站作业场景构建变电站带电作业仿真虚拟场景。
[0094] 电场仿真模块，用于基于变电站带电作业仿真虚拟场景建立作业场景电场仿真模型。
[0095] 电场渲染模块，用于在变电站带电作业仿真虚拟场景中对作业场景电场仿真模型进行可视化着色以显示作业场景电场。
[0096] 三维人物模块，用于在变电站带电作业仿真虚拟场景中构建作业人员人体三维模型。
[0097] 电场渲染模块，还用于对作业人员人体三维模型表面以可视化着色区分人体体表电场强度分布，并在电场强度最大处以数值形式显示电场强度。
[0098] 体感设备模块，用于通过作业人员穿戴的动作捕捉设备获取作业人员的动作姿态，将动作姿态附加到作业人员三维模型上。
[0099] 虚拟现实显示模块，用于通过作业人员穿戴的虚拟现实设备向作业人员展示预配置的变电带电作业仿真培训业务内容。
[0100] 培训业务模块，用于预配置变电带电作业仿真培训业务内容。
[0101] 培训评价模块，用于获取作业人员在执行变电带电作业仿真培训业务内容的任务时的动作姿态，基于工作人员对任务的执行步骤的正确性和人体体表电场强度的控制情况生成带电作业操作结果。
[0102] 进一步地，体感设备模块还用于：
[0103] 通过工作人员穿戴的力反馈设备以触觉感受方式向工作人员反映人体体表电场强度的大小和位置。
[0104] 进一步地，培训业务评价模块，还用于：
[0105] 在比对结果显示存在不安全动作时，进行声光告警。
[0106] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0107] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0108] 另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用
硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0109] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对
现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台
计算机系统(可以是个人计算机，
服务器，或者网络系统等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、只读
存储器(英文全称：Read-Only Memory，英文缩写：ROM)、
随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0110] 以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
