一种基于三维的钢铁企业煤气自动预警可视化系统设计与实现明

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　　摘要：为提高钢铁企业对煤气安全的管控效率，设计了一套基于三维可视化方式的自动预警系统。采用三维建模技术建立1∶1比例的全厂三维模型，并将煤气报警器、排水器、阀门、摄像头等设备按真实位置部署在三维模型中，同时系统又接入煤气浓度、煤气压力和流量、人员定位等数据，并与视频系统进行对接;系统通过对煤气浓度数据、煤气柜柜容等数据进行实时监测与分析，当检测到异常情况时，系统在全厂三维场景中自动定位到隐患点并高亮显示，联动周边排水器、阀门等煤气附属设施，同时系统会调出附近摄像头视频信息，供煤气安全管理人员展示。煤气安全预警可视化系统已在鄂钢、韶钢等钢厂运营使用，获得了业主的好评。本系统将钢厂的煤气安全管理从二维提升到三维，并将孤立信息进行联动，提高煤气安全管理水平。
　　关键词：三维可视化;煤气报警;煤气管网;人员定位;信息联动
　　中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）08-0143-03
　　0 引言
　　钢铁冶炼是一个复杂的物理变化与化学变化过程，涉及到多种工序，从矿石到成型钢铁整个生命周期中，伴生或使用高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和混合煤气[1-2]。各类煤气在全厂范围内通过管网输送到不同工序用户侧使用，或存储在特定煤气柜中作为备用。四类煤气含有高毒性[3]，煤气安全始终贯穿钢厂风险监控主线，杜绝煤气中毒事故和煤气爆炸事故，发展智慧钢铁智能制造，是钢铁企业重点建设内容。
　　许多钢铁企业管理部门之间信息不互通，缺少统一的可视化支撑系统。一方面，现场采集到的数据，往往让其存储在数据库中成为历史，未做实时性分析，或用文本的形式呈现，数据不直观;另一方面，现在采集的数据，种类较多，企业在使用时，各类数据独立使用，忽略了数据之前的相关性，缺乏信息的联动，不能充分挖掘数据信息。
　　本系统采用B/S架构，综合利用地理空间信息技术[4-5]、视频监控技术、物联网技术[6]、定位技术等技术，实现全厂煤气在三维模型中的自动预警。赋予煤气报警器、阀门、摄像头等设备地理属性，利用信息之间的关联性，结合缓冲区分析，实现报警的联动展示。
　　1 系统总体设计方案
　　遵循钢铁企业集约化和节约化指导原则，统一规划、分步实施[7-10]。在对项目的建设条件和需求进行充分调查分析的基础上，以风险监控为主线开发钢铁企业煤气安全自动预警可视化系统，满足炼铁、炼钢、能源等部门安全生产的需求。同时，对目前已建的或在建的系统进行调研，避免功能模块重复建设[11-14]。系统需具备共享、开放、可扩展能力，方便未来系统升级和功能扩展，设计了如图1所示的系统架构。
　　预警可视化系统架构包括基础设施层、平台服务层、可视化应用层。基础设施层包括：主机网络资源、视频、定位等硬件设施。平台服务层包括：时空信息基础服务平台、位置服务系统、视频系统，时空信息基础服务平台[7]能够为可视化应用层提供地理信息资源服务，如：三维地图数据服务、接口服务、开发示例等;位置服务可以为可视化应用层提供位置信息;视频系统可以为可视化应用层提供视频资源和视频智能分析结果。可视化应用层是面向用户的网站，直接向用户提供具体的功能实现。
　　2 系统功能
　　2.1 煤气监测预警模块
　　针对煤气管网重点关注区域和监测点位进行能源实时数据的可视化展现，使现场人员可以通过可视化的方式直观的了解各能源管网的实时状态，结合实时气象数据，掌握各计量点位的准确位置，强化煤气能源信息的空間感、位置感，辅助煤气管理的生产与运维。
　　2.2 煤气作业人员安全防护模块
　　通过对煤气现场作业人员佩戴定位手环，实时获取人员定位数据，定时采集人员心率状态，并通过可视化平台展示人员现场分布情况和实时状态。通过平台对手环进行远程响铃，提醒作业人员注意安全防护。辅助管理人员对现场作业人员进行全面掌控。
　　2.3 煤气风险因素可视化模块
　　煤气风险因素可视化模块包括煤气风险因素辨识可视化单元，煤气泄漏监测可视化预警单元，排水器巡检事故处理单元，重点阀门周边信息查询单元，用于实现在三维中展示系统识别到的隐患。
　　2.4 煤气可视化联动模块
　　煤气安全可视化联动模块包括煤气报警器可视化联动单元，排水器泄漏事故处理单元，煤气放散周边人员展示单元，用于自动识别多类钢铁企业中的隐患，并根据隐患等级，与隐患点周边的人员、重要设备进行联动。
　　3 应用案例
　　煤气安全自动预警可视化系统已在多个钢厂上线运营，本节以在宝武集团鄂城钢铁有限公司的应用为例。鄂钢煤气安全自动预警可视化系统经历了三维建模、整合数据、定制研发、测试运营几个阶段。
　　下文展示了可视化系统的部分截图。
　　图2为电子围栏效果：该电子围栏会实时监控厂区内人员分布情况，发现人员异常闯入，及时报警。
　　图3为风险因素一张图：自动生成煤气管网风险清单和问题清单，对于问题点进行直观标识。图中包含的信息有各风险因素和问题点的实际分布位置信息、风险清单和问题清单信息。
　　4 结论
　　本文针对钢铁企业的煤气安全管理需求，基于三维模型，综合利用物联网在内的多种技术，给出了钢铁企业煤气安全自动预警可视化系统的设计与应用实例。本文设计的系统，为钢铁企业提供煤气可视化管理，提高决策能力。将各对象的基础地理信息及业务数据进行虚拟还原，让管理部门能够直观的对所有数据信息进行可视化管理，节约企业管理成本。改变传统抽象的图纸，提供直观、真实的三维模型，为能源管理、人员管理、设备管理、安全管控提供支持，提高管控效率。准确定位检测位置，及时了解故障点，提高应急预案制定的科学性;缩短在紧急情况下信息的获取时间，提高应急救援的时效性和准确性，达到集中监测、减少应急处置时间或者实时掌控隐患信息。
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