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CN111179654A - 一种基于cave的沉浸式电网抢险仿真训练系统 - Google Patents

一种基于cave的沉浸式电网抢险仿真训练系统 Download PDF

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CN111179654A
CN111179654A CN202010093204.XA CN202010093204A CN111179654A CN 111179654 A CN111179654 A CN 111179654A CN 202010093204 A CN202010093204 A CN 202010093204A CN 111179654 A CN111179654 A CN 111179654A
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张宝星
潘岐深
毕明利
郑松源
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Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，包括：CAVE投影设备、中控设备、资源管理设备和辅助设备；中控设备第一通信端与CAVE投影设备的控制端通信连接；资源管理设备的视频信号输出端与CAVE投影设备的视频信号输入端通信连接；辅助设备具体包括3D眼镜和操作设备，操作设备的第一通信端与资源管理设备的信号采集端通信连接，用于获取受训人员输入的操作信息；资源管理设备用于存储仿真训练模型资源以及处理由辅助设备获取的操作信息。本申请借助CAVE全息显示设备，让受训人员在沉浸式环境中模拟各类应急作业的真实体验与操作，解决了传统的抢险技能学习方式无法消除抢险人员对实地抢险维护的不适感的技术问题。

Description

一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统
技术领域
本申请涉及实训设备领域，尤其涉及一种沉浸式电网抢险仿真训练系统。
背景技术
电力企业作为国家基础性能源产业，在国民经济和人民生活中扮演者举足轻重的角色。在平时，抢险人员只能通过一些课件、视频讲解以及简单的操作训练来学习抢险救援的技能，然而实际上，在历次抢险救援和恢复供电过程中，均暴露出抢险人员因无法适应模拟训练与实地抢险的差异，频频出现应急装备使用失误、不熟悉基本的应急知识和处置技能等问题，对这种现象在新人群体中尤其明显，对抢险工作的正常执行以及抢险人员的人身安全构成了巨大的安全隐患。
因此，如何建立一个电网抢险仿真训练系统，降低模拟训练与实地抢险的差异，消除抢险人员对实地抢险维护的不适感成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，用于解决传统的抢险技能学习方式的模拟训练与实地抢险的差异较大，无法消除抢险人员对实地抢险维护的不适感，对抢险工作的正常执行以及抢险人员的人身安全构成巨大的安全隐患的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，包括：CAVE投影设备、中控设备、资源管理设备和辅助设备；
所述中控设备第一通信端与所述CAVE投影设备的控制端通信连接；
所述资源管理设备的视频信号输出端与所述CAVE投影设备的视频信号输入端通信连接；
所述辅助设备具体包括3D眼镜和操作设备，所述操作设备的第一通信端与所述资源管理设备的信号采集端通信连接，用于获取受训人员输入的操作信息；
所述资源管理设备用于存储仿真训练模型资源以及处理由所述辅助设备获取的操作信息。
优选地，还包括：音频信号播放设备；
所述音频播放设备的音频信号输入端与所述资源管理设备的音频信号输出端通信连接。
优选地，所述中控设备具体包括：中控主机和时序电源；
所述中控主机的时序信号输入端与所述时序电源的时序信号输出端通信连接；
所述中控主机的第一通信端与所述CAVE投影设备的控制端通信连接；
所述中控主机的第二通信端与所述音频信号播放设备的控制端通信连接。
优选地，所述操作设备具体包括：摄像设备；
所述摄像设备与所述资源管理模块的第一信号输入端通信连接，用于获取受训人员的肢体动作操作信息。
优选地，所述操作设备具体包括：输入手柄；
所述输入手柄与所述资源管理模块的第二信号输入端通信连接，用于获取受训人员的手势动作操作信息。
优选地，所述操作设备具体包括：3D眼镜同步器；
所述3D眼镜同步器与所述资源管理模块的第三信号输入端通信连接。
优选地，所述CAVE投影系统具体为四屏幕投影系统；
所述CAVE投影系统包括：底面投影屏幕、第一侧投影屏幕、第二侧投影屏幕和第三侧投影屏幕；
所述底面投影屏幕、所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕具体为正方体组合结构。
优选地，所述底面投影屏幕的投影方式为正投。
优选地，所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕的投影方式均为背投。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，包括：CAVE投影设备、中控设备、资源管理设备和辅助设备；所述中控设备第一通信端与所述CAVE投影设备的控制端通信连接；所述资源管理设备的视频信号输出端与所述CAVE投影设备的视频信号输入端通信连接；所述辅助设备具体包括3D眼镜和操作设备，所述操作设备的第一通信端与所述资源管理设备的信号采集端通信连接，用于获取受训人员输入的操作信息；所述资源管理设备用于存储仿真训练模型资源以及处理由所述辅助设备获取的操作信息。
本申请借助先进的CAVE全息显示设备，配合通过精细化建模获得的电网灾难、抢修、救援场景模型资源，让训练者沉浸式地模拟各类应急作业的真实体验与操作，模拟逼近真实场景作业的训练效果，解决了传统的抢险技能学习方式的模拟训练与实地抢险的差异较大，无法消除抢险人员对实地抢险维护的不适感，对抢险工作的正常执行以及抢险人员的人身安全构成巨大的安全隐患的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统的逻辑架构示意图；
图2为本申请提供的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统的实体架构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，用于解决传统的抢险技能学习方式的模拟训练与实地抢险的差异较大，无法消除抢险人员对实地抢险维护的不适感，对抢险工作的正常执行以及抢险人员的人身安全构成巨大的安全隐患的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
CAVE(Cave Automatic Virtual Environment，洞穴状自动虚拟系统)是一种基于投影的沉浸式虚拟现实显示系统，其特点是分辨率高，沉浸感强，交互性好。CAVE沉浸式虚拟现实显示系统的原理比较复杂，它是以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的供多人使用的完全沉浸式的虚拟环境
请参阅图1和图2，本申请实施例提供了一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，包括：CAVE投影设备1、中控设备2、资源管理设备3和辅助设备4；
所述中控设备2第一通信端与所述CAVE投影设备1的控制端通信连接；
所述资源管理设备3的视频信号输出端与所述CAVE投影设备1的视频信号输入端通信连接；
所述辅助设备4具体包括3D眼镜41和操作设备，所述操作设备的第一通信端与所述资源管理设备3的信号采集端通信连接，用于获取受训人员输入的操作信息；
所述资源管理设备3用于存储仿真训练模型资源以及处理由所述辅助设备4获取的操作信息。
需要说明的是，本实施例提供的沉浸式电网抢险仿真训练系统，通过CAVE全息投影设备将预先存储在资源管理设备3的仿真训练模型资源中的场景模型和装备模型加载出来并显示，受训人员通过佩戴3D眼镜41和其他操作设备，模拟出现场真实感极高的训练场景，让受训人员通过沉浸式设备体验身处各类应急作业的真实体验与操作，模拟逼近真实场景作业的训练效果，解决了传统的抢险技能学习方式的模拟训练与实地抢险的差异较大，无法消除抢险人员对实地抢险维护的不适感，对抢险工作的正常执行以及抢险人员的人身安全构成巨大的安全隐患的技术问题。
同时，资源管理设备3中存储的仿真训练模型资源根据培训课程的不同分为多种不同的模型包，如清障作业技能训练和灾情勘探技能训练等，且培训课程的选择在各自科目软件中进行。培训课程作为科目软件的内容数据，可增加或暂停指定课程的使用。这样的架构设计可以使相同类型培训课程的交互方式保持一致，同时增加培训课程的可扩展性。
其中，本实施例的资源管理设备3可以采用PC主机或其他VR主机实现。
更具体地，还包括：音频信号播放设备5；
所述音频播放设备5的音频信号输入端与所述资源管理设备3的音频信号输出端通信连接。
需要说明的是，本实施例还设置有音频信号播放设备5，具体包括：数字音频处理器、功放设备和放音音箱等，其中，本实施例的音频信号播放设备5与所述资源管理设备3的音频信号输出端通信连接，用于与CAVE投影设备1相配合，播放仿真训练模型资源中与投影场景相对应的背景音效，提高作业现场模拟的真实程度。
另外，本实施例的音频信号播放设备5除了上述的数字音频处理器、功放设备和放音音箱之外，还可以增设通信话筒，将后台工作人员的语音指示出传达给受训人员。
更具体地，所述中控设备2具体包括：中控主机和时序电源；
所述中控主机的时序信号输入端与所述时序电源的时序信号输出端通信连接；
所述中控主机的第一通信端与所述CAVE投影设备1的控制端通信连接；
所述中控主机的第二通信端与所述音频信号播放设备5的控制端通信连接。
需要说明的是，本实施例的中控设备2具体包括有中控主机和时序电源，其中，中控主机和时序电源、CAVE投影设备1的控制端以及音频信号播放设备5的控制端采用RS232通信方式通信连接。
本实施例通过中控主机与时序电源相互配合，控制CAVE投影设备1和音频信号播放设备5的启动和关闭，可以有效的统一管理和控制各类用电设备，避免了人为的失误操作，同时又可减低用电设备在开关瞬间对供电电网的冲击，也避免了感生电流对设备的冲击，确保了整个用电系统的稳定。
更具体地，所述操作设备具体包括：摄像设备42；
所述摄像设备42与所述资源管理模块的第一信号输入端通信连接，用于获取受训人员的肢体动作操作信息。
需要说明的是，本实施例的摄像设备42具体由至少一个摄像头组成，用于捕获受训人员的肢体动作信息，并将捕获到的肢体动作信息发送至资源管理设备3，生成对应的肢体动作操作信息，并反馈至资源管理设备3中使得CAVE投影系统根据该肢体动作操作信息，同步投影场景。其中，本实施例的肢体动作操作信息包括但不限于行走动作信息、攀爬动作信息等。
更具体地，所述操作设备具体包括：输入手柄43；
所述输入手柄43与所述资源管理模块的第二信号输入端通信连接，用于获取受训人员的手势动作操作信息。
需要说明的是，本实施例的输入手柄43具体用于捕获受训人员的手势动作信息，并将捕获到的手势动作信息发送至资源管理设备3，生成对应的手势动作操作信息，并反馈至资源管理设备3中使得CAVE投影系统根据该手势动作信息，同步投影设备模型。其中，本实施例的手势动作操作信息包括但不限于拾取动作、手部的位置信息等。
更具体地，所述操作设备具体包括：3D眼镜同步器44；
所述3D眼镜同步器44与所述资源管理模块的第三信号输入端通信连接。
需要说明的是，本实施例的3D眼镜同步器44与所述资源管理模块的第三信号输入端通信连接，并与受训人员佩戴的3D眼镜41配合使用，用于捕获受训人员的视角转换动作信息，并将捕获到的视角转换动作信息发送至资源管理设备3，生成对应的视角转换动作操作信息，并反馈至资源管理设备3中使得CAVE投影系统根据该视角转换动作操作信息，同步投影场景。
更具体地，所述CAVE投影系统具体为四屏幕投影系统；
所述CAVE投影系统包括：底面投影屏幕、第一侧投影屏幕、第二侧投影屏幕和第三侧投影屏幕；
所述底面投影屏幕、所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕具体为正方体组合结构。
更具体地，所述底面投影屏幕的投影方式为正投。
更具体地，所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕的投影方式均为背投。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，包括：CAVE投影设备、中控设备、资源管理设备和辅助设备；
所述中控设备第一通信端与所述CAVE投影设备的控制端通信连接；
所述资源管理设备的视频信号输出端与所述CAVE投影设备的视频信号输入端通信连接；
所述辅助设备具体包括3D眼镜和操作设备，所述操作设备的第一通信端与所述资源管理设备的信号采集端通信连接，用于获取受训人员的操作信息；
所述资源管理设备用于存储仿真训练模型资源以及处理由所述辅助设备获取的操作信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，还包括：音频信号播放设备；
所述音频播放设备的音频信号输入端与所述资源管理设备的音频信号输出端通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述中控设备具体包括：中控主机和时序电源；
所述中控主机的时序信号输入端与所述时序电源的时序信号输出端通信连接；
所述中控主机的第一通信端与所述CAVE投影设备的控制端通信连接；
所述中控主机的第二通信端与所述音频信号播放设备的控制端通信连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述操作设备具体包括：摄像设备；
所述摄像设备与所述资源管理模块的第一信号输入端通信连接，用于获取受训人员的肢体动作操作信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述操作设备具体包括：输入手柄；
所述输入手柄与所述资源管理模块的第二信号输入端通信连接，用于获取受训人员的手势动作操作信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述操作设备具体包括：3D眼镜同步器；
所述3D眼镜同步器与所述资源管理模块的第三信号输入端通信连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述CAVE投影系统具体为四屏幕投影系统；
所述CAVE投影系统包括：底面投影屏幕、第一侧投影屏幕、第二侧投影屏幕和第三侧投影屏幕；
所述底面投影屏幕、所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕具体为正方体组合结构。
8.根据权利要求7所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述底面投影屏幕的投影方式为正投。
9.根据权利要求7所述的一种基于CAVE的沉浸式电网抢险仿真训练系统，其特征在于，所述第一侧投影屏幕、所述第二侧投影屏幕和所述第三侧投影屏幕的投影方式均为背投。
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