【关键词】VR技术；电力工程监理；定位技术；物理仿真

引言

电力工程监理工作对于保障电力工程项目的顺利推进和高质量完成至关重要。VR技术的出现为电力工程监理培训带来了新的契机，它能够创建高度逼真的虚拟环境，让学员在沉浸式体验中更好地掌握监理工作所需的知识和技能。

一、电力工程监理培训系统的基本概念

电力工程监理培训系统是以培养和提高电力工程监理人员必备的相关专业能力和综合素质为目的的培训系统平台，涵盖电力工程监理有关的专业知识、专业技能等全面培训内容，是保障电力工程项目质量管理成效的系统性培训体系[1]。

二、系统架构设计

（一）“激光定位+UWB”

在复杂工业场景中，“激光定位+UWB”是解决高精度定位与广域覆盖之间矛盾的关键技术路径[2]。

1.技术原理

激光定位是一种通过旋转发射激光、采集反射波的方式定位，以实现终端在空间中的高精度定位，但其视距传播限制大、设备及人体遮挡时无法工作。UWB定位采用纳秒级窄脉冲信号传输，通过信号的到达时间和到达时间差定位。其最大的特点是传输通道的穿透能力强、对多径干扰有抑制功能，能够在非视距条件下工作，适用于大型复杂结构且覆盖范围大的环境[3]。

2.系统架构

激光基站需布置于培训室高处，才能形成交叉覆盖。实际应用中，还需重点覆盖精细操作区（如模拟控制屏、断路器操作台等）。UWB锚点则需部署于空间边缘、设备后方等激光信号易被遮挡的位置，形成“补盲”网络。对于VR头显与手柄设备，则需要同时嵌入激光接收传感器与UWB标签，进而实现双模信号同步采集。

（二）硬件层

基于“激光+UWB”融合定位的底层支撑，硬件系统构建三级功能实体。核心硬件组件的功能与性能配置，如表1所示。

（1）定位感知矩阵。由8组激光基站与12个UWB锚点组成空间场域感知网。激光基站（0.05 mm测距精度）布设于训练场顶部桁架，定向覆盖高压设备操作区。UWB锚点（30 cm穿透能力）部署于模拟变电站构架内侧，形成遮挡补偿网络。双模信号通过时空同步控制器整合，输出六自由度位姿数据。

（2）交互终端集群。VR头显设备定制化搭载120°视场角双模透镜，集成激光接收器与UWB标签，支持强电磁环境下的毫米级动作捕捉。力反馈手套手指关节内置16个压力触点位，模拟线缆压接（0～15 N阻力）、隔离开关操作（触感振动频率50 Hz）等真实工况。声场模拟单元基于设备噪声频谱库（110 kV变压器72 dB宽频噪声）生成三维空间音频。

（3）仿真响应中枢。工业级图形服务器搭载多物理场耦合引擎（支持电磁-热-力耦合计算），实时解析操作行为拓扑关系。当绝缘子安装角度偏差达设定阈值（±1°）时，动态模拟电弧发展路径与离子扩散效应（场强大于200 kV/m），同步生成设备状态的连锁响应（开关分合闸延时小于20 ms），精确复现故障演化的能量传递过程。

以断路器操作训练为例，系统交互流程为：学员手套触发分闸指令→UWB系统捕捉手臂动作（即使存在遮挡）→物理引擎实时计算触头分离速度→力反馈装置模拟机构卡滞感→声场系统生成电弧爆鸣声。上述硬件的核心创新价值体现在三点内容上。其一，精准动作捕捉。创新的UWB锚点布局有效克服遮挡干扰，大幅提升定位可靠性。其二，多模态感官协同。力觉与听觉反馈极速响应，高保真还原真实操作感受，促进操作记忆形成。其三，强电磁环境适应性。专业屏蔽设计确保在高压模拟环境中运行高度稳定。

（三）软件层

1.物理引擎

此系统采用Unity DOTS架构，并通过数据导向设计与并行计算技术，进而实现2 000+实体的同步物理交互。