来源：第三维度
    作者：胡剑锋,李可，周季峰
    单位：南京南瑞继保电气有限公司

    摘要： PCS-9000集控站交互式仿真培训系统基于Sophic分布式实时库平台和OSG2.8开发包开发，实现了从监控、二次屏柜到一次设备的全方位培训。本文介绍了该系统在提高漫游的方便性、灵活定位设备、灵活仿真故障以及灵活设置设备的缺陷等方面的技术实现。

     1.引言

    集控站仿真培训是提高集控站运行操作人员素质、保证电力系统安全稳定运行的重要手段之一，要求能够实现变电站人员的常规操作培训和故障处理演练。目前集控站仿真培训系统通过采用3D虚拟技术，基本都实现了一次设备场景和监控的仿真，在功能上能够满足培训要求，其低培训成本和模拟现实的效果，都被业内人士所看好。但是经过与用户的沟通后发现，培训系统实际投运后的使用效果却不尽于人意，一般只限于技能考核，甚至有只当做摆设，没有获得其应有的经济效益。经过调查，发现一次设备培训部分存在操作方便性的不足、数值量的显示缺乏以及故障体现不够灵活等缺陷，影响了用户将其当做主要培训手段的决心。PCS-9000集控站仿真培训系统覆盖监控系统、二次屏柜和一次设备的全部培训环节，本系统在满足基本培训功能的基础上改进了场景巡视的方便性，并且丰富了温度、档位等数值量的显示，故障表现形式多样化，且可以在一次场景内的任何位置设置，提高了系统的实用性。本文主要介绍这些功能的技术实现，希望能够和大家共同探讨。

    2. 系统结构简介

    本系统基于Sophic分布式实时库平台开发，在平台基础上开发了监控仿真、二次屏柜仿真和三维一次设备仿真，并以教员和学员两种节点类型进行分布式部署。教员和学员节点之间通过Sophic平台共享SCADA仿真数据和传送消息。教员在教员节点上设置仿真数据和教案，并控制培训的进程，记录培训数据，最后对培训结果进行评分。学员在学员机上的3D仿真工具上完成监控、二次设备以及一次设备的操作培训。如下图所示。本文将着重介绍一次设备仿真部分的几个重要功能的实现。

 
图1系统架构

    3. 一次设备仿真程序结构

    一次设备仿真程序主要实现一次设备和故障展示，提供鼠标和方向键漫游，提供鹰眼图和设备定位功能，为教员提供故障点设置功能，为学员提供一次设备的巡视、倒闸、挂牌、验电等操作。教员和学员节点都部署一次设备仿真程序，不同之处在于，教员节点上的一次设备仿真程序可以配置教案中一次场景的故障，学员节点则不能。一次设备仿真程序采用三层结构设计：人机交互接口层采用QT4编写，提供操作的主界面。采用OSG 2.8.2开发包来负责三维场景的管理、天气、漫游控制以及优化处理等，采用Sophic平台来完成设备信息的获取以及操作的执行和记录。如下图所示：

 
图2 仿真运行工具结构

    根据投运和使用过程中用户的反馈可以看出，在一次场景仿真方面的需求，在满足完整的故障模拟培训和倒闸操作过程之外，主要优点集中在如下几个方面：漫游方便、可灵活定位、可灵活模拟故障、可灵活设置缺陷。

    4.漫游与碰撞检测

    在一次设备场景中的漫游，是通过键盘和鼠标的操作来实现的，通过控制摄像机的视点和方向，模拟在真实的场景中的行走。控制摄像机需要从osgGA::MatrixManipulator派生类MOnlineCruise，并将该派生类的一个对象加入到场景的视口osg::Viewer的摄像机控制器中。在派生类MOnlineCruise中，对键盘和鼠标事件进行处理，改变摄像机的视点和方向。

    碰撞检测涉及到两种的情况：

    （1）判断角色是否与前面的物体（设备或建筑物）碰撞；

    （2）保证角色按照地形（地面和楼梯）漫游。在建模时通过配置将物体和地形分别管理，碰撞检测时也分别处理。

    对于第一种情况，遇到与物体的碰撞，则停止移动。通常采用的方法是用单线检测（当前视点与目的视点的连线，与物体是否相交）的方式，这种方式检测速度较快，但是准确性太低，容易造成从设备的缝隙穿过的现象。

    如果采用物理引擎来进行碰撞检测，精确度很高，但是影响效率。从实际要求出发，我们采用双线检测的方法，既保证了速度，也提高了准确性。双线检测的方法是建立两条视线，一条是视点与目的点的连线，一条是视线下方与目的点下方（如50cm）的连线，一旦遇到碰撞，则停止或沿地面改变高度和方向。有了两条线的检测，可以保证基本准确的碰撞检测，避免穿洞而过的现象。

    对于第二种情况，稍微复杂一些，可以选取视点下方与地面接近的某个点以及目的点下方相同位置的点，形成检测线，与前方地形进行检测。如果前方地形是升高，能检测到碰撞，从而改变新视点的高度，以适应地形；如果前方地形是降低的，则检测不到碰撞，视点处于悬空状态，需要再次垂直向下与地面碰撞，找到地面的碰撞点，从而得到新的视点位置。在集控站的一次设备仿真中，为了简化，假设地形都是水平或楼梯，不带斜面，否则地形的碰撞还需要计算碰撞点的法线来确定视点的新位置。

 
图3 碰撞检测示意

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