CN115761147A - 一种化工厂可视化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工厂可视化系统，该系统包括三维建模模块、实时监控模块、可视化管理模块、数据协同管理模块、报警模块、报表显示模块、权限管理模块及导航模块。本发明借助三维建模技术及可视化技术，还原整个化工厂生产系统，将采集到的各种有效参数与化工产业现场可视化模型实时结合，生动形象将化工厂真实运行信息多维数据一体化呈现，打通所有数据孤岛，形成可视化大数据中心，建成数字孪生管理系统，指导日常安全生产管理，以及对突发应急事件的处理。

Description

一种化工厂可视化系统及方法

技术领域

本发明涉及化工厂三维可视化技术领域，具体来说，涉及一种化工厂可视化系统及方法。

背景技术

近年来，国内有一些文章讨论了化工厂建模的问题，也有从底层开发的相关报道。例如基于AutoDesk公司软件平台，通过手工交互建立化工厂管道立体模型的方法。这种方法虽然实现了一定的自动化，但是对于大规模管道建模，过程还比较复杂，且工作量很大。而智慧化工厂的发展趋势将是基于云、边、端架构的新型基础设施和终端设备将大量改造、落成和上市，用于化工厂数据的感知、处理、存储和交互并实现“数字化”；未来将在工作场景中通过手机、手环、眼镜、PC等智能设备获得扩展现实、裸眼3D、语音和手势交互等多模态的沉浸式人机交互决策辅助，从而将重复性的人力劳动解放出来，大大提升效率和体验。因此提出一种化工厂可视化系统及方法来解决上述问题。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种化工厂可视化系统及方法以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种化工厂可视化系统包括三维建模模块、实时监控模块、可视化管理模块和系统管理模块；

其中，所述三维建模模块，用于通过预设在化工厂的若干传感器及测量设备获取化工厂的三维数据，并通过三维建模技术，构建三维化工厂模型，同时在虚拟空间内完成动态数据、动作姿态及生产流程的映射；所述三维建模模块包括自动漫游模块、自由漫游模块、分层模型展示模块和安全提示模块，所述自动漫游模块和自由漫游模块提供漫游体验，在自由漫游模式中可通过与模型的交互查看化工厂的实时数据和静态数据；所述分层模型展示模块可以清晰的展现多层化工厂建筑内的设备、管道排列情况；所述安全提示模块在漫游至危险设备周边区域时，提示该区域的危险程度；

所述实时监控模块，用于通过物联网技术将三维化工厂模型与现有集控系统、监控系统、信息管理系统的实时数据库进行动态交互，实现数据的共享互通，并以自由视角方式展示三维化工厂模型及观测测点的状态或参数；

所述可视化管理模块，用于将三维化工厂模型接入视频监控系统，实现视频监控系统的大屏的自动展示；所述可视化管理模块基于MySQL数据库将获取的信息分为静态数据和动态实时数据，其中所述静态数据包括设计信息和组件信息，所述动态实时数据包括测点实时值和测点警戒值；所述可视化管理模块结合三维场景，当化工厂中某设备的测点实时值超过警戒值时触发报警功能；

所述系统管理模块用于测点维护和权限管理，为不同用户分配不同的用户权限，普通用户进行信息的查询，高级用户进行系统信息的修改，包括新增或删除测点。

进一步的，所述三维建模模块采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，每个二级节点又包含多个下级子节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；所述根节点为化工厂整个场景，二级节点为化工厂各个系统，对所述设计模型进行分系统导出，确定根节点，循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型。

进一步的，所述将RVM模型转换为FBX模型，包括同类同轴模型简化：

1）将桁架模型按长度方向轴线分组，

2）将分组桁架拆分为前后连接的小组，按照各模型在该组轴线方向的投影坐标排序，

3）计算各分组中最后一个模型在长度方向的终点E，保持各分组中第1个模型的起点不变，将终点改为E，保留第一个模型，删除各分组内其余模型。

利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

采用上述化工厂可视化系统的可视化方法，包括

1）采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；

2）循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型；

3）将FBX模型导入到三维渲染引擎Unity3d中，对模型布局进行调整，对模型静态属性与动态属性程序进行编写，使得三维场景与框架软件WPF间的数据接口进行搭建；

4）利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

本发明的有益效果为：

1、本发明借助可视化技术，还原整个化工厂生产系统，将化工生产过程中可以采集到的各种有效参数与生产系统可视化模型的有效实时结合，生动形象将矿井真实运行信息多维数据一体化呈现，打通所有数据孤岛，形成可视化大数据中心，建成数字孪生管理系统，指导日常安全生产管理，以及对突发应急事件的处理。

2、本发明的三维建模技术及可视化技术，可大幅提高建模速度，适用于化工厂复杂环境，降低了工作量，实现了可视化的加速，提高了可视化的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的化工厂可视化系统的原理框图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

作为本发明的优选一个实施例，如图1所示，一种化工厂可视化系统包括三维建模模块1、实时监控模块2、可视化管理模块3和系统管理模块4；

其中，所述三维建模模块1，用于通过预设在化工厂的若干传感器及测量设备获取化工厂的三维数据，并通过三维建模技术，构建三维化工厂模型，同时在虚拟空间内完成动态数据、动作姿态及生产流程的映射；所述三维建模模块包括自动漫游模块、自由漫游模块、分层模型展示模块和安全提示模块，所述自动漫游模块和自由漫游模块提供漫游体验，在自由漫游模式中可通过与模型的交互查看化工厂的实时数据和静态数据；所述分层模型展示模块可以清晰的展现多层化工厂建筑内的设备、管道排列情况；所述安全提示模块在漫游至危险设备周边区域时，提示该区域的危险程度；

所述实时监控模块2，用于通过物联网技术将三维化工厂模型与现有集控系统、监控系统、信息管理系统的实时数据库进行动态交互，实现数据的共享互通，并以自由视角方式展示三维化工厂模型及观测测点的状态或参数；

所述可视化管理模块3，用于将三维化工厂模型接入视频监控系统，实现视频监控系统的大屏的自动展示；所述可视化管理模块基于MySQL数据库将获取的信息分为静态数据和动态实时数据，其中所述静态数据包括设计信息和组件信息，所述动态实时数据包括测点实时值和测点警戒值；所述可视化管理模块结合三维场景，当化工厂中某设备的测点实时值超过警戒值时触发报警功能；

所述系统管理模块4用于测点维护和权限管理，为不同用户分配不同的用户权限，普通用户进行信息的查询，高级用户进行系统信息的修改，包括新增或删除测点。

进一步的，所述三维建模模块采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，每个二级节点又包含多个下级子节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；所述根节点为化工厂整个场景，二级节点为化工厂各个系统，对所述设计模型进行分系统导出，确定根节点，循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型。

进一步的，所述将RVM模型转换为FBX模型，包括同类同轴模型简化：

1）将桁架模型按长度方向轴线分组，

2）将分组桁架拆分为前后连接的小组，按照各模型在该组轴线方向的投影坐标排序，

3）计算各分组中最后一个模型在长度方向的终点E，保持各分组中第1个模型的起点不变，将终点改为E，保留第一个模型，删除各分组内其余模型。

利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

作为本发明的优选另一个实施例，采用上述化工厂可视化系统的可视化方法，包括

1）采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；

2）循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型；

3）将FBX模型导入到三维渲染引擎Unity3d中，对模型布局进行调整，对模型静态属性与动态属性程序进行编写，使得三维场景与框架软件WPF间的数据接口进行搭建；

4）利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种化工厂可视化系统，其特征在于，该系统包括三维建模模块、实时监控模块、可视化管理模块和系统管理模块；

其中，所述三维建模模块，用于通过预设在化工厂的若干传感器及测量设备获取化工厂的三维数据，并通过三维建模技术，构建三维化工厂模型，同时在虚拟空间内完成动态数据、动作姿态及生产流程的映射；所述三维建模模块包括自动漫游模块、自由漫游模块、分层模型展示模块和安全提示模块，所述自动漫游模块和自由漫游模块提供漫游体验，在自由漫游模式中可通过与模型的交互查看化工厂的实时数据和静态数据；所述分层模型展示模块可以清晰的展现多层化工厂建筑内的设备、管道排列情况；所述安全提示模块在漫游至危险设备周边区域时，提示该区域的危险程度；

所述实时监控模块，用于通过物联网技术将三维化工厂模型与现有集控系统、监控系统、信息管理系统的实时数据库进行动态交互，实现数据的共享互通，并以自由视角方式展示三维化工厂模型及观测测点的状态或参数；

所述可视化管理模块，用于将三维化工厂模型接入视频监控系统，实现视频监控系统的大屏的自动展示；所述可视化管理模块基于MySQL数据库将获取的信息分为静态数据和动态实时数据，其中所述静态数据包括设计信息和组件信息，所述动态实时数据包括测点实时值和测点警戒值；所述可视化管理模块结合三维场景，当化工厂中某设备的测点实时值超过警戒值时触发报警功能；

所述系统管理模块用于测点维护和权限管理，为不同用户分配不同的用户权限，普通用户进行信息的查询，高级用户进行系统信息的修改，包括新增或删除测点。

2.根据权利要求1所述的一种化工厂可视化系统，其特征在于，所述三维建模模块采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，每个二级节点又包含多个下级子节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；所述根节点为化工厂整个场景，二级节点为化工厂各个系统，对所述设计模型进行分系统导出，确定根节点，循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型。

3.根据权利要求2所述的一种化工厂可视化系统，其特征在于，所述将RVM模型转换为FBX模型，包括同类同轴模型简化：

1）将桁架模型按长度方向轴线分组，

2）将分组桁架拆分为前后连接的小组，按照各模型在该组轴线方向的投影坐标排序，

3）计算各分组中最后一个模型在长度方向的终点E，保持各分组中第1个模型的起点不变，将终点改为E，保留第一个模型，删除各分组内其余模型。

4.根据权利要求2所述的一种化工厂可视化系统，其特征在于，将FBX模型导入到三维渲染引擎Unity3d中，对模型布局进行调整，对模型静态属性与动态属性程序进行编写，使得三维场景与框架软件WPF间的数据接口进行搭建；

建立化工厂地形、设备、设施的若干网格块，并在每个网格块中确定若干网格点，且以各个网格点之间的平均间距作为预设划分距离；

通过若干网格点计算得到网格节点，且对每个网格节点按照行序建立搜索范围表，完成每个网格节点的修正；

利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种化工厂可视化系统的可视化方法，其特征在于，

1）采用PDMS软件进行化工厂的建模设计，PDMS数据库基于树状层次结构，包括根节点和二级节点，采用二进制RVM格式以节点的方式存储设计模型的信息；

2）循环访问根节点下的所有二级节点实现每个二级节点模型的导出，每次循环隐藏当前二级节点外的其他所有模型，导出当前的FBX模型后取消隐藏模型，遍历各二级节点直至所有模型导出，将RVM模型转换为FBX模型；

3）将FBX模型导入到三维渲染引擎Unity3d中，对模型布局进行调整，对模型静态属性与动态属性程序进行编写，使得三维场景与框架软件WPF间的数据接口进行搭建；

4）利用CUDA的光线投射算法获取三维建模图像的颜色信息，并绘制可视化图像，且计算出三维建模图像中的每个像素具备的颜色值和透明值，完成三维建模图像的合成。

Images