本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)維培訓(xùn)，具體為一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在電力行業(yè)中，電網(wǎng)維護(hù)是復(fù)雜且具有高風(fēng)險的工作。傳統(tǒng)的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)方式采用實地教學(xué)和教材培訓(xùn)，其方法存在限制。實地教學(xué)成本高、風(fēng)險高，尤其是在極端天氣或緊急情況下的操作培訓(xùn)，此外，教材或視頻培訓(xùn)無法提供真實的操作體驗和反饋，使學(xué)員無法掌握實際操作中的手感和細(xì)節(jié)，同時，電網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)的更新速度快，傳統(tǒng)培訓(xùn)方法無法及時更新內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)員的知識和技能滯后于最新的技術(shù)狀態(tài)。

2、現(xiàn)有的xr培訓(xùn)系統(tǒng)依賴高性能的終端設(shè)備，以保證渲染質(zhì)量和操作流暢性，導(dǎo)致硬件成本較高，此外，xr內(nèi)容的實時性對網(wǎng)絡(luò)要求高，網(wǎng)絡(luò)波動易導(dǎo)致延遲增加或畫面卡頓，影響學(xué)員體驗；

3、傳統(tǒng)的xr培訓(xùn)系統(tǒng)中，虛擬設(shè)備狀態(tài)和任務(wù)設(shè)置多為預(yù)設(shè)的靜態(tài)內(nèi)容，無法及時反映實際電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)變化，缺少實時更新，學(xué)員無法獲得與現(xiàn)實電網(wǎng)狀態(tài)同步的培訓(xùn)內(nèi)容，導(dǎo)致培訓(xùn)內(nèi)容與實際工作脫節(jié)，降低培訓(xùn)效果的真實性；

4、現(xiàn)有的xr培訓(xùn)系統(tǒng)為學(xué)員提供相同的培訓(xùn)路徑和任務(wù)設(shè)置，無法根據(jù)學(xué)員的實際操作水平和學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致個性化，降低，繼而影響學(xué)習(xí)效果；

5、現(xiàn)有的xr培訓(xùn)系統(tǒng)在觸覺和力反饋方面缺乏精確的物理模擬，導(dǎo)致學(xué)員在操作過程中無法獲得與真實電網(wǎng)設(shè)備相似的觸感，同時，環(huán)境因素如溫度、濕度、風(fēng)力等復(fù)雜情境無法模擬，學(xué)員缺乏在復(fù)雜環(huán)境下操作的訓(xùn)練，降低培訓(xùn)的實用性和沉浸感。

6、因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員提供一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，以解決上述提出的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)，包括：

3、云渲染與分發(fā)系統(tǒng)：用于對擴(kuò)展現(xiàn)實場景進(jìn)行渲染，生成實時渲染輸出，且通過邊緣計算節(jié)點和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端設(shè)備，云渲染與分發(fā)系統(tǒng)與實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊和數(shù)據(jù)處理模塊相連接，用于接收設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)及學(xué)員操作行為數(shù)據(jù)，且負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)嵌入渲染場景中，以便實時更新擴(kuò)展現(xiàn)實場景中的虛擬設(shè)備狀態(tài)與學(xué)員交互情況，而確保學(xué)員在終端設(shè)備上看到的場景實時、精準(zhǔn)地反映實際狀態(tài)；

4、數(shù)據(jù)處理模塊：用于采集電網(wǎng)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和過濾，生成電網(wǎng)設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)集，此外，數(shù)據(jù)處理模塊接收且處理學(xué)員的操作行為數(shù)據(jù)，為ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊提供輸入數(shù)據(jù)；

5、實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊：包含數(shù)字孿生技術(shù)模塊，用于將數(shù)據(jù)處理模塊生成的電網(wǎng)設(shè)備實時狀態(tài)數(shù)據(jù)集映射至擴(kuò)展現(xiàn)實場景中的虛擬設(shè)備模型，且通過內(nèi)容管理系統(tǒng)更新培訓(xùn)任務(wù)和故障案例，實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊與云渲染與分發(fā)系統(tǒng)相連接，用于接收設(shè)備的實時數(shù)據(jù)并將其嵌入擴(kuò)展現(xiàn)實場景中，而實現(xiàn)虛擬場景中設(shè)備狀態(tài)的實時更新，此外，實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊確保學(xué)員操作和環(huán)境數(shù)據(jù)的同步傳輸，使場景的內(nèi)容與實際情況保持一致；

6、ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊：根據(jù)學(xué)員的操作行為數(shù)據(jù)和操作精度進(jìn)行分析，生成個性化學(xué)習(xí)路徑，且調(diào)整任務(wù)難度，ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊實時獲取數(shù)據(jù)處理模塊中的行為數(shù)據(jù)，且通過任務(wù)管理模塊推薦相應(yīng)的個性化培訓(xùn)任務(wù)；

7、任務(wù)管理模塊：負(fù)責(zé)管理培訓(xùn)任務(wù)的創(chuàng)建、分配和難度調(diào)整，通過與實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊和ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊連接，依據(jù)電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)和學(xué)員表現(xiàn)生成適應(yīng)性任務(wù)且將其傳送至學(xué)員終端設(shè)備；

8、虛擬現(xiàn)實與物理模擬融合模塊：通過力反饋設(shè)備和物理引擎模擬設(shè)備的重量、摩擦力和操作阻力，虛擬現(xiàn)實與物理模擬融合模塊與云渲染與分發(fā)系統(tǒng)相連接，用于接收實時渲染內(nèi)容且提供力反饋設(shè)備的模擬數(shù)據(jù)。

9、優(yōu)選的，所述云渲染與分發(fā)系統(tǒng)包括：

10、渲染服務(wù)器：負(fù)責(zé)生成擴(kuò)展現(xiàn)實場景的各幀渲染輸出，且對渲染輸出進(jìn)行視頻編碼，渲染服務(wù)器將編碼后的渲染輸出發(fā)送至內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)行緩存和分發(fā)；

11、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)：用于緩存和分發(fā)渲染內(nèi)容，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)接收來自渲染服務(wù)器的編碼渲染內(nèi)容，將其緩存，以便快速響應(yīng)終端請求，同時，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)與邊緣計算節(jié)點保持連接，將渲染內(nèi)容推送至靠近用戶的邊緣節(jié)點以優(yōu)化傳輸延遲；

12、邊緣計算節(jié)點：部署在靠近學(xué)員終端的位置，用于處理低延遲任務(wù)，邊緣計算節(jié)點獲取內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的渲染內(nèi)容，且在必要時進(jìn)行額外的處理，以確保低延遲傳輸，最終將渲染內(nèi)容傳送至學(xué)員終端。

13、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括：

14、數(shù)據(jù)清洗單元，對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，用于過濾異常值且填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理提供可靠的數(shù)據(jù)輸入；

15、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，接收數(shù)據(jù)清洗單元處理的數(shù)據(jù)，將其標(biāo)準(zhǔn)化為統(tǒng)一格式，確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的輸出為數(shù)據(jù)集成單元提供格式化后的數(shù)據(jù)輸入；

16、數(shù)據(jù)集成單元，接收來自數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，將不同傳感器的數(shù)據(jù)整合為統(tǒng)一的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)集，為擴(kuò)展現(xiàn)實場景的實時更新提供完整的設(shè)備狀態(tài)信息。

17、優(yōu)選的，所述實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊的內(nèi)容管理系統(tǒng)包括：

18、培訓(xùn)任務(wù)數(shù)據(jù)庫，用于存儲預(yù)設(shè)的故障案例和操作任務(wù)；

19、動態(tài)任務(wù)更新單元，用于根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的實時狀態(tài)自動生成相應(yīng)的培訓(xùn)任務(wù)；

20、所述實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊通過數(shù)字孿生技術(shù)模塊實現(xiàn)實時狀態(tài)映射。

21、優(yōu)選的，所述ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊包括：

22、行為分析單元，用于根據(jù)學(xué)員的操作行為序列實時計算行為評分s：

23、，

24、其中，為單次操作的評估值，為行為評分，n為操作的總數(shù)，為學(xué)員在任務(wù)中執(zhí)行的第i步驟的具體操作；

25、操作符合標(biāo)準(zhǔn)時，=1，不符合時=0；

26、行為分析單元將計算得到的行為評分傳遞給個性化學(xué)習(xí)路徑生成單元，以用于后續(xù)學(xué)習(xí)路徑的動態(tài)生成；

27、個性化學(xué)習(xí)路徑生成單元，依據(jù)學(xué)員的操作精度和行為評分生成學(xué)習(xí)路徑：，

28、其中，為路徑推薦函數(shù)，為個性化學(xué)習(xí)路徑，為行為評分；

29、個性化學(xué)習(xí)路徑生成單元根據(jù)計算出的行為評分推薦學(xué)員的培訓(xùn)任務(wù)，且將個性化學(xué)習(xí)路徑傳遞至任務(wù)管理模塊，以便將推薦任務(wù)推送至學(xué)員終端。

30、優(yōu)選的，所述任務(wù)管理模塊包括：

31、任務(wù)生成單元，根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)的故障案例生成基礎(chǔ)培訓(xùn)任務(wù)；

32、任務(wù)難度調(diào)整單元，根據(jù)學(xué)員的行為評分和任務(wù)生成單元推薦的學(xué)習(xí)路徑，動態(tài)調(diào)整任務(wù)的難度系數(shù)；

33、任務(wù)分配單元，根據(jù)個性化學(xué)習(xí)路徑和調(diào)整后的任務(wù)難度，將任務(wù)分配給學(xué)員終端；

34、任務(wù)反饋與記錄單元，用于收集學(xué)員在任務(wù)執(zhí)行過程中的反饋和表現(xiàn)數(shù)據(jù)，且將數(shù)據(jù)返回至ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊以進(jìn)一步調(diào)整個性化學(xué)習(xí)路徑。

35、優(yōu)選的，所述任務(wù)生成單元，實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊接收的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成任務(wù)時，依據(jù)設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)集合d和故障案例參數(shù)創(chuàng)建任務(wù)內(nèi)容：

36、，

37、其中，為生成的任務(wù)，為任務(wù)生成函數(shù)，為設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)集合，為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的故障案例參數(shù)；

38、所述任務(wù)難度調(diào)整單元，基于學(xué)員的行為評分s計算任務(wù)的最終難度：

39、，

40、其中，為任務(wù)的基礎(chǔ)難度，為調(diào)整系數(shù)，為學(xué)員的行為評分；

41、若s降低時，任務(wù)難度d自動降低，使任務(wù)更適合當(dāng)前學(xué)員水平；

42、若s增加時，任務(wù)難度d增加，以增加挑戰(zhàn)性。

43、優(yōu)選的，所述虛擬現(xiàn)實與物理模擬融合模塊包括：

44、力反饋單元，用于模擬學(xué)員在操作過程中受到的真實力量和阻力反饋，使虛擬操作中的電網(wǎng)設(shè)備具有真實的力學(xué)特性；

45、觸覺反饋單元，用于提供觸覺反饋，使學(xué)員在虛擬操作中能受到電網(wǎng)設(shè)備的表面特性和振動反饋；

46、高精度物理引擎單元，用于模擬電網(wǎng)設(shè)備的物理特性，使虛擬環(huán)境中的設(shè)備表現(xiàn)出符合實際的物理行為；

47、環(huán)境條件模擬單元，用于模擬不同的環(huán)境條件，學(xué)員能在多種情境下進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備操作。

48、優(yōu)選的，所述力反饋單元，通過力反饋手套或控制器模擬操作時的阻力、拉力和推力的反饋，依據(jù)操作強(qiáng)度調(diào)節(jié)反饋力，力反饋關(guān)系公式：

49、，

50、其中，為反饋力，為反饋力系數(shù)，為操作強(qiáng)度；

51、所述高精度物理引擎單元，基于物理引擎計算設(shè)備的摩擦力、反作用力和重力，使虛擬設(shè)備在操作時具有真實的物理反饋，在模擬電纜連接過程中，設(shè)備的摩擦力計算公式為：

52、，

53、其中，為摩擦系數(shù)，為設(shè)備的重量。

54、一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)方法，包括如下步驟：

55、步驟1、云渲染與分發(fā)系統(tǒng)生成電網(wǎng)維護(hù)場景的高質(zhì)量渲染輸出，且通過邊緣計算節(jié)點和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)將內(nèi)容傳輸?shù)綄W(xué)員的終端設(shè)備，在此過程中，實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊將設(shè)備的實時數(shù)據(jù)嵌入到擴(kuò)展現(xiàn)實場景中，為學(xué)員提供真實的模擬環(huán)境；

56、步驟2、數(shù)據(jù)處理模塊收集電網(wǎng)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)傳感器中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和整合，生成設(shè)備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)集；

57、步驟3、通過實時動態(tài)內(nèi)容更新模塊，系統(tǒng)利用數(shù)字孿生技術(shù)將電網(wǎng)設(shè)備的實時狀態(tài)映射到虛擬設(shè)備模型上，同時，內(nèi)容管理系統(tǒng)調(diào)取預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫中的故障案例和操作任務(wù)，或根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)生成相應(yīng)的培訓(xùn)任務(wù)；

58、步驟4、ai驅(qū)動的智能評估與個性化學(xué)習(xí)路徑模塊通過分析學(xué)員的操作行為和操作精度，對學(xué)員進(jìn)行實時評估，生成個性化學(xué)習(xí)路徑，且根據(jù)學(xué)員的表現(xiàn)，動態(tài)調(diào)整任務(wù)的難度，推薦適應(yīng)性任務(wù)；

59、步驟5、任務(wù)管理模塊根據(jù)學(xué)員的個性化學(xué)習(xí)路徑創(chuàng)建、分配和調(diào)整任務(wù)，結(jié)合設(shè)備的實時狀態(tài)和學(xué)員的表現(xiàn)，動態(tài)生成適應(yīng)性任務(wù)，且將任務(wù)推送到學(xué)員的終端設(shè)備上；

60、步驟6、在培訓(xùn)過程中，虛擬現(xiàn)實與物理模擬融合模塊通過力反饋設(shè)備和物理引擎為學(xué)員提供真實的觸感反饋，同時，觸覺反饋和環(huán)境條件模擬使學(xué)員在多種情境下體驗電網(wǎng)設(shè)備的操作；

61、步驟7、任務(wù)執(zhí)行過程中，任務(wù)管理模塊收集學(xué)員的反饋和操作數(shù)據(jù)，且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絘i驅(qū)動的智能評估模塊，而基于學(xué)員的實時操作表現(xiàn)，系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)路徑和任務(wù)難度；

62、步驟8、虛擬現(xiàn)實與物理模擬融合模塊在學(xué)員操作過程中根據(jù)學(xué)員的操作強(qiáng)度提供力反饋，使虛擬操作具有真實的物理反饋；

63、步驟9、根據(jù)學(xué)員的行為評分和反饋，系統(tǒng)對個性化學(xué)習(xí)路徑和任務(wù)難度進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，使學(xué)員逐步適應(yīng)更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，實現(xiàn)個性化培訓(xùn)的目標(biāo)。

64、本發(fā)明提供一種基于擴(kuò)展現(xiàn)實的電網(wǎng)維護(hù)培訓(xùn)系統(tǒng)及方法。具備以下有益效果：

65、1、本發(fā)明通過基于云的xr服務(wù)顯著降低終端設(shè)備的性能要求，利用云端渲染和邊緣計算結(jié)合內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)高質(zhì)量內(nèi)容的實時渲染和傳輸，在網(wǎng)絡(luò)波動的情況下，能保持低延遲和流暢體驗，而提升系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，降低硬件成本。

66、2、本發(fā)明通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集的電網(wǎng)設(shè)備實時數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理和數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中實時同步電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)，動態(tài)更新培訓(xùn)任務(wù)和故障案例，確保學(xué)員的培訓(xùn)內(nèi)容與實際設(shè)備狀態(tài)保持一致，而極大地提高培訓(xùn)的實時性和真實性，使學(xué)員在虛擬環(huán)境中能接觸到最新的電網(wǎng)運(yùn)行狀況和故障情境。

67、3、本發(fā)明中的ai驅(qū)動模塊通過實時分析學(xué)員的操作行為，計算行為評分，且根據(jù)學(xué)員的表現(xiàn)生成個性化的學(xué)習(xí)路徑和動態(tài)調(diào)整任務(wù)難度，使得學(xué)員的培訓(xùn)內(nèi)容與其當(dāng)前的技能水平相適應(yīng)，實現(xiàn)針對性的培訓(xùn)，提升學(xué)習(xí)效率，確保學(xué)員在適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)水平下不斷進(jìn)步。

68、4、本發(fā)明通過高精度物理引擎、力反饋和觸覺反饋設(shè)備，再現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的真實物理屬性和操作觸感，使學(xué)員在虛擬環(huán)境中獲得與實際操作相似的力量、摩擦力和振動反饋，且通過環(huán)境條件模擬提供多種復(fù)雜情境下的操作訓(xùn)練，而有效提高學(xué)員的操作穩(wěn)定性和應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的能力，增強(qiáng)培訓(xùn)的實用性和沉浸感。