金浩

摘要：危化企業(yè)監(jiān)管是政府應(yīng)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(shù)的快速發(fā)展給危化企業(yè)監(jiān)管提供了新的手段。危化企業(yè)三維可視化監(jiān)管平臺(tái)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(chǎn)監(jiān)控為重點(diǎn)，通過AI視頻分析、多種物聯(lián)傳感設(shè)備來滿足“多維度、高精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)性”的信息感知要求，基于三維GIS平臺(tái)整合人、事、物等相關(guān)資源，構(gòu)建空間管理、安全生產(chǎn)、智能安防、應(yīng)急救援等豐富的業(yè)務(wù)場景，實(shí)現(xiàn)?；髽I(yè)的數(shù)字化監(jiān)管模式，為管理者提供了一個(gè)智能可視化的監(jiān)管平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；三維可視化；智能物聯(lián)；?；髽I(yè)監(jiān)管

一、危化企業(yè)監(jiān)管的智能化趨勢(shì)

?；髽I(yè)的安全生產(chǎn)涉及人民財(cái)產(chǎn)的安全，為切實(shí)加強(qiáng)危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)監(jiān)管工作，防范遏制各類事故的發(fā)生，保持危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)良好運(yùn)行態(tài)勢(shì)，需要進(jìn)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(shè)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(tái)。平臺(tái)與三維可視化相結(jié)合，以信息集成、實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)防性告警檢測(cè)、應(yīng)急輔助決策等為建設(shè)核心，建立覆蓋應(yīng)急指揮平臺(tái)、大屏端和移動(dòng)端的企業(yè)綜合監(jiān)管平臺(tái)。平臺(tái)將數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與應(yīng)急管理業(yè)務(wù)深度融合，全面加強(qiáng)危化企業(yè)安全監(jiān)管，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理信息化跨越式發(fā)展，為應(yīng)急管理信息化建設(shè)提供指導(dǎo)[1]。

二、監(jiān)管目標(biāo)

（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(xiǎn)品物質(zhì)、人員情況等；（2）基于三維GIS地圖將所有整合的資源進(jìn)行分類組合和集中呈現(xiàn)，實(shí)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(hù)目標(biāo)、危險(xiǎn)源、應(yīng)急所需人員位置、監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)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(yīng)急資源的軌跡，并可以直接進(jìn)行調(diào)度管理；實(shí)現(xiàn)對(duì)事件發(fā)展動(dòng)態(tài)、應(yīng)急指揮調(diào)度、監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)、救援進(jìn)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(shí)現(xiàn)專業(yè)研判、協(xié)同標(biāo)繪、輔助決策等應(yīng)用一鍵啟動(dòng)，提高事故救援響應(yīng)效率。

三、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

?；髽I(yè)三維可視化監(jiān)管平臺(tái)充分應(yīng)用物聯(lián)感知、數(shù)據(jù)中臺(tái)以及三維可視化技術(shù)，根據(jù)危化企業(yè)的管理需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)可視化應(yīng)用場景。物聯(lián)感知設(shè)備包括安防監(jiān)控設(shè)備、消防監(jiān)控設(shè)備和生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備。智能物聯(lián)平臺(tái)包括各類物聯(lián)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、通信、共享、維護(hù)，數(shù)據(jù)主要由視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、門禁道閘數(shù)據(jù)、消防設(shè)施狀態(tài)、有毒氣體監(jiān)測(cè)等組成；三維可視化主要用于?；髽I(yè)業(yè)務(wù)場景展示，包括企業(yè)三維可視化模型展示、AI視頻、設(shè)備告警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防設(shè)施、企業(yè)檔案、安防運(yùn)營指標(biāo)等數(shù)據(jù)。

四、智能物聯(lián)平臺(tái)

危化企業(yè)建設(shè)涉及設(shè)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(tái)來高效率、低成本、低門檻解決設(shè)備子系統(tǒng)接入難題，向下統(tǒng)一設(shè)備接入，向上提供標(biāo)準(zhǔn)接口和應(yīng)用。智能物聯(lián)平臺(tái)包含了對(duì)物聯(lián)設(shè)備進(jìn)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(tái)，可以更好的滿足未來系統(tǒng)的擴(kuò)充，對(duì)?；髽I(yè)更豐富的業(yè)務(wù)場景建設(shè)預(yù)留了基礎(chǔ)能力。

平臺(tái)可通過多種方式進(jìn)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(duì)不同廠商、不同設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一接入以及統(tǒng)一管理。

根據(jù)設(shè)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(wǎng)。

物聯(lián)平臺(tái)為設(shè)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(shè)備，提供設(shè)備管理、遠(yuǎn)程調(diào)試和狀態(tài)監(jiān)控。向上提供可視化規(guī)則引擎，支持?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，并通過動(dòng)態(tài)API方式為可視化平臺(tái)提供接口支持。

五、三維可視化平臺(tái)

（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(tái)的要求，對(duì)于輕量級(jí)應(yīng)用場景的項(xiàng)目來說具有成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)[2]。Cesium.js是一個(gè)開源的前端js庫，可以用來構(gòu)建世界級(jí)的三維地理空間應(yīng)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(gòu)建三維web或移動(dòng)端的前端渲染展示，能展示矢量要素模型，也能3D攝影測(cè)量模型，也能展示由3Dmax等軟件構(gòu)建的3D建筑物模型等。當(dāng)然只是一個(gè)前端js庫，展示的數(shù)據(jù)要通過其他方式來生產(chǎn)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(chǔ)，可分為企業(yè)整體環(huán)境建模和建筑物精細(xì)建模。企業(yè)整體場景可采用航拍建模方式獲取，利用飛機(jī)或無人機(jī)搭載多臺(tái)傳感器，對(duì)?；髽I(yè)進(jìn)行拍攝采集，快速高效獲取真實(shí)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(biāo)系信息，可以準(zhǔn)確地和 GIS 匹配。

建筑物精細(xì)建模：建筑外觀可根據(jù)實(shí)景照片拍攝來確定合適的貼圖，企業(yè)建筑內(nèi)部的3D建?？刹捎肂IM建?；蚋鶕?jù)CAD圖紙進(jìn)行手工建模。如果沒有圖紙可采用三維激光掃描儀進(jìn)行建模，樓層可以縱向展開查看，展示建筑內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)的空間布局等信息。對(duì)企業(yè)主要生產(chǎn)設(shè)備也可通過三維激光掃描儀進(jìn)行建模。

六、可視化業(yè)務(wù)場景

（一）空間管理

1.網(wǎng)格管理

可在城市基礎(chǔ)圖層上增加網(wǎng)格化圖層和部件圖層，便于查看各轄區(qū)范圍內(nèi)危化企業(yè)以及應(yīng)急資源的位置分布情況、數(shù)量、類型等。

2.逐級(jí)可視

三維可視化可實(shí)現(xiàn)從城市到街鎮(zhèn)、園區(qū)、企業(yè)、廠房、樓層、設(shè)備的逐級(jí)可視化，創(chuàng)建全廠環(huán)境，還原全廠車間布局、生產(chǎn)設(shè)備模型等，并顯示各種設(shè)備的空間位置，以清晰、完整地顯示整個(gè)危化企業(yè)的環(huán)境。

3.四色圖

根據(jù)國家要求，安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從高到低劃分為重大風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)，?；髽I(yè)應(yīng)當(dāng)將全部作業(yè)單元網(wǎng)格化，將各網(wǎng)格風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在廠區(qū)平面布置圖中用紅、橙、黃、藍(lán)四種顏色標(biāo)示，形成安全風(fēng)險(xiǎn)四色分布圖[3]。通過三維可視化平臺(tái)，可以對(duì)企業(yè)空間進(jìn)行立體化的四色圖標(biāo)注。

（二）安全生產(chǎn)

1.設(shè)備監(jiān)控

監(jiān)管部門并不對(duì)危化企業(yè)的生成過程進(jìn)行全流程監(jiān)控，只是對(duì)產(chǎn)生有毒有害氣體和易燃易爆的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。通過通信控制協(xié)議的開放接口，對(duì)危化企業(yè)的重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和集成，統(tǒng)一監(jiān)控設(shè)備的各種運(yùn)行、報(bào)警和故障數(shù)據(jù)；并與三維可視化技術(shù)結(jié)合，在企業(yè)樓層地圖上和建筑模型上標(biāo)出各類設(shè)備的位置和運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過顏色或動(dòng)態(tài)效果來表示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

氣體泄漏監(jiān)測(cè)：物聯(lián)傳感器可以24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)氣體濃度變化，能對(duì)危化品倉庫進(jìn)行各種可燃有毒有害氣體泄漏監(jiān)測(cè)。

儲(chǔ)罐的安全監(jiān)測(cè)：能對(duì)儲(chǔ)罐、壓力容器進(jìn)行壓力、液位、溫度、容積等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.環(huán)境監(jiān)控

?；髽I(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)：通過紅外攝像頭、溫濕度傳感器、煙感等對(duì)廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行全天候，連續(xù)自動(dòng)地監(jiān)測(cè)；空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣態(tài)污染物和環(huán)境空氣顆粒物的實(shí)時(shí)變化情況，迅速、準(zhǔn)確的收集、處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可在三維平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如果超過預(yù)設(shè)的閾值則彈出報(bào)警提示，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)形成的統(tǒng)計(jì)報(bào)表可為環(huán)保部門的環(huán)境管理提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料和決策參考。

3.能耗監(jiān)測(cè)

在節(jié)能減排大背景下，能耗管理對(duì)企業(yè)來說尤為重要，結(jié)合三維可視化平臺(tái)，可對(duì)企業(yè)供暖、供排水、供氣、供電等各個(gè)子系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過構(gòu)建能耗設(shè)備的三維模型，可直觀展示能耗設(shè)備的位置，運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)警信息等。還可進(jìn)行能耗趨勢(shì)分析、能耗指標(biāo)綜合考評(píng)，對(duì)能源調(diào)度、設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境態(tài)勢(shì)等要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行多維可視分析，引導(dǎo)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(bào)警等安防管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供企業(yè)安全態(tài)勢(shì)綜合檢測(cè)，支持對(duì)企業(yè)重點(diǎn)部位、人員、車輛、告警事件等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，支持事件快速定位、顯示，實(shí)時(shí)調(diào)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(yīng)用最為廣泛的管理手段，是管理者感知的外延。平臺(tái)整合原有視頻資源，全部集成到可視化平臺(tái)，采用AI前端分析、熱感成像等技術(shù)、通過深度學(xué)習(xí)算法支持，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)監(jiān)控?zé)o法實(shí)現(xiàn)的諸多功能。系統(tǒng)可通過集成AI視頻網(wǎng)關(guān)對(duì)視頻碼流進(jìn)行各類畫面場景分析，視頻監(jiān)控既可用于對(duì)人員的管理，也可對(duì)裝置設(shè)施進(jìn)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(jìn)入和長時(shí)間滯留，留取視頻資料。

（2）裝置監(jiān)控：監(jiān)控裝置運(yùn)行畫面，熱感相機(jī)偵測(cè)裝置溫度，防患未然。

（3）視頻巡邏：可以根據(jù)設(shè)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(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)景巡邏，給人身臨其境的感覺，視頻巡邏實(shí)現(xiàn)了巡邏自動(dòng)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(shè)備，能夠有效識(shí)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(shù)，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)全方位可視化人員管理。

（1）人流監(jiān)控：重要設(shè)施裝置出入口，監(jiān)控人員進(jìn)出口數(shù)量、配合門禁系統(tǒng)可清點(diǎn)人數(shù)，獲取風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)區(qū)域的人數(shù)信息，根據(jù)工廠事故預(yù)防要求，進(jìn)行車間超員報(bào)警。

（2）區(qū)域監(jiān)控：設(shè)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(cè)算法基于計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)，配合現(xiàn)場攝像頭，自動(dòng)識(shí)別“危險(xiǎn)界限”， 如人員越界可立即報(bào)警，確保員工的人身安全

（3）人員定位：通過在重點(diǎn)部位部署基于藍(lán)牙定位、WiFi定位等技術(shù)的室內(nèi)定位設(shè)備實(shí)現(xiàn)定位、信號(hào)互聯(lián)和警情發(fā)送。每個(gè)工作人員配置報(bào)警定位手環(huán)或胸牌，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，三維可視化平臺(tái)可實(shí)時(shí)顯示報(bào)警位置，企業(yè)內(nèi)安保人員接收?qǐng)?bào)警信息后，及時(shí)趕赴救援。

（4）巡更管理：三維可視化監(jiān)管平臺(tái)可對(duì)安保人員的巡更行為進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生巡更超時(shí)、巡更點(diǎn)未打卡等行為，在平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并記錄相應(yīng)的人員、時(shí)間及地點(diǎn)信息，供后續(xù)事件追溯。平臺(tái)可監(jiān)控各個(gè)時(shí)段的巡更任務(wù)信息，對(duì)異常行為進(jìn)行上墻告警，同時(shí)可在可視化平臺(tái)展示模擬巡更路線。

3.車輛管理

?；愤\(yùn)輸車輛的管理也是應(yīng)急管理的重要部分，需要建立運(yùn)輸檔案，結(jié)合企業(yè)的卡口道閘和車載GPS及視頻監(jiān)控進(jìn)行跟蹤管理，對(duì)于進(jìn)出企業(yè)內(nèi)部的車輛進(jìn)行裝卸管理和停車管理。

（1）車輛定位跟蹤：通過可視化平臺(tái)對(duì)危險(xiǎn)品車輛運(yùn)輸過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在3D地圖中可以查看危化車輛的實(shí)時(shí)視頻、實(shí)時(shí)定位和軌跡回放。（2）裝卸管理：對(duì)于?；锲返难b卸需要接入視頻監(jiān)控進(jìn)行全程監(jiān)管。（3）停車管理：通過對(duì)接卡口道閘數(shù)據(jù)，在三維可視化平臺(tái)可直觀看到車位使用情況、車輛信息等?？梢龑?dǎo)?；囕v停放到安全的位置，出現(xiàn)亂停放現(xiàn)象時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出告警信息。

（四）應(yīng)急救援

企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，應(yīng)急處置尤為重要。應(yīng)用三維可視化技術(shù)可以加強(qiáng)和規(guī)范危險(xiǎn)源監(jiān)管，從事前預(yù)防、事中處理、事發(fā)響應(yīng)等各方面全方位提高企業(yè)消防安全管理的應(yīng)急處置能力。

1.消防設(shè)施管理

目前消防物聯(lián)感知設(shè)備有可燃?xì)怏w、煙感、水壓、水位、電氣火災(zāi)檢測(cè)、智能消防栓等?？赏ㄟ^現(xiàn)場物聯(lián)設(shè)備實(shí)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(diào)試。也可通過與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，消防子系統(tǒng)把數(shù)據(jù)匯聚到消防監(jiān)控室報(bào)警主機(jī)，通過串口服務(wù)器跟報(bào)警主機(jī)對(duì)接，通過Modbus協(xié)議獲取相關(guān)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可對(duì)企業(yè)樓宇建筑的內(nèi)部消防設(shè)施情況進(jìn)行三維立體展示。

2.應(yīng)急預(yù)案

可結(jié)合三維模型制作應(yīng)急預(yù)案，通過對(duì)接各類已建系統(tǒng)，整合全方位數(shù)據(jù)，通過三維平臺(tái)可以綜合展示滅火救援的裝備，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)逃生路線，增強(qiáng)作戰(zhàn)效能，加強(qiáng)輔助指揮決策能力[4]。

支持在數(shù)字孿生平臺(tái)上模擬應(yīng)急疏散，編制?；髽I(yè)的三維可視化應(yīng)急預(yù)案。平臺(tái)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(shè)計(jì)和配置安保范圍內(nèi)的建筑和應(yīng)急設(shè)備，高度還原真實(shí)世界，讓相關(guān)人員全面了解周邊安保設(shè)施、交通路線，熟悉現(xiàn)場環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)。根據(jù)完整的可視化預(yù)案，實(shí)時(shí)部署安保力量，保證指揮及力量部署的精準(zhǔn)化[5]。

七、結(jié)語

與傳統(tǒng)的企業(yè)監(jiān)管系統(tǒng)相比，數(shù)字孿生平臺(tái)具有不可比擬的場景優(yōu)勢(shì)?；谌S可視化的?；髽I(yè)監(jiān)管平臺(tái)利用新一代信息技術(shù)的態(tài)勢(shì)感知、優(yōu)化處理、智能交互和智慧決策能力，促進(jìn)?；髽I(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控，推動(dòng)企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型、增強(qiáng)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)防控能力、提升政府監(jiān)管水平。三維可視化技術(shù)助力城市管理進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)新，加快構(gòu)建城市“元宇宙”。H

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