虚拟仿真技术在轨道交通供电中应用

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摘要：城市轨道交通供电系统检修作业具有“高空、高压、高危”的特点。通过虚拟仿真技术，将轨道交通供电中的高空作业、高电压作业、高风险作业转化为仿真型专业技能训练，规避了安全风险；运用三维虚拟与仿真技术模拟搭建一个与真实空间一致的操作环境，进行设备操作仿真；将高成本的供电系统零部件的拆卸和装配放在虚拟仿真系统中进行，解决了经费不足等问题；在虚拟的环境下进行工程设计和线路巡视，避免了场地限制。虚拟仿真技术可以有效地加深对轨道交通供电系统的直观理解，增强在面对供电系统故障时分析和解决问题的能力。

关键词：轨道交通；供电系统；虚拟仿真；实践教学

虚拟现实（VR-VirtualReality）技术通过仿真生成一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流。目前国内外针对VR技术在培训的应用方面已经做了一定的研究。国外学者C.F.Cayo等人将VR技术应用于牙科培训，并取得了较好的效果。国内四川大学周学东等人设计了虚拟口腔解剖实习平台。哈尔滨工程大学张敬男等人把计算机虚拟仿真技术引入电力拖动类课程的培训中，构建了电力拖动自动控制虚拟仿真实验系统。城市轨道交通供电技术专业具有“高空、高压、高危”的专业技能训练风险，借助VR仿真技术，配备真实的城轨供配电设备，可搭建虚实结合、联动训练的综合训练平台。通过虚拟仿真技术，利用计算机技术调节各个设备和系统的原有数据，更改运行的外部环境，从而模拟各种不同的场景。切身体验到视觉、心理冲击，提高现实中解决危机的能力。模拟各种电力事故现场，身临其境感受事故的危害和破坏力，在模拟真实场景中看到各种各样的故障，充分发挥了信息化技术的作用。

1虚拟仿真技术的优势

1.1高空作业、高电压作业、高风险作业仿真型转化

城市轨道交通供电技术作业的过程包括安全措施和检修作业两部分，VR技术模拟各种电力事故现场，身临其境感受事故的伤害和破坏，事故仿真画面如图1所示。

1.2设备操作

运用三维虚拟与仿真技术模拟搭建一个与真实空间一致的操作环境，模拟高压电力设备真实带电运行状态，开展在现实条件下无法进行的各种实操技能训练，如图2所示。

1.3零部件拆卸与装配仿真实训

城市轨道交通供电设备的拆卸与装配应该是技术人员的必备技能，以刚性接触网更换绝缘子为例，需要知道利用哪些工具，按照哪些步骤实现绝缘子的拆卸，然后按照何种规范实现绝缘子的更换。利用虚拟现实技术可以模拟更换绝缘子的场景，如图3所示，选取工具和需要组装的零件，然后按照组装顺序，一步一步按要求完成组装。通过交互设备还可以实现信息查询和知识培训。1.4工程设计利用互联网+VR交互技术，可以对工程图进行仿真，及时发现设计图中的问题。图4所示为牵引变电所线路布置图的工程设计仿真。

1.5变电站及线路巡视仿真

变电站及线路巡视仿真就是运用虚拟仿真技术真实再现牵引变电所及线路各部分的操作环境，该环境具有高度的沉浸性，使进入环境的操作人员无论从感觉上、操作上，还是从行动处理上的反馈都会表现得与真实牵引变电所及线路的反应高度一致，从而达到对环境及受训人员的分析、培训与考核。接触网线路巡视仿真如图5所示。

2效果

在设备操作和零部件拆装中，虚拟仿真系统带来的效果非常明显，这是由于虚拟仿真系统使整个过程更加直观。虚拟仿真系统能够提供一个虚拟的设计平台，可以通过技术上、工艺上对供电系统的运行进行大胆的实验，并根据系统自动运行和计算的结果对自己的实验进行验证。

3结论

（1）虚拟仿真系统在城市轨道交通供电系统中能充分发挥信息化技术的优势。（2）目前应用的虚拟仿真系统主要是基于VR，而增强现实（AR）也是未来虚拟仿真系统发展的趋势，下一步将重点研究如何在实际场景中使用增强现实技术。

作者:巩文东 赵青龙 徐明智 董智超 韩泽臣 单位:山东职业学院青岛市技师学院 青岛地铁集团有限公司运营分公司