一種基于三維的鋼鐵企業煤氣自動預警可視化系統設計與實現明

平壽 譚子琦 張靜波 張夢輝 熊嘉誠

摘要：為提高鋼鐵企業對煤氣安全的管控效率，設計了一套基于三維可視化方式的自動預警系統。采用三維建模技術建立1∶1比例的全廠三維模型，并將煤氣報警器、排水器、閥門、攝像頭等設備按真實位置部署在三維模型中，同時系統又接入煤氣濃度、煤氣壓力和流量、人員定位等數據，并與視頻系統進行對接;系統通過對煤氣濃度數據、煤氣柜柜容等數據進行實時監測與分析，當檢測到異常情況時，系統在全廠三維場景中自動定位到隱患點并高亮顯示，聯動周邊排水器、閥門等煤氣附屬設施，同時系統會調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已在鄂鋼、韶鋼等鋼廠運營使用，獲得了業主的好評。本系統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動，提高煤氣安全管理水平。

關鍵詞：三維可視化;煤氣報警;煤氣管網;人員定位;信息聯動

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、轉爐煤氣和混合煤氣[1-2]。各類煤氣在全廠范圍內通過管網輸送到不同工序用戶側使用，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控主線，杜絕煤氣中毒事故和煤氣爆炸事故，發展智慧鋼鐵智能制造，是鋼鐵企業重點建設內容。

許多鋼鐵企業管理部門之間信息不互通，缺少統一的可視化支撐系統。一方面，現場采集到的數據，往往讓其存儲在數據庫中成為歷史，未做實時性分析，或用文本的形式呈現，數據不直觀;另一方面，現在采集的數據，種類較多，企業在使用時，各類數據獨立使用，忽略了數據之前的相關性，缺乏信息的聯動，不能充分挖掘數據信息。

本系統采用B/S架構，綜合利用地理空間信息技術[4-5]、視頻監控技術、物聯網技術[6]、定位技術等技術，實現全廠煤氣在三維模型中的自動預警。賦予煤氣報警器、閥門、攝像頭等設備地理屬性，利用信息之間的關聯性，結合緩沖區分析，實現報警的聯動展示。

1 系統總體設計方案

遵循鋼鐵企業集約化和節約化指導原則，統一規劃、分步實施[7-10]。在對項目的建設條件和需求進行充分調查分析的基礎上，以風險監控為主線開發鋼鐵企業煤氣安全自動預警可視化系統，滿足煉鐵、煉鋼、能源等部門安全生產的需求。同時，對目前已建的或在建的系統進行調研，避免功能模塊重復建設[11-14]。系統需具備共享、開放、可擴展能力，方便未來系統升級和功能擴展，設計了如圖1所示的系統架構。

預警可視化系統架構包括基礎設施層、平臺服務層、可視化應用層。基礎設施層包括：主機網絡資源、視頻、定位等硬件設施。平臺服務層包括：時空信息基礎服務平臺、位置服務系統、視頻系統，時空信息基礎服務平臺[7]能夠為可視化應用層提供地理信息資源服務，如：三維地圖數據服務、接口服務、開發示例等;位置服務可以為可視化應用層提供位置信息;視頻系統可以為可視化應用層提供視頻資源和視頻智能分析結果。可視化應用層是面向用戶的網站，直接向用戶提供具體的功能實現。

2 系統功能

2.1 煤氣監測預警模塊

針對煤氣管網重點關注區域和監測點位進行能源實時數據的可視化展現，使現場人員可以通過可視化的方式直觀的了解各能源管網的實時狀態，結合實時氣象數據，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與運維。

2.2 煤氣作業人員安全防護模塊

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

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，用于實現在三維中展示系統識別到的隱患。

2.4 煤氣可視化聯動模塊

煤氣安全可視化聯動模塊包括煤氣報警器可視化聯動單元，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中的隱患，并根據隱患等級，與隱患點周邊的人員、重要設備進行聯動。

3 應用案例

煤氣安全自動預警可視化系統已在多個鋼廠上線運營，本節以在寶武集團鄂城鋼鐵有限公司的應用為例。鄂鋼煤氣安全自動預警可視化系統經歷了三維建模、整合數據、定制研發、測試運營幾個階段。

下文展示了可視化系統的部分截圖。

圖2為電子圍欄效果：該電子圍欄會實時監控廠區內人員分布情況，發現人員異常闖入，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 結論

本文針對鋼鐵企業的煤氣安全管理需求，基于三維模型，綜合利用物聯網在內的多種技術，給出了鋼鐵企業煤氣安全自動預警可視化系統的設計與應用實例。本文設計的系統，為鋼鐵企業提供煤氣可視化管理，提高決策能力。將各對象的基礎地理信息及業務數據進行虛擬還原，讓管理部門能夠直觀的對所有數據信息進行可視化管理，節約企業管理成本。改變傳統抽象的圖紙，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，提高應急救援的時效性和準確性，達到集中監測、減少應急處置時間或者實時掌控隱患信息。

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