三維智能電廠安防平臺的研究與設計

邢少妹

摘? 要： 電廠信息系統繁多，但信息資源共享不佳，信息孤島現象嚴重，數據關聯程度不夠，不能高效地發揮各專業系統的價值。因此提出一種有效的設計方案，融合虛擬現實、物聯網、智能報警聯動等先進技術，將獨立、分散的視頻監控、門禁監控、消防報警、周界入侵防護、兩票系統及人員定位等系統在統一的三維可視化安防平臺中進行集中管控，實現跨子系統的報警智能聯動，由被動的安全管控轉向主動的安全防范，全面提升電廠整體預警聯防能力。

關鍵詞： 信息孤島; 虛擬現實; 智能報警聯動; 三維; 安防平臺; 集中管控

中圖分類號：TP319? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）12-17-04

Abstract： There are many information systems in power plant， but the sharing of information resources is not good， the phenomenon of Information Island is serious， and the degree of data association is not enough， so the value of each professional system cannot be brought into full play. In order to effectively solve the problems mentioned above， this paper proposes an effective design scheme， which uses advanced technologies such as virtual reality， Internet of Things， intelligent alarm linkage， and integrates independent and decentralized video monitoring， access control monitoring， fire alarm， perimeter intrusion protection， two ticket system and personnel positioning system in a unified three-dimensional visual security platform for centralized control， so as to realize an intelligent alarm linkage across subsystem. The system's alarm intelligent linkage has changed from passive safety control to active safety prevention， which has comprehensively improved the overall early warning and joint defense capability of the power plant.

Key words： Information Island; virtual reality; intelligent alarm linkage; 3D; security platform; centralized control

0 引言

發電廠在生產運行過程中，會使用許多可燃性氣體、液體、粉塵和固體物質等，同時在發電的過程中，會涉及大量的高壓和高溫設備，存在眾多不可避免的安全隱患。要想保障發電廠的穩定運行，必須采取有效的安全管理措施，將諸多危險因素消除在萌芽狀態中。

根據電力行業的安全管理規范要求，發電廠必須部署相關的安全防范系統，包括視頻監控系統、出入口控制系統、入侵報警系統、電子巡查系統等。目前，電廠普遍都部署了這些安全防范系統，但這些系統沒有得到有效的應用，主要原因包括：一是這些系統沒有統一的數據庫，無法在內部實現信息共享;二是各系統風格獨立，業務人員需熟悉多種不同風格、不同控制邏輯的管理客戶端，容易造成業務不精或工作疏漏;三是系統聯動多數局限于硬件聯動，增加實施與維護的復雜度;四是無法配置全局預案，實現統一平臺下的業務優化。

鑒于以上分析，本文研究并設計一套基于三維的智能電廠安防平臺，將電廠的各系統資源整合在一個統一的三維平臺上，讓各系統能夠像網絡中的各種組件一樣聯動起來，從而提高整體聯防響應效率，讓安全管理由被動的、事后響應式的管理向主動的、事先預警、預控方向發展。

1 平臺總體設計

1.1 平臺整體框架

平臺通過構建廠區范圍的全景概貌、地上工業及建筑設施、有關設備的三維模型，實現電廠的三維空間全景顯示，并接入視頻監控系統、門禁系統、消防報警系統、周界入侵、兩票系統、人員定位系統等專業子系統，將分散的、相互獨立的各子系統在統一的三維模型環境中進行集中管理及報警監控。在發生警情時能有效、快速實現跨子系統的智能聯動，提高電廠整體安全防護水平，最大限度降低安全風險。其中三維引擎是整個平臺中與三維圖形處理相關的重要部分，提供控制三維景觀的各種API參數接口，封裝聲音、圖形的實現平臺，并對復雜的應用提供了內部支持，包括場景渲染、聲音播放、行為控制、例子系統及碰撞檢測等。三維引擎負責接收控制指令或者輸入輸出功能的管理，實現豐富、友好的人機交互模式。平臺的框架結構如圖1所示。

1.2 電廠三維模型構建

基于電廠現場實際的生產作業環境，結合電廠廠區平面布置竣工圖、建筑物結構圖、現場拍攝照片及無人機傾斜攝影測繪數據等技術資料，建立電廠1：1等比例統一坐標系的三維模型，并將各子系統的監控點位在三維模型中進行標繪，將各種監控信息與地理空間位置進行關聯，實現對現場專業設備的集中管理和統一監控。建設的三維信息化模型將完整地還原電廠各職能區域，直觀、如實的反映各專業設備設施空間分布關系及必要狀態，滿足人員定位管理、視頻監控、門禁監控等安全生產監控應用需求[1]。

1.3 子系統接入設計

經調研分析，電廠部署的視頻監控、門禁控制、消防報警、周界入侵、人員定位等系統廠商眾多，各廠商系統普遍采用專有的通訊協議實現內部的數據傳遞，軟件架構采用封閉的模型，造成了各子系統信息共享存在很大的障礙。

在分析各子系統現狀基礎上，充分考慮平臺將來的可擴展性，本文在平臺上層業務應用與各專業子系統中間，設計了一個數據接入服務中心，可以在前端針對不同子系統的接入方式提供專門的接口模塊，把接口模塊通過注入服務方式注入到平臺中[4]。通過接口調用管理服務，動態啟用適配的接口模塊，實現與子系統的動態交互，并按照統一的數據交換服務，為上層安全管控和應用提供實時的數據服務。子系統接入設計方案如圖2所示。

1.4 報警聯動機制

平臺提供靈活的報警聯動配置，每個子系統的接入設備都可作為報警源進行配置，配置關聯的視頻、門禁、語音及預案。報警發生時，平臺在三維場景中快速定位并高亮顯示報警點，自動調取關聯的實時視頻畫面[2]，播放語音提示，并可查看當前人員分布位置。值班人員對報警進行核實后，則門禁系統聯動自動打開，自動彈出處理預案。典型的報警聯動響應如下。

⑴ 視頻監控報警聯動

當發生實時視頻丟失、禁入區域闖入報警、廠區逗留（滯留）檢測報警、可疑物品遺留檢測報警等情況發生時，立即在三維場景中自動定位、高亮顯示視頻報警區域，自動彈出關聯攝像頭并進行抓拍、錄像;如遇危險情況，則門禁系統聯動自動打開，自動彈出處理預案。

⑵ 門禁監控報警聯動

當門禁系統發生長時間不關門、人員非法闖入、無效卡刷門、對門禁系統的破壞（剪線、短接）等情況發生時，立即在三維場景中自動定位、高亮顯示門禁報警點，自動彈出關聯攝像頭并進行抓拍、錄像。

⑶ 消防監控報警聯動

當平臺監測到消防報警系統溫感探測異常、煙感探測異常、可燃氣體探測異常等情況發生時，在三維場景中自動定位并高亮顯示火災報警點，自動調取關聯的實時視頻畫面，值班人員對報警進行核實后，則門禁系統聯動自動打開，自動彈出處理預案。

⑷ 周界入侵報警聯動

當平臺監測到廠區周圍或進入區域有非法侵入，立即在三維場景中定位并高亮顯示周界區域，自動彈出關聯攝像頭并進行抓拍、錄像。

⑸ 兩票作業報警聯動

平臺把整個廠區劃分為N個作業區域，根據作業區域安全風險的高低做出相應的等級劃分，便于重點區域重點監控。當監測到作業人員闖入未授權區域，或在作業時間范圍內不在指定的區域范圍，立即觸發報警，調取關聯攝像頭取證抓拍或視頻錄像。

⑹ 人員定位報警聯動

利用三維平臺與人員定位系統，基于時間和空間要素，對相應的工作人員進行授權，同時對非授權人員的闖入進行報警和監控。一旦無票作業人員進入不允許進入的區域立即觸發對應的報警響應級別，或者接收到現場人員的SOS求救信號，立即在三維場景中定位并高亮顯示，同時調取周圍的視頻遠程實時監測。

2 平臺功能設計

平臺主要功能設計如下：

⑴ 實時監控報警

基于三維場景和實時定位信息，對全廠高風險作業、電子圍欄非法闖入、靠近危險區、超時停留、SOS報警求救等安全相關事項進行實時監控，一旦發現異常實時反饋并通知相關負責人，提高安全管理的及時性，將安全風險降到最低[3]。同時實時監控重要設備的運行狀態，監控到異常情況立即觸發調取周邊圖像，并進入隱患處理流程。

⑵ 人員位置監控

對作業人員精確定位，顯示人員工作軌跡。人員攜帶定位標簽通過不同區域邊界時，系統自動感知相關信息，一旦發現未授權人員攜帶定位標簽進入危險區域，就觸發相應級別報警。

⑶ 視頻監控聯動

在三維地圖中顯示視頻監控的位置分布，通過關鍵字搜索及位置可快速查找視頻監控并調取查看。支持根據人員位置自動切換對應的視頻監控畫面，支持基于歷史軌跡的歷史視頻調取聯動播放。

⑷ 智能門禁聯防

在三維地圖上顯示各門禁的分布點位，實時顯示各個門禁的開關狀態，具有通道進出實時監控、出入記錄查詢、消防報警監控聯動、緊急逃生等功能。當監測到門禁系統發生無效卡刷門、對門禁系統的破壞（剪線、短接）等非法情況時，在三維場景中自動定位并高亮顯示門禁報警點，自動調取關聯的實時視頻畫面，值班人員對報警進行核實后自動完成后續的聯動處理。

⑸ 消防報警監控

當監控系統接收到火災報警信息后，立即彈出多路實時現場視頻，多角度、全方位展現當前報警點的火情，指揮中心通過轉預置位、調焦、變換鏡頭角度，對火場細節進行進行進一步查看。通過預先設置，可對著火前的現場進行提前錄像或即時錄像，方便查找原因;同時，針對重點視頻，可手動錄像，另做保存。消防報警信息經確認后，系統自動打開火災區域門禁，確保逃生路線正常，保證人生安全。

⑹ 兩票操作監控

實時調用工作區域附近攝像頭，監控兩票工作、操作過程，并通過移動應用與現場人員進行互動;根據工作區域地點，自動規劃行進路線，授予路線上相關門禁權限，工作結束后自動收回權限。

⑺ 區域作業管理

把整個廠區劃分為N個作業區域，根據作業區域安全風險的高低做出相應的等級劃分，根據工作內容對不同人員可進入的區域進行授權。

⑻ 設備管理

平臺支持對攝像機、消防設施、門禁設備、定位基站等設備進行統一管理和設置，對各種設備在授權的前提下能夠進行分組管理和維護，自由添加、刪除、重啟、重命名等操作。支持將視頻點、消防報警點、門禁點等各子系統的監控點位在電廠廠區三維可視化模型中進行標繪。

⑼ 報警聯動配置

平臺具備聯動配置功能。支持通過平臺定制各子系統之間聯動的相關性，當聯動邏輯需要改變時，系統提供方便的聯動邏輯定制工具，快速修改聯動邏輯;可以查看在何時執行了哪個聯動場景;當觸發某一個聯動場景時，平臺會執行該聯動場景下的所有聯動策略。

⑽ 用戶及權限管理

平臺具有完善的用戶及權限管理功能，能夠設置不同權限的用戶組，可對不同的組設置不同的管理權限，組內的用戶自動繼承組的權限，未對無權限查看和管理的相關內容能夠進行自動隱藏。

3 平臺關鍵技術

⑴ 虛擬現實技術

通過虛擬現實技術，構建電廠等比例的虛擬生產作業環境，創建一個能讓安全管理人員具有強烈的身臨其境感，并具有完善交互能力的三維可視化工作平臺。同時，將安防系統的信息點位（監控點、報警點、門禁點等）在三維實景圖對應的位置進行標繪，用戶點擊圖標，即可直接調取對應監控圖像，遠程打開門禁通道，獲取點位詳細信息等，真正實現“身臨其境”、“所見即所得”的操控體驗。電廠安全管理人員通過虛擬場景在遠程就能掌握全局安防單元和重要設備分布情況及運行情況，能對復雜工作現場、重要設備、物資、現場人員實現精準定位，能快速識別人員規章操作，降低現場安全隱患風險。

⑵ 智能報警聯動響應

電廠的視頻、門禁、消防報警、人員定位、兩票等系統大多采用專有的通訊協議實現內部的數據傳遞，相互之間比較獨立，通過對接各子系統，把安防、生產、定位統一在共同的三維空間環境中。利用靈活的聯動配置模式和自動監控技術，實現作業區域的報警聯動，無需人工干預，當視頻、門禁、設備及人員發生異常狀況時間，能自動定位到人員所在位置，并推送現場視頻圖像，根據需要打開相應的門禁，實現跨子系統的智能聯動。

⑶ 系統接口動態注入

針對不同廠商的專業子系統，提供前端數據交互接口模塊。采用插拔式的接口管理方式，將不同子系統的接口模塊注入到平臺數據交換服務中心，動態地管理接口，并按照統一的服務總線接口標準，為上層安防管理業務應用提供實時數據服務。

4 平臺應用效果

本文設計的安防平臺已在國華北京燃氣電廠、壽光電廠實施應用，為電廠建立統一的安防管控平臺，將電廠現有監控設備及監管系統接入平臺。該平臺以三維模型為空間基礎，把整個廠區劃分為N個作業區域，對作業全程跟蹤、智能報警、多級聯動，為安全管理人員提供圖文并茂、高度可視化的三維場景監控畫面，提升安全保障能力和應急響應能力。

5 結束語

電廠現有眾多安防系統，且各系統之間不能實現有效一體化聯動，本文從實際情況出發，提出了基于三維的智能電廠安防平臺的設計方案。該平臺融合了虛擬現實、定位、人工智能等先進技術，通過構建電廠1：1等比例三維建模，接入電廠各類安防設備，采取可以靈活配置的報警聯動響應機制，并通過高精度定位實現精準的監控和報警跟蹤，給電廠安全管理人員提供一個高度可視化的安全管控工作平臺，實現主動的安全管控，有效提升電廠的安全管理效率和應急響應能力。

參考文獻（References）：

[1] 李紹卓，焦黨育.發電廠三維智能安防平臺的設計與實現[J].微型機與應用，2015.34（8）：91-93

[2] 付葶，王增武.基于GIS技術的安防平臺建設[J].成都信息工程學院學報，2007.22（z1）：28-33

[3] 劉鵬，王要武.基于GIS的智能小區安防管理系統[J].南京理工大學學報，2004.28（3）：243-247

[4] 馮麗偉.“智慧醫院”安防平臺設計[J].中國公共安全（綜合版），2015.23：93-95