一種基于三維的鋼鐵企業(yè)煤氣自動預警可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)明

平壽 譚子琦 張靜波 張夢輝 熊嘉誠

摘要：為提高鋼鐵企業(yè)對煤氣安全的管控效率，設(shè)計了一套基于三維可視化方式的自動預警系統(tǒng)。采用三維建模技術(shù)建立1∶1比例的全廠三維模型，并將煤氣報警器、排水器、閥門、攝像頭等設(shè)備按真實位置部署在三維模型中，同時系統(tǒng)又接入煤氣濃度、煤氣壓力和流量、人員定位等數(shù)據(jù)，并與視頻系統(tǒng)進行對接;系統(tǒng)通過對煤氣濃度數(shù)據(jù)、煤氣柜柜容等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測與分析，當檢測到異常情況時，系統(tǒng)在全廠三維場景中自動定位到隱患點并高亮顯示，聯(lián)動周邊排水器、閥門等煤氣附屬設(shè)施，同時系統(tǒng)會調(diào)出附近攝像頭視頻信息，供煤氣安全管理人員展示。煤氣安全預警可視化系統(tǒng)已在鄂鋼、韶鋼等鋼廠運營使用，獲得了業(yè)主的好評。本系統(tǒng)將鋼廠的煤氣安全管理從二維提升到三維，并將孤立信息進行聯(lián)動，提高煤氣安全管理水平。

關(guān)鍵詞：三維可視化;煤氣報警;煤氣管網(wǎng);人員定位;信息聯(lián)動

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）08-0143-03

0 引言

鋼鐵冶煉是一個復雜的物理變化與化學變化過程，涉及到多種工序，從礦石到成型鋼鐵整個生命周期中，伴生或使用高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和混合煤氣[1-2]。各類煤氣在全廠范圍內(nèi)通過管網(wǎng)輸送到不同工序用戶側(cè)使用，或存儲在特定煤氣柜中作為備用。四類煤氣含有高毒性[3]，煤氣安全始終貫穿鋼廠風險監(jiān)控主線，杜絕煤氣中毒事故和煤氣爆炸事故，發(fā)展智慧鋼鐵智能制造，是鋼鐵企業(yè)重點建設(shè)內(nèi)容。

許多鋼鐵企業(yè)管理部門之間信息不互通，缺少統(tǒng)一的可視化支撐系統(tǒng)。一方面，現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，往往讓其存儲在數(shù)據(jù)庫中成為歷史，未做實時性分析，或用文本的形式呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)不直觀;另一方面，現(xiàn)在采集的數(shù)據(jù)，種類較多，企業(yè)在使用時，各類數(shù)據(jù)獨立使用，忽略了數(shù)據(jù)之前的相關(guān)性，缺乏信息的聯(lián)動，不能充分挖掘數(shù)據(jù)信息。

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，綜合利用地理空間信息技術(shù)[4-5]、視頻監(jiān)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[6]、定位技術(shù)等技術(shù)，實現(xiàn)全廠煤氣在三維模型中的自動預警。賦予煤氣報警器、閥門、攝像頭等設(shè)備地理屬性，利用信息之間的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合緩沖區(qū)分析，實現(xiàn)報警的聯(lián)動展示。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

遵循鋼鐵企業(yè)集約化和節(jié)約化指導原則，統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施[7-10]。在對項目的建設(shè)條件和需求進行充分調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，以風險監(jiān)控為主線開發(fā)鋼鐵企業(yè)煤氣安全自動預警可視化系統(tǒng)，滿足煉鐵、煉鋼、能源等部門安全生產(chǎn)的需求。同時，對目前已建的或在建的系統(tǒng)進行調(diào)研，避免功能模塊重復建設(shè)[11-14]。系統(tǒng)需具備共享、開放、可擴展能力，方便未來系統(tǒng)升級和功能擴展，設(shè)計了如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)。

預警可視化系統(tǒng)架構(gòu)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺服務(wù)層、可視化應(yīng)用層?；A(chǔ)設(shè)施層包括：主機網(wǎng)絡(luò)資源、視頻、定位等硬件設(shè)施。平臺服務(wù)層包括：時空信息基礎(chǔ)服務(wù)平臺、位置服務(wù)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)，時空信息基礎(chǔ)服務(wù)平臺[7]能夠為可視化應(yīng)用層提供地理信息資源服務(wù)，如：三維地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、接口服務(wù)、開發(fā)示例等;位置服務(wù)可以為可視化應(yīng)用層提供位置信息;視頻系統(tǒng)可以為可視化應(yīng)用層提供視頻資源和視頻智能分析結(jié)果?？梢暬瘧?yīng)用層是面向用戶的網(wǎng)站，直接向用戶提供具體的功能實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 煤氣監(jiān)測預警模塊

針對煤氣管網(wǎng)重點關(guān)注區(qū)域和監(jiān)測點位進行能源實時數(shù)據(jù)的可視化展現(xiàn)，使現(xiàn)場人員可以通過可視化的方式直觀的了解各能源管網(wǎng)的實時狀態(tài)，結(jié)合實時氣象數(shù)據(jù)，掌握各計量點位的準確位置，強化煤氣能源信息的空間感、位置感，輔助煤氣管理的生產(chǎn)與運維。

2.2 煤氣作業(yè)人員安全防護模塊

通過對煤氣現(xiàn)場作業(yè)人員佩戴定位手環(huán)，實時獲取人員定位數(shù)據(jù)，定時采集人員心率狀態(tài)，并通過可視化平臺展示人員現(xiàn)場分布情況和實時狀態(tài)。通過平臺對手環(huán)進行遠程響鈴，提醒作業(yè)人員注意安全防護。輔助管理人員對現(xiàn)場作業(yè)人員進行全面掌控。

2.3 煤氣風險因素可視化模塊

煤氣風險因素可視化模塊包括煤氣風險因素辨識可視化單元，煤氣泄漏監(jiān)測可視化預警單元，排水器巡檢事故處理單元，重點閥門周邊信息查詢單元，用于實現(xiàn)在三維中展示系統(tǒng)識別到的隱患。

2.4 煤氣可視化聯(lián)動模塊

煤氣安全可視化聯(lián)動模塊包括煤氣報警器可視化聯(lián)動單元，排水器泄漏事故處理單元，煤氣放散周邊人員展示單元，用于自動識別多類鋼鐵企業(yè)中的隱患，并根據(jù)隱患等級，與隱患點周邊的人員、重要設(shè)備進行聯(lián)動。

3 應(yīng)用案例

煤氣安全自動預警可視化系統(tǒng)已在多個鋼廠上線運營，本節(jié)以在寶武集團鄂城鋼鐵有限公司的應(yīng)用為例。鄂鋼煤氣安全自動預警可視化系統(tǒng)經(jīng)歷了三維建模、整合數(shù)據(jù)、定制研發(fā)、測試運營幾個階段。

下文展示了可視化系統(tǒng)的部分截圖。

圖2為電子圍欄效果：該電子圍欄會實時監(jiān)控廠區(qū)內(nèi)人員分布情況，發(fā)現(xiàn)人員異常闖入，及時報警。

圖3為風險因素一張圖：自動生成煤氣管網(wǎng)風險清單和問題清單，對于問題點進行直觀標識。圖中包含的信息有各風險因素和問題點的實際分布位置信息、風險清單和問題清單信息。

4 結(jié)論

本文針對鋼鐵企業(yè)的煤氣安全管理需求，基于三維模型，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多種技術(shù)，給出了鋼鐵企業(yè)煤氣安全自動預警可視化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用實例。本文設(shè)計的系統(tǒng)，為鋼鐵企業(yè)提供煤氣可視化管理，提高決策能力。將各對象的基礎(chǔ)地理信息及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行虛擬還原，讓管理部門能夠直觀的對所有數(shù)據(jù)信息進行可視化管理，節(jié)約企業(yè)管理成本。改變傳統(tǒng)抽象的圖紙，提供直觀、真實的三維模型，為能源管理、人員管理、設(shè)備管理、安全管控提供支持，提高管控效率。準確定位檢測位置，及時了解故障點，提高應(yīng)急預案制定的科學性;縮短在緊急情況下信息的獲取時間，提高應(yīng)急救援的時效性和準確性，達到集中監(jiān)測、減少應(yīng)急處置時間或者實時掌控隱患信息。

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