CN110009195A - 基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统。该系统包括高精度定位系统、设备数据资源池系统、三维软件集成系统、主动安全数据库系统。其中，高精度定位系统采集火电厂重要移动设备的位置信息和火电厂操作人员、普通移动设备的实时位置信息，并将采集到的信息传入设备数据资源池系统；三维软件集成系统收集全厂三维模型信息，并将数据无损压缩后传入设备数据资源池系统；设备数据资源池系统为安全数据库系统提供厂房设备运行状态信息、施工人员作业信息、安全管理信息等。该系统通过对高精度定位、三维数据模型、主动安全数据库等进行有效集成，可实现危险的预控管理智能化。
Description
技术领域
本发明涉及风险预控管理领域，具体涉及一种基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，属于火电厂智能安全管理技术领域。
背景技术
近年来，国内火力发电行业朝着智能发电的方向快速发展，火电厂管理模式正在转型。安全管理是智能发电的重要组成部分，可对火电厂的安全、高效运行提供重要保障。目前，在火电厂已经出现了一些安全管理系统，但是往往局限于视频监控或者门禁系统，不具有全局化、全过程、精准化的功能。此外，由于未采取有效手段对多种人员、设备、厂房等信息进行智能化融合，无法实现风险预控管理功能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统。该系统包括：高精度定位系统、设备数据资源池系统、三维软件集成系统和主动安全数据库系统。高精度定位系统采集火电厂一重要移动设备的位置信息和火电厂操作人员、普通移动设备的实时位置信息，并将采集到的信息传入设备数据资源池系统；三维软件集成系统收集全厂三维模型信息，并将数据无损压缩后传入设备数据资源池系统；设备数据资源池系统为安全数据库系统提供厂房设备运行状态信息、施工人员作业信息、安全管理信息等。
高精度定位系统包括：重要移动设备的卫星定位模块和操作人员、普通移动设备的蓝牙定位模块。重要移动设备的卫星定位模块和操作人员、普通移动设备的蓝牙定位模块的上层数据传输均采用GPRS技术进行通讯，共用一组通讯基站设备进行数据的并行传输；卫星定位模块基于主从卫星差分定位原理，采用GNSS天线晶振载波相位差定位技术采集重要移动设备的位置信息，并将位置信息遵循Ntrip协议进行传输；蓝牙定位模块采用基于RSSI测距的蓝牙定位技术采集操作人员、普通移动设备的位置信息，并通过多功能通信芯片MC20进行位置信息的传输。手机蓝牙定位采用IBEACON低功耗技术，由Beacon发射信号，蓝牙设备定位接收，反馈信号。移动端和BEACON距离通过手机内嵌软件进行多角度顺序计算，计算原理基于RSSI算法，移动端、BEACON、RRU通信模块形成定位角度，采集顺序依次为小于120度，大于120度小于240度，小于240度大于360度，定位精度10cm。手机GSM通讯将MC20采集的蓝牙数据通过GPRS芯片与最近基站RRU建立TCP连接，最后上传至上层主站数据库系统和监控平台。完成电厂重要设备和移动端的高精度定位。
设备数据资源池系统包括：跨平台B/S模块、云储存模块、重要事件摘出硬件辅助存储模块、数据管理模块。云储存模块作为整个设备数据资源池系统的数据库，根据电厂安全准则选择出重要信息传输至硬件辅助存储模块；B/S模块分别采用Internet Explorer浏览装置和SQL Server数据库，通过Web Server进行数据交互传输；云储存模块采用FC光纤通道存储设备，选用松弛耦合非对称(LCA)构架方法，利用数据加密技术进行数据安全保护；硬件辅助储存模块采用大容量、分批次硬盘进行重要信息储存。
三维软件集成系统包括：全厂三维建模模块、三维数据无损压缩模块、三维数据通信模块。全厂三维建模模块采用Bentley软件建立电厂实景模型，并将其发送给三维数据无损压缩模块；三维数据无损压缩模块采用小波变换和算术编码的无损图像压缩方法对电厂实景模型进行压缩；三维数据通信模块采用GPRS技术将压缩后的电厂实景模型传输至设备数据资源池系统。
安全数据库系统包括：厂房设备运行状态三维模块、操作人员3D模型展示模块，智能危险预控措施辅助模块、周围施工提示模块、作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块。厂房设备运行状态三维模块、操作人员3D模型展示模块将收集信息传入安全数据库系统，安全数据库系统传送对应数据到智能危险预控措施辅助模块和周围施工提示模块，作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块与安全数据库系统进行交互传输，安全数据库系统将火电厂安全管理数据信息传入作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块，在两个模块进行给定数据和实际操作数据的比较后，将结果传输至安全数据库系统；厂房设备运行状态三维模块采用Bentley软件进行厂房设备建模，将正常运行状态设置为绿色，非正常运行状态设置为红色；操作人员3D模型展示模块建模采用基于粒子群算法的动态3D实时建模技术，模型展示采用全息成像技术；智能危险预控措施辅助模块和周围施工提示模块内嵌至工作人员手机中，通信采用GPRS技术，采用间隔定时器触发主动安全数据库，发送风险预控信息至模块，模块设置有新信息提醒功能，采用语音和震动两种提示方式；作业模式管理模块采用基于RBF神经网络的作业模式识别方法，对各个设备的实际数据进行仿真确定网络权值；智能巡点检系统联动模块是将设备巡检管理系统设置在手机APP中，将定期工作卡、“两票”操作、启停机管理、再鉴定工作等日常工作内容集于一体，合成手机端APP。
本发明的有益效果在于：
集成了先进的无线物联、高精度定位、数据模型化、展示交互三维化、危险预控管理智能化等技术，以高精度定位系统和主动安全数据库系统为主要依托，构成了智能化、精准化的风险预控管理系统，可实现定期检修与维护、日常运维、故障处理、常规定期巡检、大部件的更换、特定部件的检修等常见问题的智能化管理。通过将安全预警、安全操作规范提示、设备和人员操作安全实时监控、全厂安全信息联动等功能结合在一起，有效预防电厂不安全事故的发生。
附图说明
图1为本发明所提出的风险预控管理系统结构图；
图2为本发明所提出的高精度定位系统结构图；
图3为本发明所提出的设备数据资源池系统结构图；
图4为本发明所提出的三维软件集成系统结构图；
图5为本发明所提出的主动安全数据库系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
风险预控管理系统的结构如图1所示，包括高精度定位系统、三维软件集成系统、设备数据资源池系统、主动安全数据库系统。风险预控管理系统分为三层结构，高精度定位系统和三维软件集成系统属于数据采集层，主动安全数据库系统属于数据收送层，设备数据资源池系统属于数据存储层。
图2是高精度定位系统结构图。高精度定位系统主要包括卫星接收机、移动手机蓝牙系统、蓝牙定位接收器、手机内嵌测距软件、RRU远端射频模块、星形连接网络、终端监控平台。
GPS/北斗主从双卫星定位系统采用差分定位，每种接收器设置为两个，将接收器位置置于厂房顶楼外侧，通过卫星精准定时，将重要移动设备位置的实时数据通过既定频率发送至上层主站系统。双卫星差分定位通过将电厂网格临近基准站已知坐标和伪距单点定位坐标进行求差获得各基准站的坐标改正数，并将改正数进行反距离加权内插，生成格网中心点坐标改正数作为该网格内定位终端坐标改正值。
监控操作人员位置信息采用蓝牙定位。每个需要实时进行监控的厂房，都装置一个蓝牙接收器和一个RRU远端射频模块。在操作人员手机中装设蓝牙定位软件，定位软件采用RSSI测距算法，测距原理依据操作人员距离蓝牙接收器的距离和测量信号强度成正比原理，每个厂房内的蓝牙接收器和RRU进行串联，传递在内操作人员实时位置信息。可移动设备采用电子标签定位，位置信息实时传入RRU模块内。所有需要监控厂房内的RRU模块与BBU模块采用星形连接方式，BBU模块经过具体各个厂房间距确定最优位置。微基站信号覆盖选取采用从RNC引出，同频不同扰码方式。
图3是设备数据资源池系统结构图。设备数据资源池系统包括跨平台B/S模块、云储存模块、重要事件摘出硬件辅助存储模块、数据管理模块。云储存模块是整个资源池系统数据库，并根据电厂安全准则选择出重要信息传输至硬件辅助存储模块。跨平台B/S模块提供从浏览器观察整个设备数据资源池系统的所有动态信息。
图4是三维软件集成系统结构图。三维软件集成系统包括全厂三维建模模块、三维数据无损压缩模块、三维数据通信模块。全厂三维建模模块采用Bentley软件建立电厂实景模型，并将其发送给三维数据无损压缩模块；三维数据无损压缩模块采用小波变换和算术编码的无损图像压缩方法对电厂实景模型进行压缩；三维数据通信模块采用GPRS技术将压缩后的电厂实景模型传输至设备数据资源池系统。
图5是主动安全数据库系统结构图。主动安全数据库系统由六个模块组成：厂房设备运行状态三维模块、操作人员3D模型展示模块、智能危险预控措施辅助模块、周围施工提示模块、作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块。前五个模块负责收集、发送和提示全厂安全信息，智能巡点检系统联动模块负责向智能巡点检系统推送主动安全相关信息。
操作人员3D模型展示模块通过高精度定位系统和3D全息成像原理，高精度模拟出操作人员实时动作，并结合厂房摄像头资源，实时检测厂房操作人员位置和状态，并实时传送至主动安全数据库系统。这样方便监视操作人员工作状态和通过通信设施进行现场指挥等，3D成像记录仪内存相比摄像资源存储更加方便快捷，有利于长时间、大容量保存。
智能危险预控措施辅助模块的集成信息包括明确相关责任人信息、工作内容、工作地点、操作设备对象等，现场操作区域依据安全类型和安全级别进行划分和定位，将该位置的对应安全注意事项和危险预防措施，结合该区域设备的安全等级、注意事项、运行标准、电厂安全规程、危险点预控票、重点安全措施等集成至安全数据库系统，当运行人员在现场巡检或者开展维修工作时，走到相应位置，其附近设备的安全数据信息将主动发送到点检仪或随身携带的相关移动设备。这样能给出巡检人员附近的危险信息，避免不必要的事故。
周围施工提示模块有提示警示信息发送功能，当运行人员在现场巡检或者开展维修工作时，走到相应位置，其附近设备的安全数据信息将主动发送附近是否有施工的信息到点检仪或随身携带的相关移动设备。
作业模式管理模块为每一项作业任务事先构建作业模式。作业模式分为紧急作业、安检作业、日常维护作业等，布置任务时，选择相对应的作业模式，快速布置任务。紧急作业模式要求相关人员快速进入工作岗位并严格按照每一个操作规定要求，有顺序的完成相关作业；安检作业按照安检流程严格执行，步骤错误将不能进入下一环节；日常维护设置为普通作业方式。作业设定直接选择或绘制设备区域，配置相应的作用和要求限制，建立任务操作流程和规范。有需要新建立的任务同时作为作业模式存入作业模式库并发送给作业人员。
智能巡点检系统联动模块是智能风险预控管理系统与智能点巡检系统的集成，它的主要作用是推送主动安全相关信息。巡点检系统联动作业除了包含通常设定的允许区域和禁区外，针对巡点检作业，设定必到区域，及必到区域的停留时间。根据是否到过必到区域、停留时间是否达到规程要求、到过次数是否达到规程要求等来判定作业任务完成情况。巡点检作业任务结束时，系统自动检查巡视区域和时间，对巡视点不到位和在设备区域停留时间不足情况进行提醒，给出异常情况记录。
Claims (9)
1.一种基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，其特征在于，该系统包括：高精度定位系统、设备数据资源池系统、三维软件集成系统和主动安全数据库系统；高精度定位系统采集火电厂重要移动设备的位置信息和火电厂操作人员、普通移动设备的实时位置信息，并将采集到的信息传入设备数据资源池系统；三维软件集成系统收集全厂三维模型信息，并将数据无损压缩后传入设备数据资源池系统；设备数据资源池系统为安全数据库系统提供厂房设备运行状态信息、施工人员作业信息、安全管理信息等。
2.如权利要求1所述的基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，其特征在于所述的高精度定位系统包括：重要移动设备的卫星定位模块和操作人员、普通移动设备的蓝牙定位模块。
3.如权利要求1所述的基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，其特征在于所述的设备数据资源池系统包括：跨平台B/S模块、云储存模块、重要事件摘出硬件辅助存储模块、数据管理模块。
4.如权利要求1所述的基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，其特征在于所述的三维软件集成系统包括：全厂三维建模模块、三维数据无损压缩模块、三维数据通信模块。
5.如权利要求1所述的基于虚拟物理信息融合技术的火电厂风险预控管理系统，其特征在于安全数据库系统包括：厂房设备运行状态三维模块、操作人员3D模型展示模块，智能危险预控措施辅助模块、周围施工提示模块、作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块。
6.如权利要求2所述的高精度定位系统，其特征在于重要移动设备的卫星定位模块和操作人员、普通移动设备的蓝牙定位模块的上层数据传输均采用GPRS技术进行通讯，共用一组通讯基站设备进行数据的并行传输；卫星定位模块基于主从卫星差分定位原理，采用GNSS天线晶振载波相位差定位技术采集重要移动设备的位置信息，并将位置信息遵循Ntrip协议进行传输；蓝牙定位模块采用基于RSSI测距的蓝牙定位技术采集操作人员、普通移动设备的位置信息，并通过多功能通信芯片MC20进行位置信息的传输。
7.如权利要求3所述的设备数据资源池系统，其特征在于云储存模块作为整个设备数据资源池系统的数据库，根据电厂安全准则选择出重要信息传输至硬件辅助存储模块；B/S模块分别采用Internet Explorer浏览装置和SQL Server数据库，通过Web Server进行数据交互传输；云储存模块采用FC光纤通道存储设备，选用松弛耦合非对称(LCA)构架方法，利用数据加密技术进行数据安全保护；硬件辅助储存模块采用大容量、分批次硬盘进行重要信息储存。
8.如权利要求4所述的三维软件集成系统，其特征在于全厂三维建模模块采用Bentley软件建立电厂实景模型，并将其发送给三维数据无损压缩模块；三维数据无损压缩模块采用小波变换和算术编码的无损图像压缩方法对电厂实景模型进行压缩；三维数据通信模块采用GPRS技术将压缩后的电厂实景模型传输至设备数据资源池系统。
9.如权利要求5所述的安全数据库系统，其特征在于安全数据库系统收集厂房设备运行状态三维模块、操作人员3D模型展示模块的信息，并传送对应数据到智能危险预控措施辅助模块和周围施工提示模块；作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块与安全数据库系统进行交互传输；智能危险预控措施辅助模块将火电厂安全管理数据信息传入作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块；作业模式管理模块和智能巡点检系统联动模块进行给定数据和实际操作数据的比较后，将结果传输至智能危险预控措施辅助模块；厂房设备运行状态三维模块采用Bentley软件进行厂房设备建模，将正常运行状态设置为绿色，非正常运行状态设置为红色；操作人员3D模型展示模块建模采用基于粒子群算法的动态3D实时建模技术，模型展示采用全息成像技术；智能危险预控措施辅助模块和周围施工提示模块内嵌至工作人员手机中，通信采用GPRS技术，采用间隔定时器触发主动安全数据库，发送风险预控信息至周围施工提示模块；周围施工提示模块设置有新信息提醒功能，采用语音和震动两种提示方式；智能巡点检系统联动模块将设备巡检管理系统设置在手机APP中，将定期工作卡、“两票”操作、启停机管理、再鉴定工作等日常工作内容集于一体，合成手机端APP。
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