CN115941723A - 一种基于工业互联网的3d数字化电厂系统 - Google Patents

一种基于工业互联网的3d数字化电厂系统 Download PDF

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陈明明
王鹏
杨小海
刘名声
于艳华
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Abstract

本发明公开了一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统,包括3D建模模块,厂区漫游模块,智能安防模块与数字化移交模块;3D建模模块用于将电厂建筑、主要设备与内部管线的3D化,并将3D化后数据输入系统中;所述厂区漫游模块用于模型上添加云线点进行记录人员位置;所述智能安防模块用于对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏;所述数字化移交模块用于对6个月内监控视频数据与3D化后的数据储存与查看。本发明能够做到通过三维可视化平台、UWB人员定位、门禁、视频物联网技术,实现人员5cm内的定位,同时能够实现人员2小时内的工厂内的行走轨迹重现。

Description

一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统
技术领域
本发明涉及3D监控技术领域,特别是一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统。
背景技术
伴随发电行业自动化、智能化水平的不断提高,电厂数据资源呈现多样化、大量级、高速率等特点。在设计和建造期间,电厂产生大量的设计和建造数据;在运行和维护期间,电厂积累大量的生产、管理、维修、诊断、报警数据。而电厂数据资源利用和整合能力不足,受制于数据孤岛、数据分析能力和工具的限制,数据利用水平较低,各业务部门之间数据共享能力不强,在一定程度上制约了电厂业务的发展和工作效率的提升。
因此,无论从有效利用数据资源,为电力行业提供更为优质服务的角度考虑,还是从目前信息化、智能化技术本身的发展趋势角度考虑,利用大数据技术,整合各种数据资源,打通电厂全生命周期过程中的数据孤岛,开展三维数字化电厂项目建设具有重要的意义。
本次发明是针对这一问题的基于工业互联网的3D数字化电厂建设研究项目提出的应用需求。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的基于工业互联网的3D数字化电厂系统中存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明所要解决的问题在于如何提供一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其包括3D建模模块,厂区漫游模块,智能安防模块与数字化移交模块;
所述3D建模模块用于将电厂建筑、主要设备与内部管线的3D化,并将3D化后数据输入系统中;
所述厂区漫游模块用于模型上添加云线点进行记录人员位置;
所述智能安防模块用于对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏;
所述数字化移交模块用于对6个月内监控视频数据与3D化后的数据储存。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述3D建模模块用于工厂的信息输入,其中包含设备故障信息,设备安装调试信息,设备制造信息,设备运行信息,设备设计信息,设备费用信息行业同类设备信息与设备维护记录;
所述设备故障信息包括故障预警,故障诊断与故障事件记录;
所述设备运行信息包括生产实时信息,设备巡查信息与设备定期工作信息;
所述设备维护记录包括设备缺陷信息,预防性监护记录,日常点检记录与技术监督记录。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述厂区漫游模块拥有厂区漫游功能;
所述厂区漫游包括定位漫游,人物重力漫游与路径漫游;
所述定位漫游是对于项目中发现的问题,可以在模型上添加云线点进行记录,方便用户在多方协同中快速定位问题,辅助工程问题解决;
所述人物重力漫游是自定义用户常用模型场景,以实现按照场景的快速加载,可快速完成基于场景的应用操作;
所述路径漫游是自定义漫游路径,在三维视图播放漫游动画。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述厂区漫游模块通过人员定位管理系统可以对全厂人员进行监管和数据统计分析,并基于此功能的扩展应用,实现对现场作业、人员防护、巡点检管理有效管理。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述厂区漫游模块使用的是IR UWB通讯技术实现人员的定位管理;
所述IR UWB通讯技术是一种无载波通讯技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,具有抗干扰能力强、传输速率高、系统容量大、发射功率小、人体影响低等特点,能够满足奕光发电在其复杂现场条件下功能需求应用;
所述厂区漫游模块通过UWB技术实现生产区域的人员安全精细化管控,人员精准定位、人员行走轨迹回放、现场紧急情况SOS、重点区域人员密集程度监控、结合电子围绕实现密闭空间进出人员管控;
所述人员精准定位是在5cm内的定位;
所述厂区漫游模块可以实现人员实时效果;
所述UWB技术在进行宽带信号传播过程中是具有损耗的,损耗路径函数与距离、频率都有关系,因此路径损耗的函数PL(a,b)可以进行简写为是PL(a,b)=PL(b)PL(a)
而路径损耗与频率的关系是
Figure BDA0003912053730000031
其中F是频率对路径损耗的影响因子,其中α是时间参数,而路径损耗函数是关于距离且服从对数正态分布的随机函数,其空间损耗模型公式为
Figure BDA0003912053730000032
其中,PL0是当b0点的路径损耗,ζ是路径衰落系数,b0是参考距离取1m,其中Sσ(b)是阴影效应相对应的损耗,服从对数正态分布,均值是0而标准差是σ;
所述工业互联网的3D数字化电厂系统中宽带为20MHZ,所以带入上述公式后,能够做到通过UWB技术实现5cm内的人员精准定位。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述厂区漫游模块可以实现人员实时效果;
所述人员实时效果是将人员姓名、单位、职务、性别作为关键词输入三维工厂中,在进行人员实时检查时,根据时间段或时间、部门、区域、人员这个逻辑顺序进行人员实时定位。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述人员定位是针对时间段进行人员实时定位是显示人员轨迹,针对时间进行人员实时定位是可查看人的具体位置;
所述人员轨迹回放是在人员信息界面可点击“人员轨迹”查询轨迹信息,点击后系统显示人员轨迹,默认为2小时轨迹,用户可自定义回放时长。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述智能安防模块是对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏,其目的在于防止无关人员闯入,防止区域内人员超员与防止在区域内停留时间过长;
所述电子围栏由安全员在3D工厂模型中进行设置,灯光显示器与音响组成电子围栏的警示单位,安全员将电子围栏设置分为两种形式,分别是重点区域电子围栏与高危区域电子围栏;
当无人进入重点区域与高危区域时,电子围栏的灯光显示器显示为绿色;
当有人未经允许进入重点区域后,电子围栏的灯光显示器显示为蓝灯;
当有人未经允许进入重点区域2小时后,电子围栏的灯光显示器显示为黄色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
当有人未经允许进入高危区域电子围栏时,电子围栏的灯光显示器显示为红色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
所述有人未经允许进入重点区域2小时候才会变成黄色警告原因是人员轨迹的检测是默认为2小时轨迹,因此为了精准定位才会设置这个数值。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述数字化移交模块储存内容包括过往五个月内的监控视频与当月的视频监控,储存视频数据与视频所转化的3D工厂数据。
作为本发明所述基于工业互联网的3D数字化电厂系统的一种优选方案,其中:所述智能安防模块还可以进行工厂的视频监控效果,通过3D数据建模与视频监控系统的集成,实现对作业现场人员、设备进行实时监控;
通过视频识别算法,对工作现场人员的不安全行为进行识别,例如未佩戴安全帽、抽烟;
通过视频识别算法,对现场常见的跑冒滴漏进行识别;
所述视频识别算法是将往期工作现场人员不安全与现场跑冒滴漏情况图片放入识别模型中,当事故发生时调用附近监控画面快速定位到事发位置,查看现场情况,实现三维与实时视频快速联动。
本发明有益效果为通过三维可视化平台、UWB人员定位、门禁、视频等物联网技术,实现人员5cm内的定位,同时能够实现人员2小时内的工厂内的行走轨迹重现,结合全厂设备运行数据、管理数据,监控密闭空间人员进出,实现全厂设备自动巡检,重点区域的实时监控,人员的快速定位,现场安全事故快速反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的系统结构图。
图2为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的3D建筑建模结构图。
图3为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的3D内部建模结构图。
图4为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的总体结构图。
图5为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的电子栅栏示意图。
图6为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的定位漫游图。
图7为实施例2中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的人物重力漫游图。
图8为实施例3中基于工业互联网的3D数字化电厂系统的路径漫游图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本发明第一个实施例,该实施例提供了一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统,基于工业互联网的3D数字化电厂系统包括
3D建模模块100用于将电厂建筑、主要设备与内部管线的3D化,并将3D化后数据输入系统中;
厂区漫游模块200用于模型上添加云线点进行记录人员位置;
智能安防模块300用于对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏;
数字化移交模块400用于对6个月内监控视频数据与3D化后的数据储存。
3D建模模块100用于工厂的信息输入,其中包含设备故障信息,设备安装调试信息,设备制造信息,设备运行信息,设备设计信息,设备费用信息行业同类设备信息与设备维护记录;
厂区漫游包括定位漫游,人物重力漫游与路径漫游;
定位漫游是对于项目中发现的问题,可以在模型上添加云线点进行记录,方便用户在多方协同中快速定位问题,辅助工程问题解决;
人物重力漫游是自定义用户常用模型场景,以实现按照场景的快速加载,可快速完成基于场景的应用操作;
所述路径漫游是自定义漫游路径,在三维视图播放漫游动画。
厂区漫游模块200通过人员定位管理系统可以对全厂人员进行监管和数据统计分析,并基于此功能的扩展应用,实现对现场作业、人员防护、巡点检管理有效管理。
厂区漫游模块200使用的是IR UWB通讯技术实现人员的定位管理;
IR UWB通讯技术是一种无载波通讯技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,具有抗干扰能力强、传输速率高、系统容量大、发射功率小、人体影响低等特点,能够满足奕光发电在其复杂现场条件下功能需求应用;
厂区漫游模块200通过UWB技术实现生产区域的人员安全精细化管控,人员精准定位、人员行走轨迹回放、现场紧急情况SOS、重点区域人员密集程度监控、结合电子围绕实现密闭空间进出人员管控;
人员精准定位是在5cm内的定位;
厂区漫游模块200可以实现人员实时效果;
UWB技术在进行宽带信号传播过程中是具有损耗的,损耗路径函数与距离、频率都有关系,因此路径损耗的函数PL(a,b)可以进行简写为是
PL(a,b)=PL(b)PL(a)
而路径损耗与频率的关系是
Figure BDA0003912053730000071
其中F是频率对路径损耗的影响因子,其中α是时间参数,而路径损耗函数是关于距离且服从对数正态分布的随机函数,其空间损耗模型公式为
Figure BDA0003912053730000072
其中,PL0是当b0点的路径损耗,ζ是路径衰落系数,b0是参考距离取1m,其中Sσ(b)是阴影效应相对应的损耗,服从对数正态分布,均值是0而标准差是σ;
工业互联网的3D数字化电厂系统中宽带为20MHZ,所以带入上述公式后,能够做到通过UWB技术实现5cm内的人员精准定位。
厂区漫游模块200可以实现人员实时效果;
人员实时效果是将人员姓名、单位、职务、性别作为关键词输入三维工厂中,在进行人员实时检查时,根据时间段或时间、部门、区域、人员这个逻辑顺序进行人员实时定位。
人员定位是针对时间段进行人员实时定位是显示人员轨迹,针对时间进行人员实时定位是可查看人的具体位置;
所述人员轨迹回放是在人员信息界面可点击“人员轨迹”查询轨迹信息,点击后系统显示人员轨迹,默认为2小时轨迹,用户可自定义回放时长。
智能安防模块300是对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏,其目的在于防止无关人员闯入,防止区域内人员超员与防止在区域内停留时间过长;
所述电子围栏由安全员在3D工厂模型中进行设置,灯光显示器与音响组成电子围栏的警示单位,安全员将电子围栏设置分为两种形式,分别是重点区域电子围栏与高危区域电子围栏;
当无人进入重点区域与高危区域时,电子围栏的灯光显示器显示为绿色;
当有人未经允许进入重点区域后,电子围栏的灯光显示器显示为蓝灯;
当有人未经允许进入重点区域2小时后,电子围栏的灯光显示器显示为黄色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
当有人未经允许进入高危区域电子围栏时,电子围栏的灯光显示器显示为红色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
所述有人未经允许进入重点区域2小时候才会变成黄色警告原因是人员轨迹的检测是默认为2小时轨迹,因此为了精准定位才会设置这个数值。
数字化移交模块400储存内容包括过往五个月内的监控视频与当月的视频监控,储存视频数据与视频所转化的3D工厂数据。
实施例2
参照图1~5,为本发明第二个实施例,其不同于第一个实施例的是:还包括。在上一个实施例中,基于工业互联网的3D数字化电厂系统包括
3D数字化电厂包含外部结构与内部线路图,都进行3D数字化打造,其图二所示为3D数字化打造后的外部结构与设备,图3为3D数字化打造后的内部线路图。
在本发明的系统结构中,包含了3D建模模块100,厂区漫游模块200,智能安防模块300与数字化移交模块400,而在界面设计中,将其简化成了三维建模,厂区漫游,运行可视化,数字化移交与智能安防几个部分,结构如图1所示。
在操作者进行电厂结构的3D场景观察时,就可以通过如图4所示的3D模型进行全景观察。
智能安防模块300是对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏,其目的在于防止无关人员闯入,防止区域内人员超员与防止在区域内停留时间过长;
所述电子围栏由安全员在3D工厂模型中进行设置,灯光显示器与音响组成电子围栏的警示单位,安全员将电子围栏设置分为两种形式,分别是重点区域电子围栏与高危区域电子围栏;
当无人进入重点区域与高危区域时,电子围栏的灯光显示器显示为绿色;
当有人未经允许进入重点区域后,电子围栏的灯光显示器显示为蓝灯;
当有人未经允许进入重点区域2小时后,电子围栏的灯光显示器显示为黄色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
当有人未经允许进入高危区域电子围栏时,电子围栏的灯光显示器显示为红色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
所述有人未经允许进入重点区域2小时候才会变成黄色警告原因是人员轨迹的检测是默认为2小时轨迹,因此为了精准定位才会设置这个数值,电子栅栏的结构示意如图5所示。
实施例3
本发明第三个实施例,其不同于前两个实施例的是:
本发明进行实际运行后,需要的技术材料是
Figure BDA0003912053730000091
在进行3D模型打造后,可以实现对于定位漫游,人物重力漫游与路径漫游的实现,定位漫游3D化模型如图6所示,人物重力漫游3D化模型如图7所示,路径漫游3D化模型如图8所示。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于包括:3D建模模块(100),厂区漫游模块(200),智能安防模块(300)与数字化移交模块(400);
所述3D建模模块(100)用于将电厂建筑、主要设备与内部管线的3D化,并将3D化后数据输入系统中;
所述厂区漫游模块(200)用于模型上添加云线点进行记录人员位置;
所述智能安防模块(300)用于对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏;
所述数字化移交模块(400)用于对6个月内监控视频数据与3D化后的数据储存与查看。
2.如权利要求1所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述3D建模模块(100)用于工厂的3D模块信息输入,其中包含设备故障信息,设备安装调试信息,设备制造信息,设备运行信息,设备设计信息,设备费用信息行业同类设备信息与设备维护记录;
所述设备故障信息包括故障预警,故障诊断与故障事件记录;
所述设备运行信息包括生产实时信息,设备巡查信息与设备定期工作信息;
所述设备维护记录包括设备缺陷信息,预防性监护记录,日常点检记录与技术监督记录。
3.如权利要求1或2所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述厂区漫游模块(200)拥有厂区漫游功能;
所述厂区漫游包括定位漫游,人物重力漫游与路径漫游;
所述定位漫游是对于项目中发现的问题,可以在模型上添加云线点进行记录,方便用户在多方协同中快速定位问题,辅助工程问题解决;
所述人物重力漫游是自定义用户常用模型场景,以实现按照场景的快速加载,可快速完成基于场景的应用操作;
所述路径漫游是自定义漫游路径,在三维视图播放漫游动画。
4.如权利要求3所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述厂区漫游模块(200)通过人员定位管理系统可以对全厂人员进行监管和数据统计分析,并基于此功能的扩展应用,实现对现场作业、人员防护、巡点检管理有效管理。
5.如权利要求1、2和4任一所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述厂区漫游模块(200)使用的是IR UWB通讯技术实现人员的定位管理;
所述IR UWB通讯技术是一种无载波通讯技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,具有抗干扰能力强、传输速率高、系统容量大、发射功率小、人体影响低等特点,能够满足奕光发电在其复杂现场条件下功能需求应用;
所述厂区漫游模块(200)通过UWB技术实现生产区域的人员安全精细化管控,人员精准定位、人员行走轨迹回放、现场紧急情况SOS、重点区域人员密集程度监控、结合电子围绕实现密闭空间进出人员管控;
所述人员精准定位是在5cm内的定位;
所述厂区漫游模块(200)可以实现人员实时效果;
所述UWB技术在进行宽带信号传播过程中是具有损耗的,损耗路径函数与距离、频率都有关系,因此路径损耗的函数PL(a,b)可以进行简写为是
PL(a,b)=PL(b)PL(a)
而路径损耗与频率的关系是
Figure FDA0003912053720000021
其中F是频率对路径损耗的影响因子,其中α是时间参数,而路径损耗函数是关于距离且服从对数正态分布的随机函数,其空间损耗模型公式为
Figure FDA0003912053720000022
其中,PL0是当b0点的路径损耗,ζ是路径衰落系数,b0是参考距离取1m,其中Sσ(b)是阴影效应相对应的损耗,服从对数正态分布,均值是0而标准差是σ;
所述工业互联网的3D数字化电厂系统中宽带为20MHZ,所以带入上述公式后,能够做到通过UWB技术实现5cm内的人员精准定位。
6.如权利要求5所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述厂区漫游模块(200)可以实现人员实时效果;
所述人员实时效果是将人员姓名、单位、职务、性别作为关键词输入三维工厂中,在进行人员实时检查时,根据时间段或时间、部门、区域、人员这个逻辑顺序进行人员实时定位。
7.如权利要求6所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述人员定位是针对时间段进行人员实时定位是显示人员轨迹,针对时间进行人员实时定位是可查看人的具体位置;
所述人员轨迹回放是在人员信息界面可点击“人员轨迹”查询轨迹信息,点击后系统显示人员轨迹,默认为2小时轨迹,用户可自定义回放时长。
8.如权利要求6或7所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述智能安防模块(300)是对电厂生产区进行区域划分,在重点、高危区域设立电子围栏,其目的在于防止无关人员闯入,防止区域内人员超员与防止在区域内停留时间过长;
所述电子围栏由安全员在3D工厂模型中进行设置,灯光显示器与音响组成电子围栏的警示单位,安全员将电子围栏设置分为两种形式,分别是重点区域电子围栏与高危区域电子围栏;
当无人进入重点区域与高危区域时,电子围栏的灯光显示器显示为绿色;
当有人未经允许进入重点区域后,电子围栏的灯光显示器显示为蓝灯;
当有人未经允许进入重点区域2小时后,电子围栏的灯光显示器显示为黄色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
当有人未经允许进入高危区域电子围栏时,电子围栏的灯光显示器显示为红色音响响起响铃驱赶所在区域的人;
所述有人未经允许进入重点区域2小时候才会变成黄色警告原因是人员轨迹的检测是默认为2小时轨迹,因此为了精准定位才会设置这个数值。
9.如权利要求8所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述数字化移交模块(400)储存内容包括过往五个月内的监控视频与当月的视频监控,储存视频数据与视频所转化的3D工厂数据。
10.如权利要求1、2、4、6、7和9任一所述的基于工业互联网的3D数字化电厂系统,其特征在于:所述智能安防模块(300)还可以进行工厂的视频监控效果,通过3D数据建模与视频监控系统的集成,实现对作业现场人员、设备进行实时监控;
通过视频识别算法,对工作现场人员的不安全行为进行识别,例如未佩戴安全帽、抽烟;
通过视频识别算法,对现场常见的跑冒滴漏进行识别;
所述视频识别算法是将往期工作现场人员不安全与现场跑冒滴漏情况图片放入识别模型中,当事故发生时调用附近监控画面快速定位到事发位置,查看现场情况,实现三维与实时视频快速联动。
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