摘要：配电网作为城市基础设施的重要组成部分，直接影响着城市的发展和国家的经济建设，关系着城市供电效果及经济效益。本文论述了虚拟现实技术的特点及其在配电网规划与设计中的应用优势，探讨了虚拟现实在配电网规划中的关键技术，并指出了虚拟现实技术未来的发展趋势，以促进虚拟现实技术在配电网规划中的作用，从而使配电网规划设计更加人性化。
关键词：配电网；虚拟现实技术；人性化
引言
电力系统规划既关系到整个电力系统的正常运行，又关系到电力产业是否能够实现可持续发展。因此，做好电网规划工作，构建安全可靠、经济高效的电网显得至关重要，同时是电力工作研究人员的重要任务和工作。在电网规划中，配电网的规划设计是一个至关重要环节，其结果直接影响到整个电网的网络结构、供电的安全可靠性电网和投资运行的经济效益性。配电网作为电力系统的重要组成部分，如何选择合理的配电网通道，对配电网进行科学合理地规划，对保证电网整体系统的合理性及其运行的安全可靠性和经济性都有着重要影响。
配电网布局的合理化不仅可以节省建设投资，而且可以极大地降低电网损耗，提高运行管理水平和调度的灵活性，直接影响电力企业的经济效益，同时还将直接决定整个电网的结构。因此如何充分吸收专家意见对影响因素进行全面科学的分析，并建立一个科学合理的配电网通道综合评价系统对配电网规划设计进行科学的决策就显得至关重要。
随着计算机技术、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、虚拟现实（Virtuai Reality）等技术的兴起，它们为配电网规划与管理提供了新的技术与手段，到目前为止，GIS、ACD、RS在配电网规划与管理中已得到了较为广泛的应用，但规划及设计结果可视化、图形变现能力、交互功能、评价其设计结果与环境的协调的关系较低，而作为刚兴起的VR技术，可以大大改善上述问题，为配电网建立一个虚拟的三维模型。
本文简要分析了配电网规划与设计的研究现状、内容、目标及未来的发展趋势，配电网规划与设计的研究，不仅提高了配电网的管理水平，还为智能配电网技术的发展做了技术储备。该项目的运用实践证明，为配电网规划与设计管理提供了强有力的支持和方便的平台，基本满足配电网规划与设计管理的需要，提高了规划与设计的质量及效率。
1、虚拟现实（Virtuai Reality）技术简述
虚拟现实是一种新兴的，极有应用前景的，是传感器技术、计算机技术、网络技术与人机对话技术相结合的一个高新技术领域。VR技术作为一门复杂的技术，虽然从不同的角度有着不同的特点，但其实质就是利用计算机生成一个以三维视觉、听觉和触觉的环境，使用户利用系统提供人机对话工具，同虚拟环境中的物体进行交互操作，使用户仿佛置身于现实环境中。
传统的信息处理环境一直是人“适应”计算机，而我们的目标是要逐步使计算机“适应”人，从过去人只能从计算机系统的外部去观测计算机的处理结果，到人能够沉浸到计算机系统所制造的环境之中；从过去人只能通过键盘、鼠标与计算机环境中的单维数字化信息发生交互作用，到人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，从而达到身临其境的体验。这种信息化处理系统已不再是建立在单维的数字化空间上，而是建立在一个多维的信息空间中。
2、国内外研究现状
在过去的几年，传统人工模型在三维GIS系统中的应用已经非常常见，但存在不够真实、建模速度慢、人工成本高等缺点，随着科技的进步，人们对于再现真实世界的需求不断变得强烈，2012年基于点云计算的全自动建模在全球迅速发展，倾斜摄影技术也随之得到提高，从空间地理信息产业的未来发展趋势来看，革命性的观点认为倾斜摄影自动建模是一系列革命性的三维建模技术的开端，Astrium公司2012年推出的全自动三维模型处理系统，作为海量航空航天遥感影像自动处理系统，像素工厂产品线的一个延伸产品，它能够快速、全自动地处理倾斜影像，在极少人工干预的情况下提取高精度的真实三维模型，代表了当今市场上最先进的三维建模技术, 同时，也将三维建模时间从传统方式的以周计算提升到现在的以小时计算，大幅提升了三维模型的生产力。受益于独有的高精度传感器模型和基于GPU的并行处理能力，它支持自动地处理来自于任何平台和任何相机的大量影像，快速地在几小时内完成处理，提供：经过完全纠正的、没有变形的分幅影像；高精度3维纹理数据库；细节复杂的屋顶也可实现真实的3维表现。
2015年，随无人机技术发展，全景三维拍摄及自动建模在效率上得到了极大提升，在全球范围内得到了广泛应用。美国Pictometry公司推出Pictometry倾斜影像41测绘与空间地理信息,2016年法国Infoterra公司的像素工厂、徕卡公司的LPS工作站、AeroMap公司的MultiVision系统、Intergraph公司的DMC系统、Astrium公司StreetFactory系统等点云技术软件，被充分运用于倾斜摄影自动建模，在城市道路、建筑规划，电力线路规划等行业开展应用。
3、研究内容
VR(Virtual Reality，即虚拟现实，简称VR)，其具体内涵是:综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。其中，计算机生成的、可交互的三维环境成为虚拟环境(即Virtual Environment，简称VE)。
1.海量三维数据处理技术
海量三维数据处理技术海量数据的大范围三维场景的速漫游的实现，主要受于以下几个因素：
（１）几何数据的数据量庞大；
（２）纹理数据的数据量庞大；
（３）地物繁多。
对管理大数据量的最行之有效的办法是数据分块技术。基于数据分块的思想，并利用多级纹理交换、多级几何模型、数据分块管理等技术，实现海量数据的三维场景实时漫游。
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2.多级纹理交换技术
多级纹理交换技术纹理贴图对于三维场景的真实重现起着举足轻重的作用。正射影像、房屋墙壁等都是使用纹理贴图实现的。一般来说，在三维场景中，纹理图像的数据要占该场景所有数据量的９０％甚至更多，如果解决好了纹理数据的问题，海量数据场景的管理和漫游问题也就迎刃而解。
为了解决以上问题，采用“多级纹理交换”技术。该技术主导思想如下：
（１）将场景中使用到的纹理拼合成为大小一致的纹理块；
（２）为每块纹理生成５个细节等级的纹理，分别为０、１、２、３、４，其中１级纹理通过０级纹理１／４压缩得到，２级纹理通过１级纹理１／４压缩得到，……，依次类推；
（３）在显示每个物体之前，计算该物体最终在屏幕上成像的大小，并以此决定该使用那一级的纹理；
在内存中建立纹理缓冲池，使用ＬＲＵ算法进行纹理块的调度，确保使用频率高的纹理调度次数尽可能少。
3.照片点云建模
基于图像的建模和绘制是当前计算机图形学界一个极其活跃的研究领域。同传统的基于几何的建模和绘制相比，IBMR技术具有许多独特的优点。
基于图像的建模和绘制技术给我们提供了获得照片真实感的一种最自然的方式，采用IBMR技术，建模变得更快、更方便，可以获得很高的绘制速度和高度的真实感。IBMR的最新研究进展已经取得了许多丰硕的成果，并有可能从根本上三种建模方式对比改变我们对计算机图形学的认识和理念。由于图像本身包含着丰富的场景信息，自然容易从图像获得照片般逼真的场景模型。基于图像的建模的主要目的是由二维图像恢复景物的三维几何结构。由二维图像恢复景物的三维形体原先属于计算机图形学和计算机视觉方面的内容。
4.虚拟现实技术
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
4、研究目的和实现目标
本项目提出利用图形图像点云计算技术，直接对倾斜摄影图像进行自动解析，生成可在地理信息系统中直接叠加的3D模型，以高清晰、高精度的全景三维地图展示出最真实的现场情况，并与VR向结合达到虚拟现实应用，提升配电网规划效率及质量，辅助规划人员开展最精准的规划工作，打破传统规划及可研的业务壁垒，完善现有配电网规划技术手段，实现配电网规划的有效性、前瞻性和真实性。
本项目研究完成后，由项目申请单位牵头、项目协作单位配合完成项目后期的推广应用。项目的实施增强了各级管理人员的监控能力，管理人员可实时、全面掌控各项目的状态，及时发现问题并解决问题，降低项目风险，在网络化的协同办公平台上，极大的提高了工作效率。
本研究成果推广应用后，将大大提升配电网管理人员水平，提升配电网规划与设计质量，减轻设计人员的负担，为实现建设智能、高效、可靠、绿色电网奠定基础。
5、VR技术在配电网规划与设计应用中的意义
配电网规划与设计将一座城市的道路、居民点、建筑、商业网点等大量信息建成数据库，并变换成虚拟现实系统，然后规划方案通过虚拟现实系统进入该虚拟境界，通过规划人员亲身观察和体验，认识、判断不同主导因素作用下各种规划方案的优劣，并辅助最终决策。VR技术的这些应用，就为配电网规划与设计人员提供了全新技术手段的支持。
在配电网规划与设计中，虚拟现实技术作为一个很好的展示工具，其可以将方案设计制作成三维动画，使管理人员更加直观的了解设计方案的思想，因为虚拟现实技术具备前瞻性与交互性，避免了由于规划的失误造成项目的重建，节约了大量的资源，推动了配电网的发展。
很显然，借助于虚拟现实技术，无须规划方案的真正实施，就能先期检验该规划方案的实施效果，即是否能达到社会、经济、生态最佳综合效益，景观协调，并可以反复修改和辅助，供管理人员提供决策，最终决策方案的制定施行。
结束语：
VR技术在配电网中的应用，随着其应用的深度和广度的加大，对配电网将产生愈来愈大的影响，借助于VR技术，配电网规划和管理人员将能更好深化理论研究水平，规划出一个更加合理、更加特色、更加和谐的配电网。
作为一门高新技术，目前虽然VR仍有许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍，但随着各种硬、软件的发展，综合集成能力的不断增强，逼真行、虚拟性和普及型的提高，以及各国对虚拟现实技术投入的加大，在未来虚拟现实技术必将在配电网规划与设计中取得更广泛、更深入的应用，给配电网规划和管理带来重大的变革。
参考文献
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论文作者:杨锐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：技术论文; 虚拟现实论文; 配电网论文; 纹理论文; 建模论文; 计算机论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第15期论文;