基于移动版计量错误接线培训系统研究与应用

罗智青　方绍怀

摘要：研究基于虚拟现实技术的移动端电能计量实训平台。主要三维图像建模理论的测试器件虚拟化技术对计量器件进行处理，采用有限状态机理论的实时检测流程虚拟化技术对检测过程进行虚拟化，利用穷举法机理建立错误数据库，通过触屏的人机交互手段，增加了在操作过程中操作的真实性。

关键词：虚拟现实技术；电能计量；流程虚拟化；错误数据库

Abstract：Based on virtual reality technology for mobile end energy metering training platform. The main test device modeling theory of three-dimensional image of the measurement device virtualization technology for processing real-time testing process finite state machine theory virtualization technology to virtualize the detection process， the use of brute-force method mechanism to establish a bug database， via touch screen interactive means to increase the authenticity of the operations during the operation.

Keywords：Virtual reality technology； electric energy measurement； process virtualization； error database

1引言

为了保证电力工业生产和电能计量能安全、可靠、准确和经济地运行，我们必须依靠安装在电力生产现场上的能测量电压、电流、功率、电能等电参数的仪器仪表来保证。电能计量是否准确，除了与电能计量装置的准确度有关之外，还与计量回路接线是否正确有密切关系。如果由于电能表本身的误差和超差，使电能计量产生的误差一般只有百分之几，但如果由于电能表计量回路有错误接线，可能会使电能计量的误差达到百分之几百，这会给用户或供电企业带来极大的经济损失。更严重的是，可能由于接线错误导致造成人身伤亡。为了避免这些不必要的事故发生，工作人员必须了解和熟悉较常见的故障现象，如果遇到接线错误需要能够做出正确判断，进行故障分析，这就需其知识水平的提高，进行有效的电力培训和反复的学习是其提高的捷径[1-2]。

基于以上因素，对基于硬件进行的培训，不仅培训设备投资成本高，缺乏专业知识的全面性和理论性，无法做到紧跟计量装置的更新换代；而基于软件平台进行的仿真培训，枯燥、单调的人机界面缺乏真实感，也不能使培训人员整体全面的去理解接线的内部结构和情况。因此无法激发起培训人员强大的学习兴趣，主动的去理解和学习现场电能错误接线的情况和原因[3]。

2计量错误接线培训系统概述

基于虚拟现实技术的移动端电能计量实训平台将借助实下流行的智能移动终端，通过触屏的人机交互手段，增加了在操作过程中操作的真实性。并通过实时动态显示操作结果，当采取不同操作时，后台可自动计算结果，实时地显示数据的变化过程，可以把枯燥抽象的操作过程具象化。同时并且借助时下流行的智能移动终端，使平台具有很丰富的可移植性，一定程度上也使得训练平台进入了员工的生活中，使得培训工作更加人性化。综上所述，基于虚拟现实技术的移动端电能计量实训平台有着对分析电能计量中现场接线的影响与改进有着十分重要的实际意义。

国际上在多功能电能装置检测领域发展的较快，已有的仪器基本做到了在线全方位的对电能计量装置监控、测试。但是引进国外的先进技术和设备的费用相当高，也不利于我国的自主创新。

目前我国在电能计量检测领域，出现一些智能电能表校验仪和电能计量检查系统，例如思达的ST-9040K电能表现场校验仪、AP2023低压计量装置故障检测仪，郑州万特的T-205系列电能计量故障差错检测仪等，这些装置的技术虽然能达到自动或手动校验单相、三相三线、三相四线有功和无功电能表，校验低压计量装置CT一、二次侧误差，拥有时钟功能，一定的计算功能等。但现有的产品主要注重现场测试应用，在硬件上虽然具备三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能等基本电参数的测试功能，可以发现电能计量中的某些接线错误，但只是发现和简单的显示错误信息，对于错误发生的原因缺乏理论分析，而且多为液晶显示技术，显示界面不够逼真，可视化很差，功能上也不完善。如接线错误缺乏错误仿真设置、缺乏错误接线软件分析功能，更没有错误接线设置、电路理论分析、相量分析、线损累积计算等功能[3-4]。

根据电能计量培训的实际需要，目前国内主要有三款电能计量仿真實训系统，分别是由国家电网电力科学研究院武汉南瑞公司、湖大华龙电气公司和五洲电力开发的。它们主要是提高电力工作人员的计量技术，结合电能计量原理理论进行实观操作，包括理论知识培训、技能操作培训、错误分析培训等[5-7]。

3基于三维图像建模理论的测试器件虚拟化技术

基于虚拟现实技术的电能计量实训仿真技术最直接和最根本的特色在于人机的交互，高体验化的人机交互效果将为移动式的实训平台的运用带来事半功倍的效果。同时随着社会思潮的年轻化，符合大众审美趋势的设计也将提高大家的使用感受。

基于三维图像建模理论的测试器件虚拟化技术将抽取各类实际设备的样貌特征、性能、接口设置等，利用三维图像建模，按照一定的比例生成图像。微软研究院提出的网格模型。这种模型由194个关键点和360个三角平面组成，并且构建了65个可调向量用于模型的变形。向量S0表示为：

通过改变系数cj可以描述不同的模型。利用这种模型，根据两幅图像和两个图像序列，来模拟图像，可以取得较好的效果。基本模型的可调参数比较少，可以比较方便地进行模型的变形。

每个标准模板对应一个标准的色块，利用复杂的光流算法建立不同模块颜色的对应关系。

假设一个色块的颜色可以用向量F来表示：F = （X1，Y1，Z1… Xn，Yn，Zn）T，Xi，Yi，Zi分别表示三维点的坐标。对应点的纹理信息可以用向量T表示：T = （R1，G1，B1…Rn，Gn，Bn）T，Ri，Gi，Bi代表点的RGB颜色分量。设有m个模型，每个样本由一个形状向量和一个纹理向量组成，则形态模型可由这样m个样本构成。对于一个新的色块，它的形状向量和颜色向量可以分别描述为：

通过对系数ai和bi的调节可以描述不同色块的三维形状特征和纹理特征。三维形状特征类似于标准色，对预先构建的三维模型用主成分分析方法进行降维，获得表征模块形状的主要分量，利用它们的线性组合表达不同的色块模型。建立统计模型通常比较繁琐，需要大量的学习数据，而且三维数据的预处理过程非常复杂，建成后的模型具有统计意义上合理的调节参数，使图像表达合理优化。

这其中不仅需要计算机视觉中传统的基于明暗、纹理、焦距等线索对图像进行几何重建，还需要一些有关于视觉外观的修饰，这其中包括表面纹理和反射属性等决定模型视觉效果的因素，其中具体的技术包括亮度图像获取和定标技术，纹理的恢复技术以及反射属性的恢复技术等。

4 结语

本项目是在东莞供电局安全教育培训的内容体系的研究基础上，基于虚拟现实技术的移动端電能计量实训平台将借助实下流行的智能移动终端，通过触屏的人机交互手段，增加了在操作过程中操作的真实性。并通过实时动态显示操作结果，当采取不同操作时，后台可自动计算结果，实时地显示数据的变化过程，可以把枯燥抽象的操作过程具象化。同时并且借助时下流行的智能移动终端，使平台具有很丰富的可移植性，一定程度上也使得训练平台进入了员工的生活中，使得培训工作更加人性化。

参考文献

[1]闫卫阳，曾小平.虚拟现实技术及其应用[J]. 安徽农业科学.2009（11）

[2]周晓庆，肖建琼.基于C/S及B/S模式的实验中心管理平台研究[J]. 电脑开发与应用. 2009（04）

[3]林向义.虚拟现实技术在电力培训中的应用[J]. 计算机仿真. 2005（04）

[4]周尚礼，伍少成，陈蔚文，叶瑞贞.电能计量管理系统开发与应用[J].电测与仪表. 2009（01）

[5]张蓬鹤，何俊佳，陆以彪，王保盛.电子式互感器误差校验装置的研究[J]. 电测与仪表. 2009（01）

[6]付志红，熊学海，侯兴哲，张淮清，李胜芳.基于dSPACE平台的电能计量实时仿真系统[J].仪器仪表学报. 2011（08）

[7]阎娟娟，陈波，王乐.基于Struts和Hibernate的J2EE架构的研究[J]. 计算机工程与设计. 2008（21）

作者信息：

罗智青，1968- 男，广东东莞人，本科，用电高级技师，研究方向：电能计量运行维护、用电检查等工作

方绍怀，1977- 男，广东东莞人，本科，高级工程师，用电高级技师，研究方向：电能计量运行维护、用电检查等工作