增强现实、虚拟现实和混合现实技术在电力系统中的应用

刘佳旺

摘 要：随着社会的进步与发展，对电力资源的需求量不断上涨，结合前沿性技术提高电力系统的自动化水平是电力行业未来重要的发展方向。基于此，文章对增强现实、虚拟现实和混合现实技术的理论展开论述，并对该类技术在电力系统中的应用方法进行研究，旨在为相关人员提供参考，促进电力行业的创新与发展。

关键词：增强现实；虚拟现实；混合现实；电力系统

0 引言

近年来，智能可穿戴设备技术迅速发展，以智能眼镜为代表的新兴科技产品在各个行业中的应用范围不断扩大，智能穿戴设备的出现进一步提升了使用设备的便捷性，使各行业的自动化水平更高，使各行业中人员的工作效率得到了进一步提升。智能可穿戴设备“解放双手、高效交互、辅助决策”的生产理念，受到了社会各界的广泛关注。

1 增强现实、虚拟现实和混合现实技术的理论研究

1.1 增强现实、虚拟现实和混合现实技术的概念

增强现实技术（Augmented Reality，AR）是通过三维建模、多媒体、智能交互、实时跟踪及注册等多种技术将虚拟世界信息和真实世界信息进行融合，经过合成后将其展现给观众。将该技术应用于电力系统，能利用全息投影将现实世界和电网信息进行叠合，操作人員能在设备将通过交互手段完成对电力系统的操作，显著提高对电网信息的监测和操作水平。

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）也叫灵境技术，该技术中融合了仿真技术、电子信息、计算机技术等，通过计算机仿真系统对三维动态视景与实体行为进行系统仿真创建，并能让用户体验虚拟世界，获得身临其境的感受。将该技术应用到电力系统当中，操作人员能对电力系统进行仿真创建，使操作人员在人造空间内通过交互对系统进行操作。

混合现实技术（Mix Reality，MR）是将AR和VR技术进行融合与创新的一种技术，通过合并虚拟世界和现实世界创造出新的可视化环境[1]。将该技术应用于电网系统中，能使操作人员通过可视化环境与数字对象和现实世界进行实时互动。

1.2 我国增强现实、虚拟现实和混合现实技术的发展现状

我国应用增强现实、虚拟现实和混合现实技术的时间较晚，目前对增强现实、虚拟现实和混合现实技术的研究水平还有待加强。国内对该类技术的应用多为快销产品，并未建立起可迭代化产品生产体系，在一定程度上制约了增强现实、虚拟现实和混合现实技术在国内的发展。

2 增强现实、虚拟现实和混合现实技术在电力系统中的应用方法研究

虽然当前国内各个行业中对增强现实、虚拟现实和混合现实技术已有不同程度的应用，但总体来说，该类技术仍处于研发阶段。下文主要根据该类技术的工作原理对其应用于电力系统中的思路展开论述，期望能为智慧电网的建设与发展提供参考。

2.1 增强现实技术的应用研究

增强现实技术的实现需要依托与之相关的软件系统及能适配的硬件设备，硬件设备包括但不限于头盔、眼镜等。增强现实技术能在用户穿戴硬件设备后为其呈现新型的视觉体验，将现实世界和业务数据影像进行叠加，使用户能在与现实世界保持联动的同时及时获取需要的电网信息[2]。

2.1.1 单兵作业领域

巡查、检修、电力抢修等单兵作业领域是电网工作中的重要组成部分，在该领域中可以通过应用增强现实技术，提升电力系统单兵作业水平：（1）通过为工作人员佩戴具有图像识别功能的可穿戴设备，能使工作人员迅速确认电网系统中出现故障的位置。（2）工作人员可从云端业务大数据中快速获取相关设备的历史运行参数和属性数据，如设备结构信息、零件设备的更换历史等。（3）智能穿戴设备中配备的光学显示器不仅能为工作人员显示故障点附近的信息，还能将检测到的故障信息及时上传到云端，为后续工作的开展提供参考。

2.1.2 实时通信领域

当前，电网系统的现场维修人员主要通过对讲机、手机等设备与电力企业进行沟通，由于现场环境的多样性、复杂程度较高，可能无法完全将现场情况与维修人员的意见描述清楚，在一定程度上影响电网系统的维修效益[3]。随着增强现实技术的不断优化与创新，音频、视频和多媒体技术等逐渐应用到增强现实技术中，若在电网维修的过程中，现场人员利用智能穿戴设备与电力企业进行实时沟通，能让电力企业实时接收到现场画面，提高工作效率。目前，已有电力企业为现场维修人员配备AR智能眼镜，现场维修人员利用AR智能眼镜中的视频、语音交互功能与后台之间进行实时沟通，专家能对复杂电网的维修进行远程指导，提高维修质量。

2.2 虚拟现实技术的应用研究

虚拟现实技术是利用智能计算设备创造一个虚拟世界，用户能通过智能穿戴设备获得与虚拟世界同步的视觉、听觉、触觉等方面的真实感官体验。在现实生活中，部分训练由于实训环境具有高度危险性、不可及或操作不可逆，通过虚拟现实技术能为训练人员提供安全可靠的训练环境。如在电力系统的操作中，可用虚拟现实技术搭建变电站的三维动态模型，依托智能穿戴设备，让工作人员获得视觉、听觉、触觉一体的体验环境，使其处于特定范围内的变电站虚拟环境中，手动操作或ART跟踪交互对虚拟环境进行操作和模拟，使其自身专业水平不断提升。

2.2.1 立体全站展示

依托虚拟现实技术和智能穿戴设备为工作人员营造变电站的三维立体全息投影，对工作人员进行技术培训和训练，为使工作人员获得最佳的体验感，提高场景的真实度。可利用计算机中的多媒体和图像处理技术等对虚拟场景进行特效处理，使变电站的三维影像在3D屏幕上展示的过程中，处于虚拟环境中的工作人员左右眼的观测景象有所差别，更加身临其境；还可通过叠加特效场景的方式，让工作人员能分别体验雨雪天气、强风天气等可能对变电站正常工作产生影响的环境进行体验，帮助工作人员构建极端天气情况下的电网系统抢修措施和方案，为实际工作奠定扎实的基础。

2.2.2 手动模拟操作

随着科技的进步与发展，电力系统中的设备在不断更新和升级，为使工作人员的专业知识技能与电力系统的更新与升级同步优化，可利用虚拟现实技术为工作人员搭建设备内部结构环境，以沉浸式的方式完成对变电设备的拆解和组装，使其更深入地了解各类变电设备的内部结构和工作原理等内筒，使工作人员能通过沉浸式影响更扎实地掌握安全操作手段，提高工作人员操作的熟练度，降低电网检修、维护的难度，提高工作效率。

2.2.3 电力事故演练

通过虚拟现实技术对不同的电力事故进行模拟，工作人员通过不断地练习不同类型电力事故的处理方式，能使其在实际工作中对电力事故的类型、原因、可能发生故障的位置进行迅速的判断，并依托于专业设备对故障进行快速处理。换而言之，利用虚拟现实技术对真实电力事故进行仿真模拟并要求多名工作人员利用虚拟显示设备的联动功能，同时进入电力设备的故障现场中，通过沉浸式交互体验共同对事故进行处理，加强工作人员的协同作业能力，使不同环节的工作人员能在故障的發生和处理过程中，在保障相关人员安全的前提下，尽量减少电力事故带来的影响和损失。

2.3 混合现实技术的应用研究

混合现实技术能为人们创造出现实和虚拟世界相互融合的新型可视化环境，各类物理数字对象能在这一可视化环境中进行互动、交流和共存。人们能利用该技术在虚拟环境中对现实事物进行信息标注，使用户、虚拟世界和现实世界之间的交互得到增强，使用户获得更真实的使用感受。

在电力系统中可利用混合现实技术叠加电网资源数据，相关人员利用全息投影的方式将电网资源投射在真实设备上，通过手势操作对电网资源进行互动展示。从某种角度来说，混合现实技术其实是增强现实技术和虚拟现实技术的融合发展，通过在电力系统中应用该技术，可推动电网资源的三维展示建设，使工作人员能在工作中依靠智能传达设备完成资源查询、定位、调配等工作，提高设备维护与检修效率。

3 结语

在国家大力发展经济的背景下，社会对电力资源的需求不断提升。为保障电力系统的供应效率，各地区的电力公司开始尝试在电力系统中应用增强现实、虚拟现实以及混合现实技术。相信通过不断努力，我国电网系统的智能化水平会越来越高。

[参考文献]

[1]李刚，蔡骏峰，刘海琼，等.探索增强现实，虚拟现实和混合现实技术在电力系统的应用[J].电子世界，2020（22）：174-175.

[2]崔钰婷，赵志群.虚拟现实技术对学生学习绩效的影响—基于59项实验或准实验研究的元分析[J].中国远程教育，2020（11）：63-71.

[3]王忠照，孙璟川，王元，等.虚拟现实技术在骨科住院医师规范化培训中的应用[J].中华医学教育杂志，2020（7）：557-560.

（编辑 姚 鑫）

Application of augmented reality，virtual reality and hybrid reality technology in power system

Liu Jiawang

（China Information Technology Designing and Consulting Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200050， China）

Abstract：With the progress and development of society， the demand for power resources is rising. It is an important development direction for the power industry to improve the automation level of power system combined with frontier technology. Based on this， this paper discusses the theory of augmented reality， virtual reality and hybrid reality technology， and studies the application methods of this kind of technology in power system， in order to provide reference for relevant personnel and promote the innovation and development of power industry.

Key words：augmented reality； virtual reality； hybrid reality； power system