CN116068977A - 一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法和系统，首先依据火电厂的安防监测对象在火电厂数字孪生体中设置安防监测点；然后建立安防监测位置获取的安防监测数据与安防监测点的对应关系；再将安防监测数据导入火电厂数字孪生体中；最后在火电厂数字孪生体中显示安防监测数据，并依据安防监测数据发出安防警报信息及输出对应的警报处理指导信息。由于将火电厂的安防系统整合到火电厂数字孪生体中，使得火电厂安防系统通过火电厂数字孪生体实现安防监测数据的可视化显示，进而简化火电厂数据处理的复杂度，提高安防体系及预警应急处理的响应效率。

Description

一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法和系统

技术领域

本申请涉及火电厂数字化管理技术领域，具体涉及一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法和系统。

背景技术

数字孪生体是充分利用物理模型、传感器和系统运营等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生体可以理解为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统，由于其可实现动态数据的三维可视化展示，被广泛应用在各个领域，如城市、工厂、居民区、工业园和物流园等。火电厂也开始应用数字孪生技术，通过数字孪生体实现可视化数据动态管理，如何将火电厂安全防范系统融入到数字孪生体中，并最大程度的发挥安防系统的职能，成为数字孪生体研发的一个主要方向。

发明内容

本申请预解决的技术问题是如何通过火电厂的数字孪生体实现火电厂综合可视化的安全防范。

第一方面，一实施例中提供一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法，包括：

依据火电厂的安防监测对象在所述火电厂数字孪生体中设置安防监测点；所述安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输；

建立所述安防监测位置获取的安防监测数据与所述安防监测点的对应关系；

将所述安防监测数据导入所述火电厂数字孪生体中；所述安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据；

在所述火电厂数字孪生体中显示所述安防监测数据；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测数据发出安防警报信息；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防警报信息输出警报处理指导信息。

一实施例中，所述火电厂数字孪生体的获取方法包括：

获取火电厂实物资产及设备的三维原始数据，并将所述三维原始数据进行模型结构化转换以获取实物模型，并建立模型数据库；

通过模型服务器按火电厂实物资产及设备的实际空间关系从所述模型数据库调用对应的所述实物模型，以实现对数字孪生体的加载和操作；

在所述模型服务器的内存中构建三维场景，使用前端引擎增量加载三维模型并进行渲染；

所述模型服务器将渲染后的三维模型以数据流的形式发送给客户端，以用于在所述客户端显示所述火电厂数字孪生体。

一实时例中，所述火电厂数字孪生体包括安防显示模式，所述安防显示模式为所述火电厂数字孪生体单独显示所述安防监测数据。

一实施例中，所述人员监测数据包括人员生物识别信息、人员职能信息、人员定位信息、人员统计信息和/或异常人员提示信息。

一实施例中，所述固定设备监测数据和所述移动设备监测数据包括设备的类型、名称、参数、编号、功用、生命周期数据和/或隶属关系。

一实施例中，所述废物监测数据包括废气、废液和/或废物的储存、运输及排放监测数据。

一实施例中，所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测数据发出安防警报信息，包括：

将在历史上发生的和模拟仿真的安全事故获取的所述安防监测数据作为安防预警训练数据；

所述火电厂数字孪生体对所述安防预警训练数据进行特征提取，以获取安全预警特征数据；

所述火电厂数字孪生体对实时获取的所述安防监测数据进行特征提取，以获取安防监测特征数据；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测特征数据与所述安全预警特征数据的比较结果发出安防警报信息。

一实施例中，所述火电厂数字孪生体依据所述安防警报信息输出警报处理指导信息，包括：

所述火电厂数字孪生体依据历史上发生过的成功的警报处理方式，发出警报处理指导信息。

第二方面，一实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序；所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面所述的安全防范实现方法。

第三方面，一实施例中提供一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现系统，用于应用如第一方面所述的安全防范实现方法，所述安全防范实现系统包括：

模型服务器，用于依据火电厂的安防监测对象在所述火电厂数字孪生体中设置安防监测点；所述安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输；所述模型服务器还用于建立所述安防监测位置获取的安防监测数据与所述安防监测点的对应关系；

安防系统，用于获取所述安防监测数据，并将其导入所述火电厂数字孪生体中；所述安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据；

显示终端，用于通过所述火电厂数字孪生体显示所述安防监测数据；

警报终端，用于发出安防警报信息；

警报解除辅助终端，用于输出警报处理指导信息。

如上述实施例中的安全防范实现方法，将火电厂的安防系统整合到火电厂数字孪生体中，使得火电厂安防系统通过火电厂数字孪生体实现安防监测数据的可视化显示，进而简化火电厂数据处理的复杂度，提高安防体系及预警应急处理的响应效率。

附图说明

图1为一种实施例中安全防范实现方法的流程示意图；

图2为一种实施例中安全防范实现系统的结构连接示意图；

图3为一种实施例中显示终端显示的安防显示模式示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

为保证火电厂设备全生命周期管理工作的顺利实施，必将采用数字孪生技术，使发电行业可以聚集于智慧电厂的创新领域内，保证火电厂在生产运营阶段不会出现非结构化、大规模以及多维度的问题，方便工作人员检测设备中产生的问题。

在本申请实施例中，将火电厂的安防系统整合到火电厂的电子孪生体中，通过数字化三维模型的联动操作，实现对火电厂安防体系的智能化管理。

实施例一

请参考图1，为一种实施例中安全防范实现方法的流程示意图，该安全防范实现方法基于火电厂数字孪生体，具体包括：

步骤101，设置安防监测点。

依据火电厂的安防监测对象在火电厂数字孪生体中设置安防监测点，安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输。

一实施例中，火电厂数字孪生体的获取方法包括：

首先，获取火电厂实物资产及设备的三维原始数据，并将三维原始数据进行模型结构化转换以获取实物模型，并建立模型数据库。

再，通过模型服务器按火电厂实物资产及设备的实际空间关系从模型数据库调用对应的实物模型，以实现对数字孪生体的加载和操作。

然后，在模型服务器的内存中构建三维场景，使用前端引擎增量加载三维模型并进行渲染；

最后由模型服务器将渲染后的三维模型以数据流的形式发送给客户端，以用于在客户端显示火电厂数字孪生体。

步骤102，建立对应关系。

建立安防监测位置获取的安防监测数据与安防监测点的对应关系。

步骤103，数据导入。

将安防监测数据导入火电厂数字孪生体中，其中，安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据。人员监测数据包括人员生物识别信息、人员职能信息、人员定位信息、人员统计信息和/或异常人员提示信息。固定设备监测数据和移动设备监测数据包括设备的类型、名称、参数、编号、功用、生命周期数据和/或隶属关系。废物监测数据包括废气、废液和/或废物的储存、运输及排放监测数据。

步骤104，显示安防监测数据。

在火电厂数字孪生体中显示安防监测数据。一实施例中，火电厂数字孪生体包括安防显示模式，安防显示模式为火电厂数字孪生体单独显示安防监测数据。

步骤105，发出安防警报信息。

火电厂数字孪生体依据安防监测数据发出安防警报信息，具体包括：

首先，将在历史上发生的和模拟仿真的安全事故获取的安防监测数据作为安防预警训练数据。

然后，由火电厂数字孪生体对安防预警训练数据进行特征提取，以获取安全预警特征数据。

再，对实时获取的安防监测数据进行特征提取，以获取安防监测特征数据。

最后，依据安防监测特征数据与安全预警特征数据的比较结果发出安防警报信息。

步骤106，发出警报处理指导信息。

火电厂数字孪生体依据安防警报信息输出警报处理指导信息，其中，火电厂数字孪生体是依据历史上发生过的成功的警报处理方式，发出警报处理指导信息。

请参考图2，为一种实施例中安全防范实现系统的结构连接示意图，在本申请一实施例中还公开了一种安全防范实现系统，用于应用如上所述的安全防范实现方法，该安全防范实现系统包括模型服务器10、安防系统20、显示终端30、警报终端40和警报解除辅助终端50。模型服务器10用于依据火电厂的安防监测对象在火电厂数字孪生体中设置安防监测点，安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输。模型服务器10还用于建立安防监测位置获取的安防监测数据与安防监测点的对应关系。安防系统20用于获取安防监测数据，并将其导入火电厂数字孪生体中，安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据。显示终端30用于通过火电厂数字孪生体显示安防监测数据。警报终端40用于发出安防警报信息。警报解除辅助终端50用于输出警报处理指导信息。

请参考图3，为一种实施例中显示终端显示的安防显示模式示意图，可以从安防显示模式示意图对安防监测数据进行查询和三维空间显示。

下面通过一具体的实施例来表述本申请公开的安全防范实现方法的应用方式。

1）关于模型数据库的建立。

首先，可运用精准测量获取火电厂实物资产设备的三维数据，通过1:1的比例，开发出对应的数字虚拟资产，保证在火电厂设备中内部结构以及设备外部结构维持在稳定的状态内。由此方式，则可创建出三维空间，确保可视化数据管理操作内的实物信息可以按照对应的方式运行，这样，则可整合出当地场景中的虚拟以及显示，保证二者可以在此区域内进行深入融合，可保证火电厂设备数据管理工作中的精度要求得到满足，创建出完整的数字化实物模型。

其次，可通过三维建模的方式，将场景三维建模、设备三维建模等内容都涵盖在内，规划出三维建模工作的开展目标，使燃机机组内的数字资产库可以合理建立，以细化设备数据的管理操作，让数字资产库中的相关信息可以顺利应用于其他领域内。

2）在火电厂数字孪生体中安防监测数据的显示方式，包括：

a.能够实现对现场各类不安全因素的情况进行三维实时监测、分析、报警，具体可实现。

b.员工、设备、作业环境的监测，并在三维电厂中展现。

c.员工不安全行为监测，并在三维电厂中展现。

d.设备不安全状态监测，并在三维电厂中展现。

e.异常状态（如两票、巡检、点检和维护异常）在三维电厂中展现，并可以获取实时状态。

f.报警信息与逃生指引在三维电厂中展现。

g.可主动控制的安全设备的联动。

将安防系统整合到火电厂数字孪生体中，对各类分散的安防系统获取的安防监测数据进行有机的互连，综合处理各项厂区业务，从而实现火电厂厂区的协调联动、安全防护。

3）涉及固定设备监测数据和移动设备监测数据的获取。

通过集成设备台账信息，以及设备测点信息，将设备三维模型与设备台账清单、测点清单中的记录进行关联，实现通过三维视图点击模型直接查看设备静态数据与动态数据的设备信息综合浏览。同时将设备测点数据，展示三维页面，实时显示测点测量的实际参数，当参数超出标准值时，以高亮的形式进行报警。通过接口采集设备台账系统实时/历史数据库，分别在PC端呈现系统级别测点、移动端呈现设备级别测点、大屏幕呈现厂级指标测点、重要指标测点信息。同时三维中将二维的工艺流程图三维化展示，使得管理人员能更直观，更具体的了解重要设备的运行参数，可以实现高温、高压等危险区域及重要设备的监控，也可以对排放气体的数值进行检测，达到环保要求。

4）智能监控的实现。

火电厂生产现场情况监控主要包括以下两个方面：其一，为摄像头监控，主要是针对厂区内实际运行生产情况的视频监控，以及门禁视频监控，能够帮助用户及时了解现场实际情况，并能够进行多画面切换、展示，即可进行本地手动截图、录像，还能够支持大屏幕展示功能，更好地了解现场实际情况；其二，为门禁权限监控，需要结合人员岗位职级情况，对其进行授权，以此强化对于生产区的安全管控，严禁非法闯入人员进入到生产区域，并及时向监控中心发出警报，还能够实现对于违规人员、重要岗位人员的跟踪定位，以此实现对于生产现场状况的全面监控管理。

通过监控与三维地图可视化系统联动，可以将场所内所有的监控进行上图管理，从而对监控系统有一个全面的了解。

5）实现三维报警模式。

报警联动模块可以整合包括周界报警、电子围栏报警、门禁报警、火警以及其他类型的报警信息，根据报警管理系统提供的报警信息，在三维系统对整个场所进行联动报警定位，还可以通过与门禁、广播、视频监控以及其他相关系统的集成，实现场所内快速、智能化的报警管理，满足决策人员对警情的快速把握和分析。

6）实现视频监控、消防和安防的三维联动。

视频监控联动是指通过将三维模型与电厂的监控系统进行集成，实现对电厂监控信息的联动查询和浏览。可以通过调取摄像头信息，查看实时的现场状况。对监控点图像，允许多画面切换，全屏幕显示；本地手动截图、录像；支持大屏幕显示，可采用矩阵或者迎接方式将模拟信号直接输出到大屏幕。可以进行当前显示画面、组、全部监控点巡视。消防联动是指将消防系统数据融入三维场景中，并按照真实场景中的位置在三维实景中展示，只需点击相关的感应位置，即可实时显示感应装置的实时状态，存在异常时实时报警并显示定位。通过烟感、温感、感温电缆、火焰探测器、红外探测、可燃气体等探测异常，自动定位、高亮显示消防点，三维模型主要实现对火灾自动报警系统的各种检测设备的运行数据及预警数据进行实时监视，在工作站上显示运行状态信息。安防联动是指：安防系统由特殊区域报警系统和安防视频系统组成，特殊区域报警系统主要通过和厂区系统对接，在危险区域设置电子围栏，探测非法进入该区域或者试图非法进入设防区域的行为，并进行声光报警，并做显示。安全检测功能应能够实时采集电厂联网设备的运行状态（可基于传感器设备），实现设备安全性能的在线监测、异常报警。无线测量传感器设备应能够采集电厂设备的安全关键特征值，判断设备所处的安全状态，具有较高的测量精度，支持无线数据传输。

7）实现可视化人员定位。

在火电设备检修、维护工作中，因工作现场点多面广、作业人员复杂，存在较多交叉作业，面临诸多现场安全管控风险。借助人员定位技术，对工作负责人和工作成员异常出入工作区域进行报警提醒，防止误操作，在火电厂数字孪生体中对全厂各工作人员自动巡回并实现声音报警，实现安全风险的有效管理。在火电厂数字孪生体中展示现场作业人员的实时坐标，并可记录现场人员的历史坐标，对历史坐标进行轨迹回放。定位基站安装在现场封闭空间或开阔区域固定位置，用来与施工及生产人员佩戴的高精度定位标签进行实时交互，实现高精度人员定位。定位基站捕捉现场作业人员的坐标数据，并将坐标数据传递给火电厂数字孪生体中，在火电厂数字孪生体中将以突出展示的方式，在火电厂数字孪生体中准确标注现场作业人员的位置。同时，对于前段传递上来的告警信息，在火电厂数字孪生体中以声音、告警标注等方式进行突出展现。

在此基础上，系统还可展现现场作业人员的轨迹回放等功能，对某一人在现场的所有坐标点进行绘图，描述其运动轨迹，展现现场作业人员的走动路线和方向，形成历史记录。人员定位主要是在火电厂数字孪生体中应用人员定位技术（UWB、视频识别），实现三维空间的立体式定位，通过对人员空间坐标的准确定位，再结合三维模型，就能准确的定位人员的实时空间位置，大大提高人员定位的精确度。火电厂数字孪生体中还可集成人员定位系统和门禁系统，可以对整个划定区域的人员、车辆进行统计，再利用监控系统对相关的人员和车辆进行实时监控和查看。火电厂数字孪生体基于人员定位技术，结合三维可视化技术，对现场实现虚拟巡检，再结合监测系统和运行系统，可以在虚拟环境中对现场实时状态进行远程巡检。结合现场实际情况，在火电厂数字孪生体中对重点区域进行划分，通过人员定位系统和门禁系统，可以对整个划定区域的人员、车辆进行统计，再利用监控系统对相关的人员和车辆进行实时监控和查看。实现对进入生产现场区域的人员进行定位与跟踪，结合监控设备，将人员的位置信息和周边环境信息直观展示，确保现场工作人员按要求在指定的时间和指定的工作场所工作，而不误入其他区域，保证现场安全隐患及时发现，避免事故发生。

一实施例中，火电厂数字孪生体与安防体系采用Webservers接口，通过双方制定的数据标准，采用json文件进行数据的交互。

本申请实施例中公开的安全防范实现方法，首先依据火电厂的安防监测对象在火电厂数字孪生体中设置安防监测点；然后建立安防监测位置获取的安防监测数据与安防监测点的对应关系；再将安防监测数据导入火电厂数字孪生体中；最后在火电厂数字孪生体中显示安防监测数据，并依据安防监测数据发出安防警报信息及输出对应的警报处理指导信息。由于将火电厂的安防系统整合到火电厂数字孪生体中，使得火电厂安防系统通过火电厂数字孪生体实现安防监测数据的可视化显示，进而简化火电厂数据处理的复杂度，提高安防体系及预警应急处理的响应效率。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现方法，其特征在于，包括：

依据火电厂的安防监测对象在所述火电厂数字孪生体中设置安防监测点；所述安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输；

建立所述安防监测位置获取的安防监测数据与所述安防监测点的对应关系；

将所述安防监测数据导入所述火电厂数字孪生体中；所述安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据；

在所述火电厂数字孪生体中显示所述安防监测数据；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测数据发出安防警报信息；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防警报信息输出警报处理指导信息。

2.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述火电厂数字孪生体的获取方法包括：

获取火电厂实物资产及设备的三维原始数据，并将所述三维原始数据进行模型结构化转换以获取实物模型，并建立模型数据库；

通过模型服务器按火电厂实物资产及设备的实际空间关系从所述模型数据库调用对应的所述实物模型，以实现对数字孪生体的加载和操作；

在所述模型服务器的内存中构建三维场景，使用前端引擎增量加载三维模型并在页面中渲染；

所述模型服务器将渲染后的页面以图片的方式发送给客户端，以用于在所述客户端显示所述火电厂数字孪生体。

3.如权利要求2所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述火电厂数字孪生体包括安防显示模式，所述安防显示模式为所述火电厂数字孪生体单独显示所述安防监测数据。

4.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述人员监测数据包括人员生物识别信息、人员职能信息、人员定位信息、人员统计信息和/或异常人员提示信息。

5.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述固定设备监测数据和所述移动设备监测数据包括设备的类型、名称、参数、编号、功用、生命周期数据和/或隶属关系。

6.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述废物监测数据包括废气、废液和/或废物的储存、运输及排放监测数据。

7.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测数据发出安防警报信息，包括：

将在历史上发生的和模拟仿真的安全事故获取的所述安防监测数据作为安防预警训练数据；

所述火电厂数字孪生体对所述安防预警训练数据进行特征提取，以获取安全预警特征数据；

所述火电厂数字孪生体对实时获取的所述安防监测数据进行特征提取，以获取安防监测特征数据；

所述火电厂数字孪生体依据所述安防监测特征数据与所述安全预警特征数据的比较结果发出安防警报信息。

8.如权利要求1所述的安全防范实现方法，其特征在于，所述火电厂数字孪生体依据所述安防警报信息输出警报处理指导信息，包括：

所述火电厂数字孪生体依据历史上发生过的成功的警报处理方式，发出警报处理指导信息。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序；所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述的安全防范实现方法。

10.一种基于火电厂数字孪生体的安全防范实现系统，其特征在于，用于应用如权利要求1至8中任一项所述的安全防范实现方法，所述安全防范实现系统包括：

模型服务器，用于依据火电厂的安防监测对象在所述火电厂数字孪生体中设置安防监测点；所述安防监测对象包括人员、固定设备、移动设备和废物排放运输；所述模型服务器还用于建立所述安防监测位置获取的安防监测数据与所述安防监测点的对应关系；

安防系统，用于获取所述安防监测数据，并将其导入所述火电厂数字孪生体中；所述安防监测数据包括人员监测数据、固定设备监测数据、移动设备监测数据和废物监测数据；

显示终端，用于通过所述火电厂数字孪生体显示所述安防监测数据；

警报终端，用于发出安防警报信息；

警报解除辅助终端，用于输出警报处理指导信息。

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