平壽 譚子琦 張靜波 張夢(mèng)輝 熊嘉誠(chéng)

摘要：為提高鋼鐵企業(yè)對(duì)煤氣安全的管控效率，設(shè)計(jì)了一套基于三維可視化方式的自動(dòng)預(yù)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(bào)警器、排水器、閥門、攝像頭等設(shè)備按真實(shí)位置部署在三維模型中，同時(shí)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(jìn)行對(duì)接;系統(tǒng)通過對(duì)煤氣濃度數(shù)據(jù)、煤氣柜柜容等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)在全廠三維場(chǎng)景中自動(dòng)定位到隱患點(diǎn)并高亮顯示，聯(lián)動(dòng)周邊排水器、閥門等煤氣附屬設(shè)施，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)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(yù)警可視化系統(tǒng)已在鄂鋼、韶鋼等鋼廠運(yùn)營(yíng)使用，獲得了業(yè)主的好評(píng)。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(jìn)行聯(lián)動(dòng)，提高煤氣安全管理水平。

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

中圖分類號(hào)：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）08-0143-03

0 引言

鋼鐵冶煉是一個(gè)復(fù)雜的物理變化與化學(xué)變化過程，涉及到多種工序，從礦石到成型鋼鐵整個(gè)生命周期中，伴生或使用高爐煤氣、焦?fàn)t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(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)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(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，往往讓其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中成為歷史，未做實(shí)時(shí)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(shí)，各類數(shù)據(jù)獨(dú)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(dòng)，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(shí)現(xiàn)全廠煤氣在三維模型中的自動(dòng)預(yù)警。賦予煤氣報(bào)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(shí)現(xiàn)報(bào)警的聯(lián)動(dòng)展示。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

遵循鋼鐵企業(yè)集約化和節(jié)約化指導(dǎo)原則，統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施[7-10]。在對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)條件和需求進(jìn)行充分調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，以風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控為主線開發(fā)鋼鐵企業(yè)煤氣安全自動(dòng)預(yù)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(shí)，對(duì)目前已建的或在建的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，避免功能模塊重復(fù)建設(shè)[11-14]。系統(tǒng)需具備共享、開放、可擴(kuò)展能力，方便未來系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)展，設(shè)計(jì)了如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)。

預(yù)警可視化系統(tǒng)架構(gòu)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)服務(wù)層、可視化應(yīng)用層?；A(chǔ)設(shè)施層包括：主機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源、視頻、定位等硬件設(shè)施。平臺(tái)服務(wù)層包括：時(shí)空信息基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)、位置服務(wù)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)，時(shí)空信息基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)[7]能夠?yàn)榭梢暬瘧?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(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 煤氣監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊

針對(duì)煤氣管網(wǎng)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域和監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行能源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可視化展現(xiàn)，使現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)狀態(tài)，結(jié)合實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，掌握各計(jì)量點(diǎn)位的準(zhǔn)確位置，強(qiáng)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(yùn)維。

2.2 煤氣作業(yè)人員安全防護(hù)模塊

通過對(duì)煤氣現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員佩戴定位手環(huán)，實(shí)時(shí)獲取人員定位數(shù)據(jù)，定時(shí)采集人員心率狀態(tài)，并通過可視化平臺(tái)展示人員現(xiàn)場(chǎng)分布情況和實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過平臺(tái)對(duì)手環(huán)進(jìn)行遠(yuǎn)程響鈴，提醒作業(yè)人員注意安全防護(hù)。輔助管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行全面掌控。

2.3 煤氣風(fēng)險(xiǎn)因素可視化模塊

煤氣風(fēng)險(xiǎn)因素可視化模塊包括煤氣風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)可視化單元，煤氣泄漏監(jiān)測(cè)可視化預(yù)警單元，排水器巡檢事故處理單元，重點(diǎn)閥門周邊信息查詢單元，用于實(shí)現(xiàn)在三維中展示系統(tǒng)識(shí)別到的隱患。

2.4 煤氣可視化聯(lián)動(dòng)模塊

煤氣安全可視化聯(lián)動(dòng)模塊包括煤氣報(bào)警器可視化聯(lián)動(dòng)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(dòng)識(shí)別多類鋼鐵企業(yè)中的隱患，并根據(jù)隱患等級(jí)，與隱患點(diǎn)周邊的人員、重要設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

3 應(yīng)用案例

煤氣安全自動(dòng)預(yù)警可視化系統(tǒng)已在多個(gè)鋼廠上線運(yùn)營(yíng)，本節(jié)以在寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司的應(yīng)用為例。鄂鋼煤氣安全自動(dòng)預(yù)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(cè)試運(yùn)營(yíng)幾個(gè)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(huì)實(shí)時(shí)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(shí)報(bào)警。

圖3為風(fēng)險(xiǎn)因素一張圖：自動(dòng)生成煤氣管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)清單和問題清單，對(duì)于問題點(diǎn)進(jìn)行直觀標(biāo)識(shí)。圖中包含的信息有各風(fēng)險(xiǎn)因素和問題點(diǎn)的實(shí)際分布位置信息、風(fēng)險(xiǎn)清單和問題清單信息。

4 結(jié)論

本文針對(duì)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(dòng)預(yù)警可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例。本文設(shè)計(jì)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(duì)象的基礎(chǔ)地理信息及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬還原，讓管理部門能夠直觀的對(duì)所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(shí)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(zhǔn)確定位檢測(cè)位置，及時(shí)了解故障點(diǎn)，提高應(yīng)急預(yù)案制定的科學(xué)性;縮短在緊急情況下信息的獲取時(shí)間，提高應(yīng)急救援的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，達(dá)到集中監(jiān)測(cè)、減少應(yīng)急處置時(shí)間或者實(shí)時(shí)掌控隱患信息。

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