金浩

摘要：危化企業(yè)監(jiān)管是政府應急管理中重要的一環(huán)，數(shù)字孿生和人工智能等信息技術的快速發(fā)展給?；髽I(yè)監(jiān)管提供了新的手段。?；髽I(yè)三維可視化監(jiān)管平臺基于三維引擎和智能物聯(lián)，以安防監(jiān)控、消防監(jiān)控、生產監(jiān)控為重點，通過AI視頻分析、多種物聯(lián)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(yè)務場景，實現(xiàn)?；髽I(yè)的數(shù)字化監(jiān)管模式，為管理者提供了一個智能可視化的監(jiān)管平臺。

關鍵詞：數(shù)字孿生；三維可視化；智能物聯(lián)；危化企業(yè)監(jiān)管

一、?；髽I(yè)監(jiān)管的智能化趨勢

危化企業(yè)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(jiān)管工作，防范遏制各類事故的發(fā)生，保持危險化學品安全生產良好運行態(tài)勢，需要進一步提升?；髽I(yè)監(jiān)管的可視化、數(shù)字化、集成化和智能化水平，建設以數(shù)字孿生和人工智能為核心的智能可視化監(jiān)管平臺。平臺與三維可視化相結合，以信息集成、實時監(jiān)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(yè)綜合監(jiān)管平臺。平臺將數(shù)字孿生、物聯(lián)網等新一代信息技術與應急管理業(yè)務深度融合，全面加強?；髽I(yè)安全監(jiān)管，從而實現(xiàn)應急管理信息化跨越式發(fā)展，為應急管理信息化建設提供指導[1]。

二、監(jiān)管目標

（1）支持“企業(yè)一張表”的方式查看?；髽I(yè)所有信息，包括區(qū)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(xiàn)，實現(xiàn)所見即所得，支持三維展示；（3）使用“一張圖”數(shù)字孿生展示防護目標、危險源、應急所需人員位置、監(jiān)測監(jiān)控點位、物資位置、醫(yī)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(xiàn)對事件發(fā)展動態(tài)、應急指揮調度、監(jiān)測預警數(shù)據(jù)、救援進展、現(xiàn)場音視頻等信息的跟蹤和展示；（5）基于三維GIS地圖，實現(xiàn)專業(yè)研判、協(xié)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(tǒng)體系結構設計

危化企業(yè)三維可視化監(jiān)管平臺充分應用物聯(lián)感知、數(shù)據(jù)中臺以及三維可視化技術，根據(jù)?；髽I(yè)的管理需要創(chuàng)建多個可視化應用場景。物聯(lián)感知設備包括安防監(jiān)控設備、消防監(jiān)控設備和生產監(jiān)控設備。智能物聯(lián)平臺包括各類物聯(lián)設備數(shù)據(jù)的采集、轉換、通信、共享、維護，數(shù)據(jù)主要由視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、門禁道閘數(shù)據(jù)、消防設施狀態(tài)、有毒氣體監(jiān)測等組成；三維可視化主要用于?；髽I(yè)業(yè)務場景展示，包括企業(yè)三維可視化模型展示、AI視頻、設備告警、環(huán)境監(jiān)測、消防設施、企業(yè)檔案、安防運營指標等數(shù)據(jù)。

四、智能物聯(lián)平臺

危化企業(yè)建設涉及設備種類眾多，以及多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合互聯(lián)互通，因此需要通過智能物聯(lián)平臺來高效率、低成本、低門檻解決設備子系統(tǒng)接入難題，向下統(tǒng)一設備接入，向上提供標準接口和應用。智能物聯(lián)平臺包含了對物聯(lián)設備進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理的全部功能。采用智能物聯(lián)平臺，可以更好的滿足未來系統(tǒng)的擴充，對?；髽I(yè)更豐富的業(yè)務場景建設預留了基礎能力。

平臺可通過多種方式進行數(shù)據(jù)采集，如Modbus、PLC、SCADA等，并支持第三方私有協(xié)議開發(fā)，對不同廠商、不同設備進行統(tǒng)一接入以及統(tǒng)一管理。

根據(jù)設備類型、數(shù)據(jù)傳輸量、數(shù)據(jù)傳輸頻率、數(shù)據(jù)保密要求等需要采用不同數(shù)據(jù)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(lián)平臺為設備安全可靠的通信能力提供保障，向下支持多協(xié)議適配，連接海量設備，提供設備管理、遠程調試和狀態(tài)監(jiān)控。向上提供可視化規(guī)則引擎，支持數(shù)據(jù)流轉，并通過動態(tài)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(yōu)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(fā)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(shù)據(jù)要通過其他方式來生產和發(fā)布。

（二）三維建模

三維建模為企業(yè)的信息集成提供了物理基礎，可分為企業(yè)整體環(huán)境建模和建筑物精細建模。企業(yè)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?；髽I(yè)進行拍攝采集，快速高效獲取真實反映廠區(qū)情況的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)實景照片拍攝來確定合適的貼圖，企業(yè)建筑內部的3D建模可采用BIM建?；蚋鶕?jù)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(yè)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(yè)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(qū)范圍內?；髽I(yè)以及應急資源的位置分布情況、數(shù)量、類型等。

2.逐級可視

三維可視化可實現(xiàn)從城市到街鎮(zhèn)、園區(qū)、企業(yè)、廠房、樓層、設備的逐級可視化，創(chuàng)建全廠環(huán)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(yè)的環(huán)境。

3.四色圖

根據(jù)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，?；髽I(yè)應當將全部作業(yè)單元網格化，將各網格風險等級在廠區(qū)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(yè)空間進行立體化的四色圖標注。

（二）安全生產

1.設備監(jiān)控

監(jiān)管部門并不對危化企業(yè)的生成過程進行全流程監(jiān)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(jiān)管。通過通信控制協(xié)議的開放接口，對?；髽I(yè)的重點設備進行數(shù)據(jù)采集和集成，統(tǒng)一監(jiān)控設備的各種運行、報警和故障數(shù)據(jù)；并與三維可視化技術結合，在企業(yè)樓層地圖上和建筑模型上標出各類設備的位置和運行數(shù)據(jù)，通過顏色或動態(tài)效果來表示設備的運行狀態(tài)。

氣體泄漏監(jiān)測：物聯(lián)傳感器可以24小時實時監(jiān)測危險氣體濃度變化，能對?；穫}庫進行各種可燃有毒有害氣體泄漏監(jiān)測。

儲罐的安全監(jiān)測：能對儲罐、壓力容器進行壓力、液位、溫度、容積等進行監(jiān)測。

2.環(huán)境監(jiān)控

?；髽I(yè)的環(huán)境監(jiān)測：通過紅外攝像頭、溫濕度傳感器、煙感等對廠區(qū)環(huán)境進行全天候，連續(xù)自動地監(jiān)測；空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測環(huán)境空氣態(tài)污染物和環(huán)境空氣顆粒物的實時變化情況，迅速、準確的收集、處理監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)控數(shù)據(jù)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(jiān)控數(shù)據(jù)形成的統(tǒng)計報表可為環(huán)保部門的環(huán)境管理提供詳實的數(shù)據(jù)資料和決策參考。

3.能耗監(jiān)測

在節(jié)能減排大背景下，能耗管理對企業(yè)來說尤為重要，結合三維可視化平臺，可對企業(yè)供暖、供排水、供氣、供電等各個子系統(tǒng)生產運行態(tài)勢進行實時監(jiān)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(tài)，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(huán)境態(tài)勢等要素數(shù)據(jù)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(jiān)控、門禁道閘、電子巡更、入侵報警等安防管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供企業(yè)安全態(tài)勢綜合檢測，支持對企業(yè)重點部位、人員、車輛、告警事件等要素進行實時監(jiān)測，支持事件快速定位、顯示，實時調取視頻監(jiān)控視頻，輔助管理者有效提升企業(yè)安全管控效率。

1.AI視頻

?；髽I(yè)智能AI視頻監(jiān)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(xiàn)傳統(tǒng)監(jiān)控無法實現(xiàn)的諸多功能。系統(tǒng)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(jiān)控既可用于對人員的管理，也可對裝置設施進行監(jiān)控。

（1）作業(yè)監(jiān)控：監(jiān)控部分作業(yè)區(qū)域，監(jiān)視作業(yè)規(guī)范情況，防止車輛違停、物料違規(guī)堆放、人員違規(guī)進入和長時間滯留，留取視頻資料。

（2）裝置監(jiān)控：監(jiān)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(jù)設定好的巡邏路線依次播放視頻監(jiān)控畫面，通過視頻融合技術可實現(xiàn)實景巡邏，給人身臨其境的感覺，視頻巡邏實現(xiàn)了巡邏自動化，從而大大增加巡邏頻率，減少人工巡邏次數(shù)。

2.人員管理

利用視頻監(jiān)控、安防門禁、巡更系統(tǒng)和人員定位設備，能夠有效識別、跟蹤作業(yè)人員的位置和行為，配合三維建模數(shù)字孿生技術，實現(xiàn)廠區(qū)全方位可視化人員管理。

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

（2）區(qū)域監(jiān)控：設施裝置周邊區(qū)域智能監(jiān)控，防止人員違規(guī)闖入、離開。越界檢測算法基于計算機識別技術，配合現(xiàn)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(xiàn)定位、信號互聯(lián)和警情發(fā)送。每個工作人員配置報警定位手環(huán)或胸牌，在突發(fā)事件發(fā)生時，三維可視化平臺可實時顯示報警位置，企業(yè)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(jiān)管平臺可對安保人員的巡更行為進行監(jiān)控，當發(fā)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(xù)事件追溯。平臺可監(jiān)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(yè)的卡口道閘和車載GPS及視頻監(jiān)控進行跟蹤管理，對于進出企業(yè)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(jiān)控，在3D地圖中可以查看?；囕v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(jiān)控進行全程監(jiān)管。（3）停車管理：通過對接卡口道閘數(shù)據(jù)，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?；囕v停放到安全的位置，出現(xiàn)亂停放現(xiàn)象時系統(tǒng)會給出告警信息。

（四）應急救援

企業(yè)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(guī)范危險源監(jiān)管，從事前預防、事中處理、事發(fā)響應等各方面全方位提高企業(yè)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(lián)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?？赏ㄟ^現(xiàn)場物聯(lián)設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和上傳，需廠商提供接口協(xié)議并配合調試。也可通過與火災自動報警主機進行數(shù)據(jù)對接，消防子系統(tǒng)把數(shù)據(jù)匯聚到消防監(jiān)控室報警主機，通過串口服務器跟報警主機對接，通過Modbus協(xié)議獲取相關子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可對企業(yè)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(tǒng)，整合全方位數(shù)據(jù)，通過三維平臺可以綜合展示滅火救援的裝備，動態(tài)展現(xiàn)逃生路線，增強作戰(zhàn)效能，加強輔助指揮決策能力[4]。

支持在數(shù)字孿生平臺上模擬應急疏散，編制?；髽I(yè)的三維可視化應急預案。平臺允許自由創(chuàng)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(xiàn)場環(huán)境、建筑結構。根據(jù)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(tǒng)的企業(yè)監(jiān)管系統(tǒng)相比，數(shù)字孿生平臺具有不可比擬的場景優(yōu)勢。基于三維可視化的?；髽I(yè)監(jiān)管平臺利用新一代信息技術的態(tài)勢感知、優(yōu)化處理、智能交互和智慧決策能力，促進?；髽I(yè)實現(xiàn)精細化管控，推動企業(yè)數(shù)字轉型、增強企業(yè)風險防控能力、提升政府監(jiān)管水平。三維可視化技術助力城市管理進行數(shù)字化創(chuàng)新，加快構建城市“元宇宙”。H

參考文獻

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