1.实验内容：

1.1基于虚拟现实技术的输电线路施工仿真实验与培训

(1)输电线路施工仿真实验内容

该实验内容服务于电气工程及其自动化专业输电线路工程方向的《输电线路施工技术》课程教学（40学时）、《输电线路施工技术实训》实践教学（1周）和《校企联合培训》实践教学（3周）。

架空输电线路施工是一个复杂的系统工程，其具体的虚拟仿真实验包括如下内容：基础理论知识学习、施工设备结构及工作原理认知、线路各类施工技术仿真操作和事故处理实验、对学生的智能指导和对实验的管理和评估。

1）知识学习

知识学习的主要学习内容是线路施工和运行维护人员所必备的电气、机械及计算机等方面的基础知识。这类知识往往能从教科书上查到。充分利用多媒体技术全方位调动人体感官和思维想象，加速和改善学生对学习的理解就成为实现该功能的主要途径。

2）施工内容及其施工原理认知

输电线路施工内容及其施工原理培训的目的是针对各种工程的施工原理、步骤及其使用设备的结构原理进行教学。为了说明施工内容及其施工原理，可能会用到各种二维平面结构图、动态图、CAD图等。

3）线路各类施工技术仿真操作和事故处理实验

仿真操作和事故处理实验的目的是加深学生对施工规程的理解，提高对事故的处理和应变能力。仿真操作和事故处理实验需要建立一个逼真的仿真环境，在此环境中，学生能监视和控制施工设备的运行，同时完成施工过程中的各种操作。学生通过图形画面，利用鼠标和键盘控制系统的运行，因此需要图形系统的支持。对图形系统有如下要求：第一，图形画面上有可操作点；第二，在学生发出命令后，系统能模拟控制和操作的执行；第三，执行控制和操作后系统信息要反馈给学生控制和操作的执行一般采用事件驱动的办法，即系统存在一个消息队列，每个事件的发生将触发某种消息，通过对消息的处理实现对真实系统的仿真。

4）对学生的智能指导

在仿真操作和事故处理培训过程中，学生需要时，仿真系统应能提供适当的指导。这些指导是智能的，要根据系统的执行状态、运行规程和学生的信息提供是一种智能化在线的帮助。一个完整的智能指导系统往往是一个专家系统。

（5）对实验的管理和评估

培训管理系统针对不同的学习人员提供不同的实验方案，记录他们的实验进程；评估系统根据学生信息、实验内容、历史记录等提供评估报告。

1.2输电线路施工虚拟仿真软件平台

（1）虚拟施工平台

主要是对实际现场施工流程进行仿真。它能根据现场施工流程的变化为设计者评估施工方案或修改原方案提供支持，也将为优化施工过程和改进施工系统提供有关信息。

主要是制订施工方案、具体的生产计划，规划材料、机具等资源需求和对所制定的方案进行评估。除了为评估产品的可生产性提供有关信息外，同时能为工程的竣工提供更为精确的成本信息和工期信息。核心工作主要是通过对施工方案规划与进度计划和质量检验的集成，实现对多工艺方案进行评估以确认最终的合理方案。虚拟施工平台还支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远程虚拟测试、项目生产计划及调度的优化，进行可生产性分析。

（2）虚拟布局平台

施工方案虚拟布局模块,技术人员依据施工方案知识、规则,将虚拟设备库中元素导入到虚拟施工环境中,借助人机协同辅助手段布置虚拟设备和塔材塔片,如通过实时碰撞检测机制保证布局过程的有效性、通过仿射变换实现三维物体的精确平移、缩放、旋转,从而完成多方案的虚拟施工场地布置与设备组织。其原理如图1所示。

图1 虚拟布置原理图

（3）系统软硬件结构

主要由虚拟场景显示模块、施工方案布局模块、动画仿真与控制模块、设备监控模块组成,系统结构及工作原理如图2所示。

图2 虚拟施工系统结构及工作原理图

1.3基于虚拟现实技术的输电线路带电作业仿真实验

(1)带电作业虚拟实验内容

该实验内容服务于电气工程及其自动化专业输电线路工程方向的《架空输电线路运行与检修》课程教学（40学时）、《输电线路运行维护综合实验》实验教学（1周）和《校企联合培训》实践教学（3周）。

该虚拟实验拟通过购买国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司研制开发的带电作业仿真系统进行实验。实验具体内容如下：

1）10kV配电线路单回直线杆更换边相绝缘子

2）110kV输电线路带电修补导线

3）220kV输电线路带电更换导线间隔棒

4）500kV输电线路带电更换耐张单片绝缘子

5）750kV输电线路带电更换耐张任意整串绝缘子

6）1000kV输电线路带电更换直线任意整串绝缘子

3.3国网电力科学研究院电力作业仿真培训系统的应用

国网电力科学院研究的电力作业仿真培训系统以国网电力科学研究院多年电力作业研究成果为基础，将虚拟现实技术引入电力作业领域，搭建软硬件无缝融合的仿真培训平台，覆盖带电作业、运行检修、电力安规等多个电力作业培训领域，具备仿真操作、资料查询、培训管理、在线考试、协同作业、网络比武等功能，具有仿真程度高、交互性强、安全性高等优点。目前已有大量电网公司采用了该培训系统。

培训设备与系统界面如下所示：

2.输电虚拟仿真实验室教学特色

1）输电虚拟实验室设置仿真操作、资料查询、培训管理、在线考试、协同作业、网络比武等功能，具有仿真程度高、交互性强、安全性高等优点。

2）通过建立“理论教学→仿真实践→现场实操”三位一体输电线路工程教学新模式，有效弥补传统理论教学与现场实操的不足，实现两种教学方式之间的平滑过渡，为输电线路工程的教学向标准化、常态化、网络化方向发展奠定了基础。

3）仿真实践以电力作业标准规范为基础制定虚拟实验内容，具有权威性；不同虚拟实验上的两名及以上学生通过网络扮演不同的角色，相互配合完成同一个电力作业项目，具有团队协作性。

3.输电虚拟仿真实验室的设备与管理

输电虚拟仿真实验室的设备与管理见电气工程国家虚拟仿真实验中心【网址：http://sdzfz.ctgu.edu.cn/】。