傾斜攝影實景三維在智慧工廠 Web 3D GIS 數字孿生應用


 

數字化推動鋼鐵工業轉型升級

數字時代,隨着數字地球,數字中國,數字工廠等數字化建設的不斷深入,以地理信息系統(Geographic Information System, GIS)為基礎,融合大數據可視化、雲計算、物聯網以及人工智能等新一代信息技術,顛覆傳統GIS應用, 激發了地理信息產業新的生命力,讓地理信息應用越來越廣泛,走向時代的舞台。

 

界面簡介及效果預覽

鋼鐵作為國民經濟發展的重要基礎原材料,鋼鐵行業的產品創新為中國經濟的發展提供有力的支撐。“十三五”以來,中國的鋼鐵工業從頂層設計到落地生根,在全面部署、積極探索行業科技創新之路上取得了卓越的層級。“十四五”要把控鋼鐵工業的高質量發展,加快推進綠色發展和智能化制造,重點解決控產能擴張、促產業集中、保資源安全三大難點。

通過圖撲軟件的可視化以及 GIS 相關技術,對鋼鐵廠能源和安全方面進行全方位的數字化建設,讓鋼鐵廠的監控更為直觀,控制更加精准,提高鋼鐵工廠的整體管理水平和煉鋼效率,推進鋼鐵工業綠色化和智能化的轉型升級進程。

 

實現價值

基於 HT for Web 和 GIS 技術的數字鋼鐵廠建設主要有以下三部曲:

數據獲取:

Ø 鋼鐵廠三維場景數據獲取方式主要有兩種:一種是通過航拍建模;一種是通過人工建模。

Ø 鋼鐵廠業務數據(監測點點位、管轄區域范圍、巡航線路等)的獲取主要是通過已經建設的基礎地理信息系統中的管理以及廠區所部署的設備的監測數據等。

 

航拍建模,也稱傾斜攝影實景三維,是近年來快速發展的一項 GIS 技術。利用飛機或無人機搭載多台傳感器,從前后左右以及垂直五個方向對地物進行拍攝采集,快速高效獲取真實反映地面情況的數據信息。通過糾正、平差、多視影像匹配等一系列的內業處理操作,最終獲得三維模型。

人工建模,主要是根據一定范圍內的場景圖或者CAD圖紙結合實景照片對地面情況進行人工建模。

航拍建模與人工建模的特點對比情況如下:

 

除了上述特點之外,航拍建模的成果數據具有地理坐標系信息,可以准確的和GIS 匹配,人工建模要和 GIS 匹配需要人工進行空間矯正配准。航拍建模的 OSGB 模型數據具有多細節層次(Level of Detail, LOD),系統可以根據用戶的瀏覽時和場景的距離顯示不同精度的 LOD 層級模型,提高數據展示渲染的高效性。但是,航拍建模也有一定的弊端,比如建模的精細度不如人工建模精細,如果需要更加精細的模型,需要大量的人工干預處理。如果需要對簡單模型進行查詢、分析和編輯等,需要對航拍進行單體化處理,單體化的修復需要更長的周期和更高的費用,因此,單體化處理應用在重點建築或古跡方面。

 

數據分析

空間的數據分析是GIS 的核心內容之一。對於數字鋼鐵廠而言,在環保方面,主要是對 TSP、PM10、PM2.5、有組織、廠區污染情況等進行分析;在安全方面,主要是對場景監控、消防設備以及安全范圍四色圖。

對於鋼鐵廠中監控點的布控合理性進行分析,輔助指導鋼鐵廠的監控布設工作,更加全面監控廠區的生產狀態。

對於鋼鐵廠污染情況的分析,進而指導鋼鐵廠的環境治理工作,促進廠區的綠色化建設。
通過廠區安全四色圖分析,對重點安全防范區域的消防設備和監控設備的布控具有重要的指導意義。

 

數據可視化

數據分析結果存在於具體的數據報表上,對於非專業人,很難直接清晰了解到具體的分析結果。數據可視化能夠讓分析結果在場景中直觀的呈現,將分析結果簡單明了地呈現在用戶面前,輔助指導決策。另一方面,數據可視化一定程度上也改變以往的工作模式,例如廠區的巡檢,工作人員不需要到實地現場進行,直接在可視化平台上通過漫游、視頻監控等方式進行查看,結合物聯網,甚至可以對廠區指標監測異常或告警的時候進行控制處理。

對於數字鋼鐵廠的系統功能主要設置有以下幾個:

  • 廠區漫游
  • 視頻監控
  • 指標監測
  • 污染監控
  • 區域四色圖
  • 消防檢測分布

 

廠區漫游

1、定點漫游

定點漫游是根據經緯度固定漫游的中心位置,以一定視距對場景進行 360 度的環繞漫游,讓用戶全面觀看廠區的全貌。

 

2、 線路漫游

除了定點漫游外,HT 和 GIS 的集成方案中也提供了根據經緯度和海拔數據構建漫游線路,讓用戶以第一人稱的視角按照指定線路對鋼鐵廠區進行巡檢漫游,在制定線路的時候可以參考重點區域或智能化水平較高的區域進行制定,給用戶呈現鋼鐵廠重點發展區域以及智能化發展成效。

 

視頻監控:

視頻監控在先進可視化領域的需求也越來越多。集成了GIS 的視頻監控相比於傳統的視頻監控更能快速定位具體的監控位置,當有意外情況發生時,不僅能快速定位事件位置,還能快速查看區域的情況信息。

 

指標及車輛監測:

對於鋼鐵廠而言,廠區的環境監控是相當重要,這也是積極推進鋼鐵工業綠色化的原因。綠水青山就是金山銀山。現今,大部分鋼鐵廠對廠區的環境監控都布設了相應的監控點位,通過對接設備上的實時數據,可以對廠區的環境進行全面的監測把控。同時,針對影響環境的因素,如,車輛尾氣的排放,也可以進行廠區的車輛分布及具體信息進行實時監控。

 

 

污染監控:

指標監控主要可以看具體監控的點位附近的污染程度,通過熱力圖,將監測點上的數值以區域面進行呈現,更加直觀反映污染程度及影響范圍,輔助相關人員對廠區環境治理工作的進行。

 

區域四色圖:

區域四色圖是對鋼鐵廠區域范圍按照不同的風險分布進行展示,總覽區域四色圖可以全面了解鋼鐵廠的風險區域分布情況。同時,結合指標監測點或視頻監控點,可以對指標監測點和視頻監控點分布進行分析評估,分析確定重點危險區域是否加強監測監控,提高整個鋼鐵廠區的綜合治理和管理。

 

消防檢測分布:

通過消防檢測可以知道廠區內消防設備的分布情況以及消防設備的相關信息。

 

總結 

鋼鐵行業的發展要以自主可控為基點,提升自主能力,提高行業競爭優勢;要以綠色化智能化為核心,提高整體的管控一體化水平及制造水平,打造為智能制造行業;要以科技創新為切入點,形成創新協同互動的新生態圈。

HT 和 GIS 集成除了應用於鋼鐵行業的數字工廠外,在智慧城市、智慧礦山、智慧園區等眾多領域也有廣泛的應用。在用地選址、路徑規划、資源分配以及環境監測等方面,宏觀上輔助決策分析,微觀上監控管控資產,讓每一個行業走上更加智能化的生產、管理和運維。

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