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虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力應(yīng)急演練中的應(yīng)用 中國電力科學(xué)研究院2011年3月 1 概述 2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 3 功能設(shè)計 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 5 結(jié)論 四 近期階段工作重點 2 下一階段重點工作 電力安全規(guī)范研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究互動與展示技術(shù)應(yīng)用研究定位與傳感技術(shù)應(yīng)用研究 四 理論研究 2011年3 4 5月 概述 我國地域遼闊 電網(wǎng)覆蓋面積大 各地自然環(huán)境和條件迥異 各種自然災(zāi)害時有發(fā)生 電網(wǎng)大面積停電風(fēng)險始終存在 電網(wǎng)的安全運行涉及各行各業(yè) 涉及千家萬戶居民的日常生活 關(guān)乎社會穩(wěn)定和國家安全 近年來政府日益重視應(yīng)急管理工作 國家電網(wǎng)公司也開展以應(yīng)急組織體系 應(yīng)急物資儲備等八項重點工作為主要內(nèi)容的應(yīng)急體系建設(shè) 背景 概述 近兩年來 公司組織編制了 電網(wǎng)大面積停電事件應(yīng)急聯(lián)合演練指導(dǎo)意見 及其音像輔導(dǎo)片 積極推進(jìn) 指導(dǎo)各網(wǎng)省公司開展以重點城市大面積停電處置為主的應(yīng)急聯(lián)合演練 華北 華東 北京 上海 福建等16個網(wǎng)省公司按照公司統(tǒng)一部署 積極爭取省 市 人民政府的支持 組織開展了大面積停電應(yīng)急處置和社會聯(lián)動應(yīng)急演練 取得了較好的效果 2008年 公司各單位累計開展各類應(yīng)急演練3591場 次 21 1萬人次參加 其中省級及以上累計開展演練278場 次 3 1萬人次參加 通過多種形式的演練 達(dá)到了 檢驗預(yù)案 磨合機制 鍛煉隊伍和教育公眾 的目的 大大增強了全員應(yīng)急意識和應(yīng)急處置能力 電網(wǎng)應(yīng)急演練現(xiàn)狀 概述 電網(wǎng)應(yīng)急演練現(xiàn)狀 概述 但是 目前的應(yīng)急演練主要是以按預(yù)定腳本實戰(zhàn)演練的方式為主 存在以下問題一 這種方式缺乏靈活性 人員按照預(yù)先編排的指令執(zhí)行任務(wù) 無法真正檢驗應(yīng)急機制運轉(zhuǎn) 訓(xùn)練人員應(yīng)急能力 二 這種方式花費較大 不可能進(jìn)行多次重復(fù)演練 不能對比多種救援方案的后果 三 由于大型災(zāi)害多數(shù)為復(fù)合性災(zāi)害 具有規(guī)模大 范圍廣 情況復(fù)雜 損失嚴(yán)重等特點 實戰(zhàn)演練無法真實模擬全部災(zāi)害場景 為了解決現(xiàn)有演練工作的不足 建立一套規(guī)范和完整的三維現(xiàn)場仿真演示系統(tǒng) 實現(xiàn)電力事故現(xiàn)場指揮 處置的模擬仿真操作 一方面滿足應(yīng)急組織成員間的溝通需求 提高應(yīng)急處置的協(xié)調(diào)能力和效率 另一方面成為基層搶修實踐的有力工具 為大規(guī)模綜合應(yīng)急演練模擬出真實的演練場景 應(yīng)急演練存在的問題 1 概述 2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 3 功能設(shè)計 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 5 結(jié)論 二 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 定義 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指利用人工智能 計算機圖形學(xué) 人機接口 多媒體 計算機網(wǎng)絡(luò)及電子 機械 視聽等高新技術(shù) 模擬人在特定環(huán)境中的視 聽 動等行為的高級人機交互技術(shù) 交互性是指 參與者 利用視覺 聽覺 觸覺 嗅覺和味覺等感官功能及對話 頭部運動 眼睛移動 轉(zhuǎn)身 拾取和放置等人類自然技能 對虛擬實體進(jìn)行交互考察與操作的過程 四 近期階段工作重點 簡介 虛擬環(huán)境技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)可以用圖1所示的3個I的 三角形 來表示 所謂的3 I即Immersion Interaction Imagination 指沉浸 交互 構(gòu)想 這三個I 是VR系統(tǒng)的三個基本特征 它表示VR系統(tǒng)使人由過去只能從計算機系統(tǒng)的外部去觀測計算處理的結(jié)果 發(fā)展到能夠沉浸到計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的系統(tǒng)中 從過去人們只能通過鍵盤 鼠標(biāo)與計算環(huán)境中的數(shù)字化信息發(fā)生交互作用 到能夠利用多種傳感器與多維化信息的環(huán)境發(fā)生交互作用 由過去人們只能從定量計算為主的結(jié)果中得到啟發(fā)從而加深對事物的認(rèn)識 到有可能從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識 從而深化概念和萌發(fā)新意 VR Interaction交互 Imagination構(gòu)想 Immersion沉浸 根據(jù)當(dāng)前狀況和對城市的未來規(guī)劃 將城市的過去 現(xiàn)在和將來任意時間的情況展示在規(guī)劃設(shè)計者 政府決策者 投資開發(fā)者和普通市民面前 從不同角度遍歷城市的各個部分 幫助有關(guān)人員作出決策 由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點 它的實際應(yīng)用在理工科的教學(xué)中應(yīng)有廣大作為 尤其在建筑 機械 物理 化學(xué)等學(xué)科有著質(zhì)的突破 建立建造虛擬三維場景 將現(xiàn)實中的建筑物進(jìn)行在線展示 通過簡單操作 可以選擇任意路徑進(jìn)入建筑物的任意位置 體驗空間對人自身的尺度感 配以相關(guān)的圖片 文字 聲音 更顯生動 逼真 二 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 應(yīng)用現(xiàn)狀 規(guī)劃設(shè)計 教學(xué)培訓(xùn) 三維展示 各高校在許多領(lǐng)域都進(jìn)行了相關(guān)的課題研究 對科學(xué)技術(shù)研究具有很大的促進(jìn)作用 如 在分布式飛行模擬方面的應(yīng)用 可縮短開發(fā)周期 減少費用 科學(xué)研究 二 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 應(yīng)用現(xiàn)狀 科研 規(guī)劃 漫游 培訓(xùn) 1 概述 2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 3 功能設(shè)計 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 5 結(jié)論 嚴(yán)肅游戲 思想 即建立一套可獨立運行的 基于多人在線游戲模式的模擬演練系統(tǒng) 跨地域用戶參與 各網(wǎng)省公司應(yīng)急處置人員跨地域遠(yuǎn)程訪問該系統(tǒng) 聯(lián)合總部用戶 在三維虛擬場景中進(jìn)行各種應(yīng)急處置行為的互動 典型案例結(jié)合智能推理 通過對典型案例的流程梳理 結(jié)合智能推理機制 形成演練腳本 與應(yīng)急指揮系統(tǒng)互聯(lián) 可抽取應(yīng)急指揮系統(tǒng)的真實數(shù)據(jù)來進(jìn)行模擬演練 三 功能設(shè)計 設(shè)計思路 提供安全 經(jīng)濟 不受氣候條件和場地空間限制的應(yīng)急演練手段 體驗突發(fā)事件處理流程 豐富處置經(jīng)驗和體驗 明確應(yīng)急管理責(zé)任 提高溝通協(xié)調(diào) 決策指揮 社會動員等應(yīng)急能力 檢驗應(yīng)急預(yù)案的有效性與可執(zhí)行性 檢驗應(yīng)急資源配置的合理性 檢驗各參演單位應(yīng)急處置的機動性和聯(lián)動性 三 功能設(shè)計 總體目標(biāo) 三 功能設(shè)計 總體流程 三 功能設(shè)計 技術(shù)架構(gòu) 三 功能設(shè)計 應(yīng)用架構(gòu) 三 功能設(shè)計 角色設(shè)計 三 功能設(shè)計 功能架構(gòu) 設(shè)置演練的名稱 目的 事故名稱及類型 參考預(yù)案 演練時間等 三 功能設(shè)計 功能描述 設(shè)置參加演練的組織機構(gòu)及演練人員 并分配賬號和角色 也可以從應(yīng)急系統(tǒng)中提取用戶信息 三 功能設(shè)計 功能描述 設(shè)置模擬演練場景 包括受災(zāi)城市基礎(chǔ)場景 預(yù)設(shè)災(zāi)害場景 資源配置等基礎(chǔ)演練場景 三 功能設(shè)計 功能描述 以時間先后的順序配置災(zāi)害事件的過程 制作演練腳本 進(jìn)行災(zāi)情提示 三 功能設(shè)計 功能描述 設(shè)定演練過程的考核評估點 便于根據(jù)演練過程中參演人員的具體操作 進(jìn)行系統(tǒng)自動評估或手動評估操作 三 功能設(shè)計 功能描述 可在地圖上查看災(zāi)害發(fā)生地點 資源分布調(diào)配情況 三 功能設(shè)計 功能描述 在模擬演練過程中 根據(jù)演練進(jìn)展可通過對場景組件進(jìn)行修改 刪除 增加來進(jìn)行演練任務(wù)調(diào)整 調(diào)整后的場景可直接展示 三 功能設(shè)計 功能描述 在模擬演練過程中 各級指揮部及其他部門可通過系統(tǒng)消息方式進(jìn)行信息溝通 三 功能設(shè)計 功能描述 此功能主要用于演練培訓(xùn)過程中 根據(jù)演練的進(jìn)度對參演人員進(jìn)行相應(yīng)的操作提示功能 以熟悉演練過程 三 功能設(shè)計 功能描述 按照預(yù)先設(shè)定的演練腳本輔以智能推理 通過多人在線模式 實現(xiàn)多人角色扮演 模擬實現(xiàn)應(yīng)急事件處理流程 三 功能設(shè)計 功能描述 參演人員在演練過程中 可以靈活查詢到已有的類似應(yīng)急事件的預(yù)案和案例進(jìn)行處置參考 三 功能設(shè)計 功能描述 在演練過程中方便應(yīng)急指揮人員隨時對演練的流程和當(dāng)前場景推演到的進(jìn)度進(jìn)行查看 三 功能設(shè)計 功能描述 態(tài)勢標(biāo)繪為應(yīng)急指揮人員提供了一個在地圖上進(jìn)行指揮方案標(biāo)繪的功能 主要包括對救援物資 裝備和人員的調(diào)配標(biāo)繪 三 功能設(shè)計 功能描述 觀摩演練是在演練過程中為方便領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜疫M(jìn)行應(yīng)急演練的觀看和評估 將應(yīng)急人員在三維場景中的所有處置操作進(jìn)行同步的查看 三 功能設(shè)計 功能描述 在演練過程中 涉及到許多三維場景 為能及時定位場景并確定行進(jìn)路線 方便進(jìn)行場景切換 提供導(dǎo)航圖的功能 三 功能設(shè)計 功能描述 根據(jù)演練過程中參演人員的具體操作 結(jié)合系統(tǒng)設(shè)定的考核評估點 系統(tǒng)進(jìn)行演練自動評估 三 功能設(shè)計 功能描述 根據(jù)演練過程中參演人員的具體操作 結(jié)合系統(tǒng)設(shè)定的考核評估點 系統(tǒng)進(jìn)行演練自動評估 三 功能設(shè)計 功能描述 對模擬演練的過程進(jìn)行回放查看 三 功能設(shè)計 功能描述 將模擬演練過程的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔 方便日后調(diào)閱查看 三 功能設(shè)計 功能描述 1 概述 2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 3 功能設(shè)計 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 5 結(jié)論 研究電網(wǎng)突發(fā)事件特征參數(shù)和關(guān)鍵要素篩選 提取方法及再現(xiàn)應(yīng)急事件場景的規(guī)則 研究電網(wǎng)突發(fā)事件和案例智能知識技術(shù) 研究電網(wǎng)突發(fā)事件智能推理技術(shù) 研究三維地理信息及虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù) 研究電網(wǎng)突發(fā)事件演練場景生成 導(dǎo)入 導(dǎo)出 提取技術(shù) 開發(fā)電網(wǎng)大規(guī)模綜合應(yīng)急演練模擬系統(tǒng) 研究 實施與應(yīng)急信息系統(tǒng)的資源整合 四 關(guān)鍵技術(shù)研究 關(guān)鍵技術(shù) 1 概述 2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 3 功能設(shè)計 4 關(guān)鍵技術(shù)研究 5 結(jié)論 四 結(jié)論 1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)能夠真實再現(xiàn)客觀環(huán)境 使人能充分沉浸由其年所創(chuàng)造的人工環(huán)境中實現(xiàn)感知模擬的現(xiàn)實 因而對于應(yīng)急中的培訓(xùn) 指揮以及性能設(shè)計等多方面具有重要意義 隨著計算機圖形學(xué) 體視化技術(shù)的進(jìn)步 虛擬現(xiàn)實技術(shù)將在模型及設(shè)備方面越來越能適應(yīng)這些系統(tǒng)的要求 2 應(yīng)急演練可以在科學(xué)研究成果真實化再現(xiàn) 安全產(chǎn)品性能設(shè)計 事故救災(zāi)指揮 安全教育與培訓(xùn)等多個方面應(yīng)用VR系統(tǒng) 3 應(yīng)急演練中應(yīng)用VR技術(shù)的方法是多種多樣的 文中所論述的建筑火災(zāi)VR系統(tǒng)可以為構(gòu)建其他安全工程VR系統(tǒng)所借鑒 4 應(yīng)急演練VR系統(tǒng)可以采用高 中 低各種檔次 所選擇的硬件和軟件也有所不同 初步研究時可以采用比較廉價的硬件和軟件系統(tǒng) 例如 硬件采用普通鼠標(biāo) 普通立體眼鏡 軟件采用OPENGL DIRECTX等免費3D開發(fā)程序等 5 要達(dá)到真實模擬環(huán)境系統(tǒng) 如山川 河流 人 火焰 煙流 樹木等高度復(fù)雜的自然體 還需要將VR技術(shù)與體視化等技術(shù)結(jié)合才能完成 44 謝謝