基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)

柯元俊 顏曉青 沈陽 梁爭光 顧華杰

危險貨物指具有易燃、爆炸、腐蝕、毒害、放射等危險性質(zhì)，容易造成人身傷亡、環(huán)境污染和財產(chǎn)損失，需要在運輸、裝卸和儲存過程中采取特殊防護措施的貨物。按照《國際海運危險貨物規(guī)則》的規(guī)定，危險貨物分為爆炸品、氣體、易燃液體、易燃固體、氧化物和有機過氧化物、毒性和感染性物質(zhì)、放射性物質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)、雜類危險物質(zhì)和物品等類別，其中較為常見的危險貨物有2 200多種。由于集裝箱運輸具有安全、高效、便利等優(yōu)點，全球約有76.2%的危險化學品貨物采用集裝箱運輸方式，我國沿海港口危險貨物集裝箱吞吐量約占外貿(mào)集裝箱吞吐總量的3.3%。由此可見，研究新型危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)，提升危險貨物集裝箱堆場的智能化水平、監(jiān)管能力和安全系數(shù)，具有十分重要的意義。本文針對傳統(tǒng)危險貨物集裝箱堆場存在的安全隱患，結(jié)合危險貨物集裝箱堆場智能監(jiān)管、智能堆存、應(yīng)急響應(yīng)等業(yè)務(wù)需求，研究基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)。

1 研究目的

（1）消除管理盲點。傳統(tǒng)危險貨物集裝箱堆場布局混亂，拆箱后的危險貨物往往與集裝箱混堆，不僅不便于管理，而且容易造成安全事故?；谌S虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)采用數(shù)字技術(shù)，能夠根據(jù)危險貨物的性質(zhì)對其采取堆場堆存或倉庫堆存方式，并根據(jù)需要以三維方式顯隱，從而實現(xiàn)危險貨物集裝箱堆場管理智能化，消除管理盲點。

（2）消除監(jiān)控盲點。傳統(tǒng)危險貨物集裝箱堆場的監(jiān)控方式以視頻監(jiān)控為主，由于監(jiān)控手段單一，難以有效防止安全事故。基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，增加對溫度、氣體和煙霧的監(jiān)控，并以三維方式全方位展示受監(jiān)控的貨物，從而消除監(jiān)控盲點。

（3）消除響應(yīng)盲點。由于危險貨物種類繁多，危險貨物集裝箱堆場安全事故應(yīng)急響應(yīng)方案也較為復(fù)雜，如果單純依賴人工判斷和決策，難免發(fā)生滯后響應(yīng)或錯誤響應(yīng)的情況，從而可能引發(fā)二次事故。基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)能夠?qū)ξｋU貨物性質(zhì)進行智能分析，預(yù)測可能發(fā)生的事故，并在事故發(fā)生時將相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)方案推送至現(xiàn)場工作人員，從而輔助現(xiàn)場工作人員作出正確的判斷和決策，避免發(fā)生處置不及時或處置不當?shù)那闆r。此外，該系統(tǒng)還可以輔助消防人員進行消防預(yù)演，提升消防人員應(yīng)急救援響應(yīng)能力。

2 技術(shù)特點

基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)采用三維虛擬現(xiàn)實、機器視覺、傳感器、無線通信、數(shù)據(jù)庫、衛(wèi)星定位等技術(shù)，并結(jié)合人工智能算法，能夠輔助現(xiàn)場工作人員更加精確、高效、科學地對危險貨物集裝箱堆場實施監(jiān)控、管理和響應(yīng)，彌補了傳統(tǒng)危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)在呈現(xiàn)形式、實時性、易用性、交互性、全面性和信息化等方面的不足。該系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點。

（1）三維的呈現(xiàn)形式。該系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌愋秃统叽绲奈ｋU貨物集裝箱以及拆箱后的危險貨物實現(xiàn)模型構(gòu)建和三維渲染呈現(xiàn)，并以等比例還原展示堆場內(nèi)的所有建筑物、設(shè)備設(shè)施、道路和地形環(huán)境等，從而為監(jiān)管人員提供逼真的虛擬監(jiān)管環(huán)境。

（2）多維的實時監(jiān)管。該系統(tǒng)對接現(xiàn)有主要的監(jiān)控和報警裝置，包括監(jiān)控攝像機、煙霧傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器和周界報警系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對危險貨物集裝箱堆場的多維監(jiān)管，并通過即時通信和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時更新監(jiān)管數(shù)據(jù)，對相關(guān)事件作出及時響應(yīng)和處理。

（3）專業(yè)的信息提示。該系統(tǒng)內(nèi)置專業(yè)的危險貨物集裝箱監(jiān)管知識庫，覆蓋九大類別以及聯(lián)合國危險貨物編號下的所有危險貨物，不僅能夠按照危險貨物類別或聯(lián)合國危險貨物編號來檢索、查詢集裝箱的位置和相關(guān)信息，而且能夠生成相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)信息并顯示在系統(tǒng)界面上，輔助監(jiān)管人員及時采取正確的應(yīng)急響應(yīng)措施。

（4）友好的交互設(shè)計。該系統(tǒng)能夠直觀呈現(xiàn)三維場景信息，簡化操作流程，使監(jiān)管人員快速、便捷地完成監(jiān)管操作。在操作工具的選擇上，監(jiān)管人員可以根據(jù)個人習慣選擇鼠標、鍵盤或搖桿等設(shè)備完成相應(yīng)操作。

3 系統(tǒng)架構(gòu)和功能

基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)根據(jù)危險貨物集裝箱堆場的業(yè)務(wù)需求而研發(fā)，分為業(yè)務(wù)管理、多維監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)等三大模塊。

業(yè)務(wù)管理模塊可實現(xiàn)堆場堆存管理、倉庫堆存管理、設(shè)備設(shè)施標識管理等功能，其中：堆場堆存管理功能包括堆場集裝箱信息三維呈現(xiàn)、不同類別危險貨物區(qū)別顯示、集裝箱快速查詢、監(jiān)管區(qū)域快速定位、多層集裝箱檢索、懸空集裝箱檢索、危險貨物性質(zhì)檢索、海關(guān)監(jiān)管區(qū)切換等;倉庫堆存管理功能包括倉庫危險貨物信息三維呈現(xiàn)、倉庫屋頂顯隱、倉庫危險貨物統(tǒng)計、危險貨物性質(zhì)檢索等;設(shè)備設(shè)施標識管理功能包括消防噴淋等設(shè)施三維呈現(xiàn)以及對道口、關(guān)鍵道路、辦公樓、工作場所等作箭頭標識。系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中在場危險貨物集裝箱信息，在虛擬場景中生成集裝箱模型，并定時更新集裝箱信息，使集裝箱的數(shù)量、外觀、尺寸、位置等數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保持一致，以確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性。通過觀察系統(tǒng)三維虛擬場景中的危險貨物集裝箱堆存情況，監(jiān)管人員可及時發(fā)現(xiàn)堆存管理存在的問題。

多維監(jiān)控模塊可實現(xiàn)虛實結(jié)合視頻監(jiān)控、冷藏集裝箱溫度監(jiān)控、火災(zāi)煙霧監(jiān)控、倉庫氣體監(jiān)控、電子周界監(jiān)控等功能，其中：虛實結(jié)合視頻監(jiān)控功能包括堆場監(jiān)控攝像機查詢、虛擬位置監(jiān)控視頻調(diào)取和虛擬巡更等;冷藏集裝箱溫度監(jiān)控、火災(zāi)煙霧監(jiān)控、倉庫氣體監(jiān)控、電子周界監(jiān)控等功能主要通過布置相應(yīng)的傳感器實現(xiàn)。由此可見，多維監(jiān)控模塊根據(jù)不同的監(jiān)控需求，布置多種監(jiān)控和報警裝置，輔助監(jiān)管人員對危險貨物集裝箱堆場實施全方位監(jiān)控，確保堆場時刻處于安全狀態(tài)。

應(yīng)急響應(yīng)模塊可實現(xiàn)事故響應(yīng)和消防預(yù)演功能，其中：事故響應(yīng)功能包括火災(zāi)事故應(yīng)急響應(yīng)方案檢索、泄漏事故應(yīng)急響應(yīng)方案檢索、事故報警短信推送、事故發(fā)生時危險貨物集裝箱智能顯隱、事故發(fā)生時應(yīng)急響應(yīng)方案智能生成、指令自動發(fā)送等，從而便于監(jiān)管人員針對不同事故及時采取正確的應(yīng)急響應(yīng)措施;消防預(yù)演功能可模擬火災(zāi)生成、火災(zāi)撲滅、火災(zāi)危險警戒圈生成等場景，輔助消防人員實施消防預(yù)演。

4 結(jié)束語

危險貨物集裝箱堆場作為集裝箱碼頭的重要組成部分，其管理系統(tǒng)卻未能緊跟集裝箱碼頭自動化和智能化的發(fā)展步伐，這與危險貨物集裝箱堆場的管理需求不符?；谌S虛擬現(xiàn)實技術(shù)的危險貨物集裝箱堆場管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對危險貨物集裝箱堆場的全方位監(jiān)控和智能管理，有助于提升危險貨物集裝箱堆場管理水平。三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)在危險貨物集裝箱堆場管理領(lǐng)域的應(yīng)用，將成為未來危險貨物集裝箱堆場發(fā)展的必然趨勢。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-01-15）