1、虚拟现实技术在电力应急演练中虚拟现实技术在电力应急演练中的应用的应用中国电力科学研究院中国电力科学研究院20112011年年3 3月月四、近期阶段工作重点四、近期阶段工作重点（2 2）下一阶段重点工作）下一阶段重点工作u电力安全规范研究u虚拟现实技术应用研究u互动与展示技术应用研究u定位与传感技术应用研究（四）理论研究（2011年3、4、5月）概述概述 我国地域辽阔，电网覆盖面积大，各地自然环境和条件迥异，各种自我国地域辽阔，电网覆盖面积大，各地自然环境和条件迥异，各种自然灾害时有发生，电网大面积停电风险始终存在。电网的安全运行涉及各然灾害时有发生，电网大面积停电风险始终存在。电网的安全运行涉
2、及各行各业，涉及千家万户居民的日常生活，关乎社会稳定和国家安全。行各业，涉及千家万户居民的日常生活，关乎社会稳定和国家安全。 近年来政府日益重视应急管理工作，国家电网公司也开展以应急组织近年来政府日益重视应急管理工作，国家电网公司也开展以应急组织体系、应急物资储备等八项重点工作为主要内容的应急体系建设。体系、应急物资储备等八项重点工作为主要内容的应急体系建设。背景背景概述概述 近两年来，公司组织编制了电网大面积停电事件应急联合演练指导近两年来，公司组织编制了电网大面积停电事件应急联合演练指导意见及其音像辅导片，积极推进、指导各网省公司开展以重点城市大面意见及其音像辅导片，积极推进、指导各网省公
3、司开展以重点城市大面积停电处置为主的应急联合演练。华北、华东、北京、上海、福建等积停电处置为主的应急联合演练。华北、华东、北京、上海、福建等1616个个网省公司按照公司统一部署，积极争取省（市）人民政府的支持，组织开网省公司按照公司统一部署，积极争取省（市）人民政府的支持，组织开展了大面积停电应急处置和社会联动应急演练，取得了较好的效果。展了大面积停电应急处置和社会联动应急演练，取得了较好的效果。20082008年，公司各单位累计开展各类应急演练年，公司各单位累计开展各类应急演练35913591场（次），场（次），21.121.1万人次参加，万人次参加，其中省级及以上累计开展演练其中省级及以上
4、累计开展演练278278场（次），场（次），3.13.1万人次参加。通过多种形万人次参加。通过多种形式的演练，达到了式的演练，达到了“检验预案、磨合机制、锻炼队伍和教育公众检验预案、磨合机制、锻炼队伍和教育公众”的目的的目的，大大增强了全员应急意识和应急处置能力。，大大增强了全员应急意识和应急处置能力。电网应急演练现状电网应急演练现状概述概述电网应急演练现状电网应急演练现状概述概述 但是，目前的应急演练主要是以按预定脚本实战演练的方式为主，但是，目前的应急演练主要是以按预定脚本实战演练的方式为主，存存在以下问题在以下问题一一，这种方式缺乏灵活性，人员按照预先编排的指令执行任务，无法真正，这种方
5、式缺乏灵活性，人员按照预先编排的指令执行任务，无法真正检验应急机制运转，训练人员应急能力；检验应急机制运转，训练人员应急能力；二二，这种方式花费较大，不可能进行多次重复演练，不能对比多种救援方，这种方式花费较大，不可能进行多次重复演练，不能对比多种救援方案的后果；案的后果；三，三，由于大型灾害多数为复合性灾害，具有规模大、范围广、情况复杂、由于大型灾害多数为复合性灾害，具有规模大、范围广、情况复杂、损失严重等特点，实战演练无法真实模拟全部灾害场景。损失严重等特点，实战演练无法真实模拟全部灾害场景。 为了解决现有演练工作的不足，建立一套规范和完整的三维现场仿真为了解决现有演练工作的不足，建立一套
6、规范和完整的三维现场仿真演示系统，实现电力事故现场指挥、处置的模拟仿真操作。一方面满足应演示系统，实现电力事故现场指挥、处置的模拟仿真操作。一方面满足应急组织成员间的沟通需求，提高应急处置的协调能力和效率；另一方面成急组织成员间的沟通需求，提高应急处置的协调能力和效率；另一方面成为基层抢修实践的有力工具，为大规模综合应急演练模拟出真实的演练场为基层抢修实践的有力工具，为大规模综合应急演练模拟出真实的演练场景。景。应急演练存在的问题应急演练存在的问题二、虚拟现实技术简介二、虚拟现实技术简介定义定义u虚拟现实技术是指利用人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等高新技
7、术，模拟人在特定环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。交互性是指“参与者”利用视觉、听觉、 触觉、嗅觉和味觉等感官功能及对话、头部运动、眼睛移动、转身、拾取和放置等人类自然技能，对虚拟实体进行交互考察与操作的过程。四、近期阶段工作重点四、近期阶段工作重点简介简介虚拟环境技术的体系结构可以用图1所示的3个I的 “三角形”来表示，所谓的3-I即Immersion-Interaction-Imagination，指沉浸-交互-构想。这三个I，是VR系统的三个基本特征。它表示VR系统使人由过去只能从计算机系统的外部去观测计算处理的结果，发展到能够沉浸到计算机系统所创建的系统中；从过去人们只能通过
8、键盘、鼠标与计算环境中的数字化信息发生交互作用，到能够利用多种传感器与多 维化信息的环境发生交互作用；由过去人们只能从定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事物的认识，到有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念和萌发新意。VRInteractionInteraction交互交互ImaginationImagination构想构想ImmersionImmersion沉浸沉浸根据当前状况和对城市的未来规划，将城市的过去、现在和将来任意时间的情况展示在规划设计者、政府决策者、投资开发者和普通市民面前。从不同角度遍历城市的各个部分，帮助有关人员作出决策作出决策。 由于虚拟现
9、实技术的特点,它的实际应用在理工科的教学中应有广大作为。尤其在建筑、机械、物理、化学等学科有着质的突破。建立建造虚拟三维场景，将现实中的建筑物进行在线展示。通过简单操作，可以选择任意路径进入建筑物的任意位置，体验空间对人自身的尺度感。配以相关的图片、文字、声音，更显生动、逼真生动、逼真。二、虚拟现实技术简介二、虚拟现实技术简介应用现状应用现状规划规划设计设计教学教学培训培训三维三维展示展示各高校在许多领域都进行了相关的课题研究，对科学技术研究具有很大的促进作用，如：在分布式飞行模拟方面的应用。可可缩短开发周期，减少费缩短开发周期，减少费用用科学科学研究研究二、虚拟现实技术简介二、虚拟现实技术简
10、介应用现状应用现状科科研研规规划划漫漫游游培培训训“严肃游戏严肃游戏”思想：即建立一套可独立运行的，基思想：即建立一套可独立运行的，基于多人在线游戏模式的模拟演练系统。于多人在线游戏模式的模拟演练系统。跨地域用户参与：各网省公司应急处置人员跨地域跨地域用户参与：各网省公司应急处置人员跨地域远程访问该系统，联合总部用户，在三维虚拟场景远程访问该系统，联合总部用户，在三维虚拟场景中进行各种应急处置行为的互动。中进行各种应急处置行为的互动。典型案例结合智能推理：通过对典型案例的流程梳典型案例结合智能推理：通过对典型案例的流程梳理，结合智能推理机制，形成演练脚本。理，结合智能推理机制，形成演练脚本。与
11、应急指挥系统互联：可抽取应急指挥系统的真实与应急指挥系统互联：可抽取应急指挥系统的真实数据来进行模拟演练。数据来进行模拟演练。三、功能设计三、功能设计设计思路设计思路提供安全、经济、不受气候条件和场地空间限制的提供安全、经济、不受气候条件和场地空间限制的应急演练手段。应急演练手段。体验突发事件处理流程，丰富处置经验和体验。体验突发事件处理流程，丰富处置经验和体验。明确应急管理责任，提高沟通协调、决策指挥、社明确应急管理责任，提高沟通协调、决策指挥、社会动员等应急能力。会动员等应急能力。检验应急预案的有效性与可执行性。检验应急预案的有效性与可执行性。检验应急资源配置的合理性。检验应急资源配置的合
12、理性。检验各参演单位应急处置的机动性和联动性。检验各参演单位应急处置的机动性和联动性。三、功能设计三、功能设计总体目标总体目标三、功能设计三、功能设计总体流程总体流程三、功能设计三、功能设计技术架构技术架构三、功能设计三、功能设计应用架构应用架构三、功能设计三、功能设计角色设计角色设计 三、功能设计三、功能设计功能架构功能架构设置演练的名称、目的、事故名称及设置演练的名称、目的、事故名称及类型、参考预案、演练时间等。类型、参考预案、演练时间等。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述设置参加演练的组织机构及演练人员、并分配账设置参加演练的组织机构及演练人员、并分配账号和角色。也可以从应急系统中
13、提取用户信息。号和角色。也可以从应急系统中提取用户信息。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述设置模拟演练场景，包括受灾城市基础场景、预设置模拟演练场景，包括受灾城市基础场景、预设灾害场景、资源配置等基础演练场景。设灾害场景、资源配置等基础演练场景。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述以时间先后的顺序配置灾害事件的过程，制作演以时间先后的顺序配置灾害事件的过程，制作演练脚本，进行灾情提示。练脚本，进行灾情提示。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述设定演练过程的考核评估点，便于根据演练过程中参演设定演练过程的考核评估点，便于根据演练过程中参演人员的具体操作，进行系统自动评估或手动评估操
14、作。人员的具体操作，进行系统自动评估或手动评估操作。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述可在地图上查看灾害发生地点、资源分布调配情可在地图上查看灾害发生地点、资源分布调配情况。况。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述在模拟演练过程中，根据演练进展可通过对场景组件进行修在模拟演练过程中，根据演练进展可通过对场景组件进行修改、删除、增加来进行演练任务调整，调整后的场景可直接改、删除、增加来进行演练任务调整，调整后的场景可直接展示。展示。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述在模拟演练过程中，各级指挥部及其他部门可通在模拟演练过程中，各级指挥部及其他部门可通过系统消息方式进行信息沟通。过系
15、统消息方式进行信息沟通。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述此功能主要用于演练培训过程中，根据演练的进此功能主要用于演练培训过程中，根据演练的进度对参演人员进行相应的操作提示功能，以熟悉度对参演人员进行相应的操作提示功能，以熟悉演练过程。演练过程。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述按照预先设定的演练脚本辅以智能推理，通过多人在线模式，按照预先设定的演练脚本辅以智能推理，通过多人在线模式，实现多人角色扮演，模拟实现应急事件处理流程。实现多人角色扮演，模拟实现应急事件处理流程。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述参演人员在演练过程中，可以灵活查询到已有的参演人员在演练过程中，可以灵活
16、查询到已有的类似应急事件的预案和案例进行处置参考。类似应急事件的预案和案例进行处置参考。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述在演练过程中方便应急指挥人员随时对演练的流在演练过程中方便应急指挥人员随时对演练的流程和当前场景推演到的进度进行查看。程和当前场景推演到的进度进行查看。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述态势标绘为应急指挥人员提供了一个在地图上进行指挥方案态势标绘为应急指挥人员提供了一个在地图上进行指挥方案标绘的功能，主要包括对救援物资、装备和人员的调配标绘。标绘的功能，主要包括对救援物资、装备和人员的调配标绘。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述观摩演练是在演练过程中为方便
17、领导或专家进行观摩演练是在演练过程中为方便领导或专家进行应急演练的观看和评估，将应急人员在三维场景应急演练的观看和评估，将应急人员在三维场景中的所有处置操作进行同步的查看。中的所有处置操作进行同步的查看。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述在演练过程中，涉及到许多三维场景，为能及时在演练过程中，涉及到许多三维场景，为能及时定位场景并确定行进路线，方便进行场景切换，定位场景并确定行进路线，方便进行场景切换，提供导航图的功能。提供导航图的功能。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述根据演练过程中参演人员的具体操作，根据演练过程中参演人员的具体操作，结合系统设定的考核评估点，系统进结合系统设定
18、的考核评估点，系统进行演练自动评估。行演练自动评估。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述根据演练过程中参演人员的具体操作，结合系统根据演练过程中参演人员的具体操作，结合系统设定的考核评估点，系统进行演练自动评估。设定的考核评估点，系统进行演练自动评估。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述对模拟演练的过程进行回放查看。对模拟演练的过程进行回放查看。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述将模拟演练过程的相关数据进行存档，将模拟演练过程的相关数据进行存档，方便日后调阅查看。方便日后调阅查看。三、功能设计三、功能设计功能描述功能描述研究电网突发事件特征参数和关键要素筛选、提取方法及再现应急事
19、件场景的规则；研究电网突发事件和案例智能知识技术；研究电网突发事件智能推理技术；研究三维地理信息及虚拟现实应用技术；研究电网突发事件演练场景生成、导入、导出、提取技术；开发电网大规模综合应急演练模拟系统；研究、实施与应急信息系统的资源整合；四、关键技术研究四、关键技术研究关键技术关键技术四、结论四、结论 1)虚拟现实系统能够真实再现客观环境，使人能充分沉浸由其年所创造的人工环境中实现感知模拟的现实，因而对于应急中的培训、指挥以及性能设计等多方面具有重要意义。随着计算机图形学、体视化技术的进步，虚拟现实技术将在模型及设备方面越来越能适应这些系统的要求。2)应急演练可以在科学研究成果真实化再现、安全产品性能设计、事故救灾指挥、安全教育与培训等多个方面应用VR系统。3)应急演练中应用VR技术的方法是多种多样的，文中所论述的建筑火灾VR系统可以为构建其他安全工程VR系统所借鉴。4)应急演练VR系统可以采用高、中、低各种档次，所选择的硬件和软件也有所不同。初步研究时可以采用比较廉价的硬件和软件系统，例如：硬件采用普通鼠标、普通立体眼镜；软件采用OPENGL、DIRECTX等免费3D开发程序等。5)要达到真实模拟环境系统，如山川、河流、人、火焰、烟流、树木等高度复杂的自然体，还需要将VR技术与体视化等技术结合才能完成。- 44 -
