基于三維可視化技術的危化企業監管平臺

金浩

摘要：危化企業監管是政府應急管理中重要的一環，數字孿生和人工智能等信息技術的快速發展給危化企業監管提供了新的手段。危化企業三維可視化監管平臺基于三維引擎和智能物聯，以安防監控、消防監控、生產監控為重點，通過AI視頻分析、多種物聯傳感設備來滿足“多維度、高精準、實時性”的信息感知要求，基于三維GIS平臺整合人、事、物等相關資源，構建空間管理、安全生產、智能安防、應急救援等豐富的業務場景，實現危化企業的數字化監管模式，為管理者提供了一個智能可視化的監管平臺。

關鍵詞：數字孿生；三維可視化；智能物聯；危化企業監管

一、危化企業監管的智能化趨勢

危化企業的安全生產涉及人民財產的安全，為切實加強危險化學品安全生產監管工作，防范遏制各類事故的發生，保持危險化學品安全生產良好運行態勢，需要進一步提升危化企業監管的可視化、數字化、集成化和智能化水平，建設以數字孿生和人工智能為核心的智能可視化監管平臺。平臺與三維可視化相結合，以信息集成、實時監控、預防性告警檢測、應急輔助決策等為建設核心，建立覆蓋應急指揮平臺、大屏端和移動端的企業綜合監管平臺。平臺將數字孿生、物聯網等新一代信息技術與應急管理業務深度融合，全面加強危化企業安全監管，從而實現應急管理信息化跨越式發展，為應急管理信息化建設提供指導[1]。

二、監管目標

（1）支持“企業一張表”的方式查看危化企業所有信息，包括區域分布、危險品物質、人員情況等；（2）基于三維GIS地圖將所有整合的資源進行分類組合和集中呈現，實現所見即所得，支持三維展示；（3）使用“一張圖”數字孿生展示防護目標、危險源、應急所需人員位置、監測監控點位、物資位置、醫療資源等核心資源；（4）使用“一張圖”直觀展示人、車、物等應急資源的軌跡，并可以直接進行調度管理；實現對事件發展動態、應急指揮調度、監測預警數據、救援進展、現場音視頻等信息的跟蹤和展示；（5）基于三維GIS地圖，實現專業研判、協同標繪、輔助決策等應用一鍵啟動，提高事故救援響應效率。

三、系統體系結構設計

危化企業三維可視化監管平臺充分應用物聯感知、數據中臺以及三維可視化技術，根據危化企業的管理需要創建多個可視化應用場景。物聯感知設備包括安防監控設備、消防監控設備和生產監控設備。智能物聯平臺包括各類物聯設備數據的采集、轉換、通信、共享、維護，數據主要由視頻監控數據、門禁道閘數據、消防設施狀態、有毒氣體監測等組成；三維可視化主要用于危化企業業務場景展示，包括企業三維可視化模型展示、AI視頻、設備告警、環境監測、消防設施、企業檔案、安防運營指標等數據。

四、智能物聯平臺

危化企業建設涉及設備種類眾多，以及多系統數據融合互聯互通，因此需要通過智能物聯平臺來高效率、低成本、低門檻解決設備子系統接入難題，向下統一設備接入，向上提供標準接口和應用。智能物聯平臺包含了對物聯設備進行數據采集、數據傳輸和數據處理的全部功能。采用智能物聯平臺，可以更好的滿足未來系統的擴充，對危化企業更豐富的業務場景建設預留了基礎能力。

平臺可通過多種方式進行數據采集，如Modbus、PLC、SCADA等，并支持第三方私有協議開發，對不同廠商、不同設備進行統一接入以及統一管理。

根據設備類型、數據傳輸量、數據傳輸頻率、數據保密要求等需要采用不同數據傳輸方式，目前常用的方式有：GPRS/4G/5G、NB-IoT、RS232/485、Lora、Wifi和局域網。

物聯平臺為設備安全可靠的通信能力提供保障，向下支持多協議適配，連接海量設備，提供設備管理、遠程調試和狀態監控。向上提供可視化規則引擎，支持數據流轉，并通過動態API方式為可視化平臺提供接口支持。

五、三維可視化平臺

（一）三維引擎

目前常用的三維引擎有U3D、UE4、Three.js、Cesium.js等，Cesium作為開源的三維 GIS 地圖引擎，可以滿足跨瀏覽器、跨平臺的要求，對于輕量級應用場景的項目來說具有成本低、效率高的優勢[2]。Cesium.js是一個開源的前端js庫，可以用來構建世界級的三維地理空間應用程序，開發三維地圖頁面或渲染3D城市建模。Cesium.js能用于編程，構建三維web或移動端的前端渲染展示，能展示矢量要素模型，也能3D攝影測量模型，也能展示由3Dmax等軟件構建的3D建筑物模型等。當然只是一個前端js庫，展示的數據要通過其他方式來生產和發布。

（二）三維建模

三維建模為企業的信息集成提供了物理基礎，可分為企業整體環境建模和建筑物精細建模。企業整體場景可采用航拍建模方式獲取，利用飛機或無人機搭載多臺傳感器，對危化企業進行拍攝采集，快速高效獲取真實反映廠區情況的數據信息。通過糾正、平差、多視影像匹配等一系列的處理操作，最終獲得傾斜攝影的三維模型。航拍建模的成果數據具有地理坐標系信息，可以準確地和 GIS 匹配。

建筑物精細建模：建筑外觀可根據實景照片拍攝來確定合適的貼圖，企業建筑內部的3D建模可采用BIM建模或根據CAD圖紙進行手工建模。如果沒有圖紙可采用三維激光掃描儀進行建模，樓層可以縱向展開查看，展示建筑內部不同結構的空間布局等信息。對企業主要生產設備也可通過三維激光掃描儀進行建模。

六、可視化業務場景

（一）空間管理

1.網格管理

可在城市基礎圖層上增加網格化圖層和部件圖層，便于查看各轄區范圍內危化企業以及應急資源的位置分布情況、數量、類型等。

2.逐級可視

三維可視化可實現從城市到街鎮、園區、企業、廠房、樓層、設備的逐級可視化，創建全廠環境，還原全廠車間布局、生產設備模型等，并顯示各種設備的空間位置，以清晰、完整地顯示整個危化企業的環境。

3.四色圖

根據國家要求，安全風險等級從高到低劃分為重大風險、較大風險、一般風險和低風險，危化企業應當將全部作業單元網格化，將各網格風險等級在廠區平面布置圖中用紅、橙、黃、藍四種顏色標示，形成安全風險四色分布圖[3]。通過三維可視化平臺，可以對企業空間進行立體化的四色圖標注。

（二）安全生產

1.設備監控

監管部門并不對危化企業的生成過程進行全流程監控，只是對產生有毒有害氣體和易燃易爆的重點設備進行監管。通過通信控制協議的開放接口，對危化企業的重點設備進行數據采集和集成，統一監控設備的各種運行、報警和故障數據；并與三維可視化技術結合，在企業樓層地圖上和建筑模型上標出各類設備的位置和運行數據，通過顏色或動態效果來表示設備的運行狀態。

氣體泄漏監測：物聯傳感器可以24小時實時監測危險氣體濃度變化，能對危化品倉庫進行各種可燃有毒有害氣體泄漏監測。

儲罐的安全監測：能對儲罐、壓力容器進行壓力、液位、溫度、容積等進行監測。

2.環境監控

危化企業的環境監測：通過紅外攝像頭、溫濕度傳感器、煙感等對廠區環境進行全天候，連續自動地監測；空氣質量監測系統能夠監測環境空氣態污染物和環境空氣顆粒物的實時變化情況，迅速、準確的收集、處理監測數據。監控數據可在三維平臺上進行實時顯示，如果超過預設的閾值則彈出報警提示，監控數據形成的統計報表可為環保部門的環境管理提供詳實的數據資料和決策參考。

3.能耗監測

在節能減排大背景下，能耗管理對企業來說尤為重要，結合三維可視化平臺，可對企業供暖、供排水、供氣、供電等各個子系統生產運行態勢進行實時監控；通過構建能耗設備的三維模型，可直觀展示能耗設備的位置，運行狀態，報警信息等。還可進行能耗趨勢分析、能耗指標綜合考評，對能源調度、設備運行、環境態勢等要素數據進行多維可視分析，引導綠色低碳用能模式。

（三）智能安防

基于視頻監控、門禁道閘、電子巡更、入侵報警等安防管理系統數據，提供企業安全態勢綜合檢測，支持對企業重點部位、人員、車輛、告警事件等要素進行實時監測，支持事件快速定位、顯示，實時調取視頻監控視頻，輔助管理者有效提升企業安全管控效率。

1.AI視頻

危化企業智能AI視頻監控是應用最為廣泛的管理手段，是管理者感知的外延。平臺整合原有視頻資源，全部集成到可視化平臺，采用AI前端分析、熱感成像等技術、通過深度學習算法支持，可以實現傳統監控無法實現的諸多功能。系統可通過集成AI視頻網關對視頻碼流進行各類畫面場景分析，視頻監控既可用于對人員的管理，也可對裝置設施進行監控。

（1）作業監控：監控部分作業區域，監視作業規范情況，防止車輛違停、物料違規堆放、人員違規進入和長時間滯留，留取視頻資料。

（2）裝置監控：監控裝置運行畫面，熱感相機偵測裝置溫度，防患未然。

（3）視頻巡邏：可以根據設定好的巡邏路線依次播放視頻監控畫面，通過視頻融合技術可實現實景巡邏，給人身臨其境的感覺，視頻巡邏實現了巡邏自動化，從而大大增加巡邏頻率，減少人工巡邏次數。

2.人員管理

利用視頻監控、安防門禁、巡更系統和人員定位設備，能夠有效識別、跟蹤作業人員的位置和行為，配合三維建模數字孿生技術，實現廠區全方位可視化人員管理。

（1）人流監控：重要設施裝置出入口，監控人員進出口數量、配合門禁系統可清點人數，獲取風險分級區域的人數信息，根據工廠事故預防要求，進行車間超員報警。

（2）區域監控：設施裝置周邊區域智能監控，防止人員違規闖入、離開。越界檢測算法基于計算機識別技術，配合現場攝像頭，自動識別“危險界限”， 如人員越界可立即報警，確保員工的人身安全

（3）人員定位：通過在重點部位部署基于藍牙定位、WiFi定位等技術的室內定位設備實現定位、信號互聯和警情發送。每個工作人員配置報警定位手環或胸牌，在突發事件發生時，三維可視化平臺可實時顯示報警位置，企業內安保人員接收報警信息后，及時趕赴救援。

（4）巡更管理：三維可視化監管平臺可對安保人員的巡更行為進行監控，當發生巡更超時、巡更點未打卡等行為，在平臺進行實時展示，并記錄相應的人員、時間及地點信息，供后續事件追溯。平臺可監控各個時段的巡更任務信息，對異常行為進行上墻告警，同時可在可視化平臺展示模擬巡更路線。

3.車輛管理

危化品運輸車輛的管理也是應急管理的重要部分，需要建立運輸檔案，結合企業的卡口道閘和車載GPS及視頻監控進行跟蹤管理，對于進出企業內部的車輛進行裝卸管理和停車管理。

（1）車輛定位跟蹤：通過可視化平臺對危險品車輛運輸過程進行實時監控，在3D地圖中可以查看危化車輛的實時視頻、實時定位和軌跡回放。（2）裝卸管理：對于危化物品的裝卸需要接入視頻監控進行全程監管。（3）停車管理：通過對接卡口道閘數據，在三維可視化平臺可直觀看到車位使用情況、車輛信息等。可引導危化車輛停放到安全的位置，出現亂停放現象時系統會給出告警信息。

（四）應急救援

企業風險因素眾多，應急處置尤為重要。應用三維可視化技術可以加強和規范危險源監管，從事前預防、事中處理、事發響應等各方面全方位提高企業消防安全管理的應急處置能力。

1.消防設施管理

目前消防物聯感知設備有可燃氣體、煙感、水壓、水位、電氣火災檢測、智能消防栓等。可通過現場物聯設備實現數據獲取和上傳，需廠商提供接口協議并配合調試。也可通過與火災自動報警主機進行數據對接，消防子系統把數據匯聚到消防監控室報警主機，通過串口服務器跟報警主機對接，通過Modbus協議獲取相關子系統數據。系統可對企業樓宇建筑的內部消防設施情況進行三維立體展示。

2.應急預案

可結合三維模型制作應急預案，通過對接各類已建系統，整合全方位數據，通過三維平臺可以綜合展示滅火救援的裝備，動態展現逃生路線，增強作戰效能，加強輔助指揮決策能力[4]。

支持在數字孿生平臺上模擬應急疏散，編制危化企業的三維可視化應急預案。平臺允許自由創建各種類型安保的3D仿真場景，并在場景中設計和配置安保范圍內的建筑和應急設備，高度還原真實世界，讓相關人員全面了解周邊安保設施、交通路線，熟悉現場環境、建筑結構。根據完整的可視化預案，實時部署安保力量，保證指揮及力量部署的精準化[5]。

七、結語

與傳統的企業監管系統相比，數字孿生平臺具有不可比擬的場景優勢。基于三維可視化的危化企業監管平臺利用新一代信息技術的態勢感知、優化處理、智能交互和智慧決策能力，促進危化企業實現精細化管控，推動企業數字轉型、增強企業風險防控能力、提升政府監管水平。三維可視化技術助力城市管理進行數字化創新，加快構建城市“元宇宙”。H

參考文獻

[1]宋元濤，王大偉，楊春立，等.以信息化加速推進應急管理現代化[J].中國應急管理，2021（06）：14-25.

[2]彭祥.基于Cesium的智慧園區三維可視化系統設計與實現[J].電子設計工程，2021，29（08）：81-84+89.

[3]曹家勇.企業從根本上消除事故隱患的方法探究[J].四川建筑，2021，41（05）：261-262+264.

[4]楊帆，胡博，王滿，等.三維可視化技術在醫院消防應急管理中的應用[J].消防科學與技術，2021，40（12）：1826-1828.

[5].關于全面推進“智慧消防”建設的指導意見[J].中國消防，2017（21）：61-64.