一种电力设备运行仿真系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力设备运行仿真系统，用户从输入输出终端输入工作环境信息和交互控制信息，将所述工作环境信息和交互控制信息传送到工作环境仿真服务器，工作环境仿真服务器利用所述工作环境信息和交互控制信息对电力设备运行的工作环境进行三维场景的生成和相应的交互控制处理，将处理后的数据发送到监控服务器审核后保存到存储服务器，同时在输入输出终端中显示工作环境的虚拟视图供用户进行交互操作。本发明的电力设备运行仿真系统能够满足安全培训需求，能够模拟各种电力设备、线路环境，电力职工通过使用该系统，能够熟悉每个专业的操作规范和安全注意事项，从而在日常工作中最大限度地减少事故的发生。
【专利说明】一种电力设备运行仿真系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力设备运行模拟仿真技术，尤其涉及一种电力设备运行仿真系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于业务应用系统的相继投入，应用系统服务器的数量在不断增加，相应 的网络设备也在不断地增加，造成机房面积不够，设备耗电量增加，机房荷载也在增加。此 夕卜，目前电力系统的培训仍停留在理论讲述培训、手册培训等比较落后的阶段，这些方式培 训周期长、资金投入大、学员体验性差，多采用教室授课、课件和图片配合演示或者找独立 的设备进行小范围操作，但很多设备是带电运行，存在危险性和不确定性，设备的损坏率 高，则学员在学习过程中不能进行有效的实际操作。因此，有必要建立一种有效的电力设备 运行仿真系统，使得学员能够真实地模拟实际工作环境，熟悉环境和设备，操作那些复杂且 不能出错的设备，进而受训人员的工作技能能够尽快满足电力设备专业操作人员的要求， 降低新手操作的失误率，同时在实际环境演练时可少配置很多相关设备，减小硬件设备的 购买需要。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种电力设备运行仿真系统，用户从输入输出终端输入工作环境信息 和交互控制信息，将所述工作环境信息和交互控制信息传送到工作环境仿真服务器，工作 环境仿真服务器利用所述工作环境信息和交互控制信息对电力设备运行的工作环境进行 三维场景的生成和相应的交互控制处理，将处理后的数据发送到监控服务器审核后保存到 存储服务器，同时在输入输出终端中显示工作环境的虚拟视图供用户进行交互操作。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的电力设备运行仿真系统包括工作环境仿真服务 器、存储服务器、监控服务器、输入输出终端，其特征在于：
[0005] 工作环境仿真服务器和存储服务器分别通过网络与输入输出终端连接，存储服务 器还连接到工作环境仿真服务器，存储服务器通过监控节点连接监控服务器，监控服务器 还连接到工作环境仿真服务器；
[0006] 用户从输入输出终端输入工作环境信息和交互控制信息，将所述工作环境信息和 交互控制信息传送到工作环境仿真服务器，工作环境仿真服务器利用所述工作环境信息和 交互控制信息对电力设备运行的工作环境进行三维场景的生成和相应的交互控制处理，将 处理后的数据发送到监控服务器审核后保存到存储服务器，同时在输入输出终端中显示工 作环境的虚拟视图供用户进行交互操作。
[0007] 其中，工作环境仿真服务器是经虚拟化处理后的高性能服务器，其上创建有多台 独立的虚拟机，每台虚拟机拥有独立的CPU、内存、硬盘、光驱、网卡、显卡，每个网卡配置各 自的IP，通过虚拟交换机和物理网络相连，并且每个虚拟计算机安装有不同的操作系统，可 通过虚拟化管理平台或远程桌面来管理虚拟计算机。
[0008] 其中，在用户端以设备虚拟机方式展现，设备池 POOL中以挂载的方式进行设备的 初始化及加载，用户侧提出设备请求后即动态在设备POOL中创建一个新连接，同时完成虚 拟设备信息的初始化和相关业务数据的加载，在用户操作使用完此设备后，立即释放此连 接并回收相关的资源，设备基础库实现所有硬件设备、网络设备的基础数据的存储，以XML 文件或DB的形式进行硬件数据的格式定义和持久化。
[0009] 其中，利用所述工作环境信息建立场景模型数据库，所述场景模型数据库的基本 节点包括组节点、物体节点、面节点和点节点，利用节点将整个场景中的所有模型按照逻辑 结构组织为倒置的层次树状结构。
[0010] 其中，在所述交互控制处理的碰撞检测中，根据不同对象的形状对不同对象使用 不同的包围盒近似模拟，即用包围球模拟近似球状的对象，其余对象采用AABB包围盒进行 模拟近似，首先对包围球和AABB包围盒投影排序并分组，迅速排除不可能发生碰撞的对象 对，然后对各组中的潜在碰撞检测集进行相交测试，此时碰撞检测转化为包围球与包围球 的相交测试、包围球与AABB包围盒的相交测试以及AABB包围盒之间的相交测试，最后进行 精确碰撞检测。
[0011] 其中，使用堆排序法对某一轴上的投影序列排序，并将初次划分后投影子段的边 界固定，投影子段称之为"组"，之后将运动对象更新后包围盒的投影值与之前包围盒所在 组的边界值进行比较，如果仍在边界之内，则继续留在本组内，否则，与下一组的边界值比 较，依次类推，直到找到新的归属组；然后在每组内使用堆排序法对投影值进行实时排序， 快速排除没有交叠的对象对；最后，对交叠的对象对进行相交测试，其中至少有一个对象是 动态的。
[0012] 其中，包围球与AABB包围盒的相交测试如下：
[0013] 设AABB包围盒内点的坐标为（x，y，z)，包围盒的边长为H，包围盒的中心坐标为 (X B，YB，Zb)，假设中心点位于坐标原点，则AABB包围盒的约束方程为
[0014] {(x, y, z) |〇 < X, y, z < Η}
[0015] 同样，设包围球内点的坐标为（χ, y, ζ)，包围球的半径为Rs，球心坐标为 (X。，Ytl, Ztl)，则包围球的约束方程为
【权利要求】
1. 一种电力设备运行仿真系统，该系统包括工作环境仿真服务器、存储服务器、监控服 务器、输入输出终端，其特征在于： 工作环境仿真服务器和存储服务器分别通过网络与输入输出终端连接，存储服务器还 连接到工作环境仿真服务器，存储服务器通过监控节点连接监控服务器，监控服务器还连 接到工作环境仿真服务器； 用户从输入输出终端输入工作环境信息和交互控制信息，将所述工作环境信息和交互 控制信息传送到工作环境仿真服务器，工作环境仿真服务器利用所述工作环境信息和交互 控制信息对电力设备运行的工作环境进行三维场景的生成和相应的交互控制处理，将处理 后的数据发送到监控服务器审核后保存到存储服务器，同时在输入输出终端中显示工作环 境的虚拟视图供用户进行交互操作。
2. 如权利要求1所述的电力设备运行仿真系统，其中，工作环境仿真服务器是经虚拟 化处理后的高性能服务器，其上创建有多台独立的虚拟机，每台虚拟机拥有独立的CPU、内 存、硬盘、光驱、网卡、显卡，每个网卡配置各自的IP，通过虚拟交换机和物理网络相连，并且 每个虚拟计算机安装有不同的操作系统，可通过虚拟化管理平台或远程桌面来管理虚拟计 算机。
3. 如权利要求2所述的电力设备运行仿真系统，其中，在用户端以设备虚拟机方式展 现，设备池POOL中以挂载的方式进行设备的初始化及加载，用户侧提出设备请求后即动态 在设备POOL中创建一个新连接，同时完成虚拟设备信息的初始化和相关业务数据的加载， 在用户操作使用完此设备后，立即释放此连接并回收相关的资源，设备基础库实现所有硬 件设备、网络设备的基础数据的存储，以XML文件或DB的形式进行硬件数据的格式定义和 持久化。
4. 如权利要求1所述的电力设备运行仿真系统，其中，利用所述工作环境信息建立场 景模型数据库，所述场景模型数据库的基本节点包括组节点、物体节点、面节点和点节点， 利用节点将整个场景中的所有模型按照逻辑结构组织为倒置的层次树状结构。
5. 如权利要求1所述的电力设备运行仿真系统，其中，在所述交互控制处理的碰撞检 测中，根据不同对象的形状对不同对象使用不同的包围盒近似模拟，即用包围球模拟近似 球状的对象，其余对象采用AABB包围盒进行模拟近似，首先对包围球和AABB包围盒投影排 序并分组，迅速排除不可能发生碰撞的对象对，然后对各组中的潜在碰撞检测集进行相交 测试，此时碰撞检测转化为包围球与包围球的相交测试、包围球与AABB包围盒的相交测试 以及AABB包围盒之间的相交测试，最后进行精确碰撞检测。
6. 如权利要求5所述的电力设备运行仿真系统，其中，使用堆排序法对某一轴上的投 影序列排序，并将初次划分后投影子段的边界固定，投影子段称之为"组"，之后将运动对象 更新后包围盒的投影值与之前包围盒所在组的边界值进行比较，如果仍在边界之内，则继 续留在本组内，否则，与下一组的边界值比较，依次类推，直到找到新的归属组；然后在每组 内使用堆排序法对投影值进行实时排序，快速排除没有交叠的对象对；最后，对交叠的对象 对进行相交测试，其中至少有一个对象是动态的。
7. 如权利要求5所述的电力设备运行仿真系统，其中，包围球与AABB包围盒的相交测 试如下： 设AABB包围盒内点的坐标为（X，y,z)，包围盒的边长为H，包围盒的中心坐标为 (XB，YB，ZB)，假设中心点位于坐标原点，则AABB包围盒的约束方程为 {(x,y,z) |〇 <X,y,z<Η} 同样，设包围球内点的坐标为（x，y，ζ)，包围球的半径为Rs，球心坐标为（Xtl,Ytl,Ztl)，则 包围球的约束方程为
_f γ、 假设AABB包围盒位于坐标原点（0, 0, 0)，令史=扠"f，其中Xtl不为零，则AABB包 v^-o y 围盒与包围球之间的距离为
设AABB包围盒与包围球中心点的连线与Z坐标轴的夹角为Θ，则有：当YtlX)且XtlX) 时，6? =沪；当γ0>ο且x0〈o时，6> =冗一炉；当γ0〈〇且χ0>〇时，6? = -妒；当γ0〈〇且χ0〈〇时， θ = π + φ. ·' 仅需比较ΘXdist和IzcJ即可得到两包围盒的相交情况，若ΘXdist<IzcJ，则AABB包围盒与包围球相交，否则不相交。
8. 如权利要求5所述的电力设备运行仿真系统，其中，所述精确碰撞检测包括两个阶 段，第一阶段的精确碰撞检测过程如下：将多边形投影到XOY平面，得到一个平面多边形， 如果多边形相交，必然有一条直线同时与两个多边形都相交，根据这个原理，基于两个中心 点投影点做两条平行的轴线，如果相交则必然发生在两条轴线之间，设定误差值P，在两条 平行于y轴的轴线之间做η条等分线，如果存在第m条等分线与其中两个多边形相交于点 (X1,Y1)和点（X2,Y2)，其中n、m为自然数且m小于等于n，如果IY1-Y21 <P，贝Ij发生碰撞， 进入第二阶段的精确碰撞检测，即基本图元之间的精确碰撞检测。
9. 如权利要求8所述的电力设备运行仿真系统，其中，基本图元为三角形或四面体，当 基本图元为四面体时，由于四面体是由四个三角形构成，将四面体的相交测试化简为三角 形的相交测试，则所述基本图元之间的精确碰撞检测实质上是三角形之间的相交检测，设 空间两个三角形分别为Tl(Vtl,V1,V2)和T2 (Utl,U1,U2)，则三角形与三角形间的相交测试过 程如下： 51 :分别计算三角形Tl所在的平面方程Nl和三角形T2所在的平面方程N2 ; 52 :分别计算三角形Tl的三个顶点到平面N2的距离dvO、dvl、dv2和三角形T2的三 个顶点到平面Nl的距离duO、dul、du2; 53 :如果V。J1、V2三个点都位于N2的同一侧，那么三角形TI和T2不相交，或者U U2三个点都位于Nl的同一侧，三角形Tl和Τ2也不相交； 54 :如果dv0*dvl= 0 和dv0*dv2 = 0 同时成立或者du0*dul= 0 和du0*du2 = 0 同 时成立，则三角形η和T2共面，转到平面中两个三角形的相交测试子过程中去； 55 :如果dV〇、dvl、dv2中有一个为0,而另外两个符号相同，则三角形Tl中必有一个顶 点位于三角形T2所在平面上，此时问题转化为判断平面内一个点与三角形的关系。如果点 在三角形T2内或边上，那么三角形Tl和T2相交，否则不相交； 56 :如果dvO、dvl、dv2中有两个为0,则三角形Tl必有一条边位于三角形T2的平面 上，此时问题转化为判断平面内一条线段与一个三角形之间的关系； 57 :除去上面几种情况，三角形Tl与三角形Τ2所在平面相交，求得相交线段，此时问题 转化成判断平面中线段是否与三角形相交。
【文档编号】G06Q50/06GK104461690SQ201410738397
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】谢清玉, 秦衡, 王贵明, 王乃玉, 王文明 申请人:国家电网公司, 国网技术学院