液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的實施與市場發(fā)展應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)；鋼鐵生產(chǎn)；安全生產(chǎn)；市場發(fā)展；技術(shù)創(chuàng)新

1 液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)概述

1.1 三維可視化技術(shù)

三維可視化技術(shù)利用計算機技術(shù)將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維圖形，以便于分析交互先進技術(shù)。在液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)中三維可視化技術(shù)可直觀展示液態(tài)金屬在生產(chǎn)流程中的實時狀態(tài)，幫助操作人員判斷潛在風(fēng)險問題。三維可視化技術(shù)先收集液態(tài)金屬生產(chǎn)過程各種數(shù)據(jù)，如溫度、流速、液位等，通過這些數(shù)據(jù)在三維空間中構(gòu)建出液態(tài)金屬流動實時模型，以直觀方式展示出液態(tài)金屬動態(tài)變化，使操作人員能迅速了解當(dāng)前生產(chǎn)狀況。其還結(jié)合虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，為操作人員提供沉浸式操作體驗，通過這些技術(shù)，操作人員仿佛置身于液態(tài)金屬生產(chǎn)現(xiàn)場，對生產(chǎn)過程進行全方位監(jiān)控操作，提高了操作便捷性，降低了操作風(fēng)險。除實時監(jiān)控外，三維可視化技術(shù)還可用于模擬預(yù)測液態(tài)金屬生產(chǎn)過程各種情況。如構(gòu)建精確數(shù)學(xué)模型，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對液態(tài)金屬生產(chǎn)、運輸過程進行模擬優(yōu)化[1]。

1.2 高精度定位技術(shù)

高精度定位技術(shù)基于UWB定位系統(tǒng)和地基增強系統(tǒng)，實現(xiàn)人員和車輛的高精度定位。地基增強系統(tǒng)主要實現(xiàn)液態(tài)金屬運輸過程中車輛的位置定位，UWB定位系統(tǒng)主要實現(xiàn)作業(yè)場景中操作人員位置定位。UWB定位技術(shù)通過測量信號的到達時間來計算物體與基站之間的距離。當(dāng)一個UWB信號從基站發(fā)送到待測物體，并在物體上反射回來到達基站時，基站可以測量到信號的時間延遲，通過測量信號在空間傳播中的時間延遲差異來計算物體的位置。再結(jié)合其他數(shù)據(jù)源，如5G、北斗及地面基站信號等，通過復(fù)雜算法將數(shù)據(jù)融合，進一步提高定位精度和可靠性。定位過程受到多種因素影響，如大氣層、電離層干擾等。高精度定位技術(shù)使用差分定位、卡爾曼濾波等算法消除或減小誤差，確保定位準確性。通過在運輸車輛或容器上安裝定位設(shè)備，液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)能精確追蹤液態(tài)金屬運輸軌跡，確保其安全準時到達目的地。高精度定位技術(shù)通過提供實時位置信息，幫助操作人員準確判斷液態(tài)金屬處理狀態(tài)，及時應(yīng)對出現(xiàn)的問題[2]。

1.3 智能識別與預(yù)警系統(tǒng)

智能識別與預(yù)警系統(tǒng)通過高清攝像頭捕捉液態(tài)金屬生產(chǎn)現(xiàn)場實時圖像，利用計算機視覺技術(shù)對圖像進行處理分析，識別出液態(tài)金屬狀態(tài)及生產(chǎn)環(huán)境異常情況。通過訓(xùn)練大量數(shù)據(jù)模型，使其能自動識別分類液態(tài)金屬生產(chǎn)各種模式，一旦系統(tǒng)檢測到與訓(xùn)練數(shù)據(jù)中異常模式相匹配的情況，立即觸發(fā)預(yù)警機制。還可對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行實時分析，挖掘數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)性趨勢，預(yù)測潛在風(fēng)險點，在必要時提前發(fā)出預(yù)警。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗設(shè)定一系列預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值時，自動觸發(fā)預(yù)警。一旦觸發(fā)預(yù)警，系統(tǒng)立即通過多種方式（如聲光報警、短信通知、App推送等）向相關(guān)人員發(fā)送預(yù)警信號，在第一時間作出響應(yīng)[3]。每次觸發(fā)預(yù)警后，系統(tǒng)詳細記錄預(yù)警時間、地點及處理結(jié)果信息。該系統(tǒng)通過監(jiān)控液態(tài)金屬生產(chǎn)、運輸過程，確保生產(chǎn)安全。還能在發(fā)現(xiàn)異常情況時及時發(fā)出預(yù)警，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，避免事故發(fā)生。

2 液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的實施

2.1 實施背景與目的

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴大和復(fù)雜性增加，確保生產(chǎn)過程安全尤為重要。液態(tài)金屬作為鋼鐵生產(chǎn)核心環(huán)節(jié)，其安全運輸與處理關(guān)系到整個生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行。結(jié)合三維可視化技術(shù)、高精度定位技術(shù)及智能識別預(yù)警系統(tǒng)等先進技術(shù)發(fā)展，為液態(tài)金屬安全管理提供新可能。政府對工業(yè)生產(chǎn)安全的監(jiān)管日益加強，要求企業(yè)采用先進技術(shù)手段提升生產(chǎn)過程安全性。實施液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)，可實時監(jiān)控液態(tài)金屬狀態(tài)位置，及時發(fā)現(xiàn)處理安全隱患，降低事故發(fā)生概率[4]。還可精確追蹤液態(tài)金屬運輸處理過程，優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少不必要等待延誤，提高生產(chǎn)效率。借助可視化系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)支持，企業(yè)對生產(chǎn)過程進行精細管理，包括人員配置、設(shè)備維護、能源消耗等方面優(yōu)化。采用先進技術(shù)手段，確保企業(yè)生產(chǎn)過程符合相關(guān)法規(guī)要求，避免因安全問題面臨法律風(fēng)險[5]。

2.2 實施步驟與流程

2.2.1 前期準備

對鋼鐵企業(yè)液態(tài)金屬生產(chǎn)和運輸流程進行深入了解，評估現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，確定可視化系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題。選擇合適的三維可視化技術(shù)、高精度定位技術(shù)，設(shè)計整體系統(tǒng)架構(gòu)和各個模塊功能，制訂詳細的項目實施計劃。采購所需硬件設(shè)備，如攝像頭、傳感器，準備軟件開發(fā)環(huán)境。組建項目實施團隊，包括技術(shù)人員、工程師和項目經(jīng)理等。

2.2.2 系統(tǒng)開發(fā)與集成

采用全站儀、GPS、管線探測、跟蹤測繪等數(shù)據(jù)采集手段，完成工廠的數(shù)據(jù)采集，建立二維總圖。利用三維激光掃描、無人機、照相機等設(shè)備采集數(shù)據(jù)，采用點云擬合、手工建模、參數(shù)化建模等技術(shù)完成工廠建/構(gòu)筑物和地上地下管線的三維可視化，建立三維總圖。在關(guān)鍵位置安裝攝像頭和傳感器，確保能全面監(jiān)控液態(tài)金屬生產(chǎn)運輸過程。配置和調(diào)試高精度定位設(shè)備，確保準確追蹤液態(tài)金屬位置。利用三維建模技術(shù)，對液態(tài)金屬生產(chǎn)運行經(jīng)過的區(qū)域建模，對液態(tài)金屬運行過程中的相關(guān)設(shè)備建模；利用室內(nèi)外高精度定位技術(shù)，對各現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域的操作人員、對液態(tài)金屬運輸車輛進行實時追蹤和位置顯示；利用熱紅外成像測溫技術(shù)，對液態(tài)金屬容器溫度進行監(jiān)測；利用三維動態(tài)展示技術(shù)，對生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況進行三維展示，將液態(tài)金屬生產(chǎn)運行流程動態(tài)展示出來。關(guān)注液態(tài)金屬生產(chǎn)運行過程中的人員安全、車輛安全、設(shè)備安全。在作業(yè)區(qū)標定電子圍欄，對操作人員意外闖入進行危險警報；在車輛運輸過程中設(shè)置危險緩沖區(qū)，對危險因素進行預(yù)警；接入第三方信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對液態(tài)金屬狀態(tài)信息進行監(jiān)控和展示；接入視頻動態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合作業(yè)區(qū)視頻監(jiān)控危險分析結(jié)果對危險情況進行報警。從而形成完整的液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)。最后進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，測試整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在系統(tǒng)開發(fā)最初階段，項目團隊需要深入鋼鐵企業(yè)與生產(chǎn)線工作人員、管理層進行深入交流。明確系統(tǒng)功能需求、性能需求，確定系統(tǒng)需要監(jiān)測的液態(tài)金屬參數(shù)。設(shè)計系統(tǒng)整體架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層。對數(shù)據(jù)進行清洗整合，將處理后的數(shù)據(jù)以直觀方式展示給用戶。設(shè)計直觀易用的用戶界面，使用戶方便查看液態(tài)金屬狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括實時圖表、警報系統(tǒng)。集成合適的傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備，確保硬件準確地收集液態(tài)金屬數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇行?。根?jù)系統(tǒng)設(shè)計，編寫測試相關(guān)軟件代碼，包括數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理算法，在開發(fā)過程中需要進行代碼審查測試，確保軟件穩(wěn)定性。將硬件軟件集成進行系統(tǒng)整體測試，包括功能測試、性能測試和安全測試。測試目的在于發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行修復(fù)，確保系統(tǒng)在實際環(huán)境中穩(wěn)定運行。

2.3 系統(tǒng)布署與上線

在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線上安裝配置系統(tǒng)，安裝傳感器、配置網(wǎng)絡(luò)連接及設(shè)置軟件參數(shù)。在布署過程中與生產(chǎn)線工作人員密切合作，確保系統(tǒng)無縫集成到現(xiàn)有工作流程中。對操作人員進行系統(tǒng)使用培訓(xùn)，確保其熟悉系統(tǒng)各項功能。進行模擬演練，測試系統(tǒng)在緊急情況下的響應(yīng)速度。在實際生產(chǎn)環(huán)境中進行系統(tǒng)試運行，觀察并記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)，根據(jù)試運行結(jié)果對系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整。將液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)正式投入運行，實時監(jiān)控液態(tài)金屬運輸過程。定期維護更新系統(tǒng)，確保長期穩(wěn)定運行。

2.4 后期維護與優(yōu)化

定期檢查系統(tǒng)硬件設(shè)備和軟件功能，確保正常運行。在出現(xiàn)故障時及時排除修復(fù)，減少生產(chǎn)中斷時間。分析系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，了解液態(tài)金屬生產(chǎn)運輸?shù)膶嶋H情況。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，提高其性能準確性。關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，將新技術(shù)集成到系統(tǒng)中以提升性能，根據(jù)用戶需求和市場變化對系統(tǒng)進行持續(xù)更新升級。

2.5 實施效果評估

（1）作業(yè)場景三維動態(tài)可視化。實現(xiàn)了高爐出鐵、鐵水罐受鐵、鐵水運輸、鐵水罐脫硫扒渣、轉(zhuǎn)爐兌鐵、轉(zhuǎn)爐加廢鋼、轉(zhuǎn)爐出鋼、真空爐冶煉、精煉爐冶煉和連鑄作業(yè)場景的三維實時動態(tài)。

（2）危險因素辨識與預(yù)警。對多種類型的安全隱患設(shè)置預(yù)警參數(shù)，識別液態(tài)金屬生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，及時預(yù)警，有效避免生產(chǎn)事故。

（3）視頻智能分析結(jié)果響應(yīng)。接收視頻智能分析識別結(jié)果，標定識別攝像頭的空間位置，強調(diào)視頻識別的空間感、位置感。

（4）液態(tài)金屬容器溫度監(jiān)測。接入鐵水罐、轉(zhuǎn)爐、鋼水罐熱紅外測溫結(jié)果，顯示鐵水罐、轉(zhuǎn)爐、鋼水罐7d內(nèi)的熱紅外測溫圖片，標定其最高溫點，并形成橫斷面和縱斷面溫度斷面曲線，實時監(jiān)測容器溫度，掌握生產(chǎn)狀況。

（5）液態(tài)金屬容器安全管理。實現(xiàn)了鐵水罐、鋼水罐、鐵溝的靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)查看。

（6）事故應(yīng)急處置協(xié)同。實現(xiàn)了事故應(yīng)急模式下的信息協(xié)同更新。事故應(yīng)急模式下，管理員可以通過事故應(yīng)急處置流程面板推進事故處理流程，結(jié)合相關(guān)系統(tǒng)查看實時數(shù)據(jù)，輔助事故處理，保障生產(chǎn)安全。

3 液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)的市場發(fā)展應(yīng)用

液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)以數(shù)字化方式創(chuàng)建現(xiàn)實世界的虛擬模型，借助數(shù)據(jù)模擬物理實體在生產(chǎn)環(huán)境中的行為，物理生產(chǎn)系統(tǒng)與虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)不斷交互，構(gòu)建自主感知和自主控制能力的生態(tài)系統(tǒng)，開啟多要素、全過程、共協(xié)同的綠色智慧工作模式。以數(shù)字化、信息化、可視化的方式，穿透專業(yè)壁壘，降低溝通成本，構(gòu)建起集約高效、實時優(yōu)化的智能制造新體系，助力產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)運營形態(tài)大變革。

運用無人機航測、激光雷達掃描、傾斜攝影測量等先進技術(shù)，對地理空間里的每一個要素進行精準的定位、定性和定量的描述。以時空信息云平臺為基礎(chǔ)，搭載海量的圖形管理技術(shù)和地圖引擎驅(qū)動技術(shù)，創(chuàng)建全生命周期三維可視化解決方案的核心技術(shù)架構(gòu)。將地理信息技術(shù)與鋼鐵運營技術(shù)深度融合，結(jié)合5G、北斗高精度室外定位、UWB高精度室內(nèi)定位、熱紅外測溫等技術(shù)，實現(xiàn)液態(tài)金屬總線和高爐數(shù)字孿生的安全可視化，使風(fēng)險監(jiān)控更主動，更智能。

以綠色智慧、以人為本的地理信息可視化技術(shù)，逐步搭建起鋼鐵全產(chǎn)業(yè)鏈的網(wǎng)絡(luò)矩陣式三維可視化服務(wù)平臺，助推鋼鐵行業(yè)邁入“數(shù)字孿生”新時代。

4 結(jié)束語

液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)成功實施標志著鋼鐵行業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)和管理水平方面的重要革新，預(yù)示該行業(yè)朝著智能化、精細化方向邁進。通過引入這一系統(tǒng)，鋼鐵企業(yè)能監(jiān)控生產(chǎn)過程中液態(tài)金屬狀態(tài)，實時掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，降低事故風(fēng)險，實現(xiàn)持續(xù)安全生產(chǎn)。隨著技術(shù)不斷進步和市場深入應(yīng)用，液態(tài)金屬可視化系統(tǒng)功能將更加完善，應(yīng)用領(lǐng)域進一步拓寬。