基于三维GIS的延安石油化工厂网络智能监控管理系统

基于三维GIS的延安石油化工厂网络智能监控管理系统

白晓东

白晓东(陕西延长石油集团炼化公司，陕西洛川727406)

中图分类号：T-0文献标识码：A文章编号：1033-2738（2012）03-0000-02

摘要：三维地理信息系统的应用集成为在精细化、智能化和空间信息化方面将数字工厂研究进一步发展提供了一个重要方向。本文通过对延安石油化工厂网络智能监控管理及仿真展示系统的建设实例说明了三维地理信息系统在数字工厂领域如何发挥作用。

关键词：三维地理信息数字工厂；VRMap；系统集成

引言

随着全球各种行业信息化的不断发展，数字工厂作为工业信息化的重要方向和形式，发展十分迅速，目前正向着精细化、智能化、空间信息化的方向发展。石油化工行业具有工艺复杂，设备繁多，管理要求高的特点，精细化、智能化和空间信息化的需求更加迫切。三维地理信息技术作为空间信息新技术之一，在继续保持高度集成空间信息，结合行业业务需要，提供多种应用分析手段的GIS特点外，还使GIS具有了更简单的逻辑，更直观的表现，所表达的地理信息更加形象，并具有所见即所得的特点，摆脱了传统二维GIS使用抽象的符号表达地理空间事物，需要较多专业知识才能理解的局限性，从而降低了GIS的使用难度，得以更好的与行业业务结合，发挥GIS的优势，使石油石化行业的专业人员可以更多关注本职工作，减轻工作负担，提高效率和决策水平。

根据石化厂的需要，广泛采用数字工厂的新技术，设计建设了延安石油化工厂网络智能监控管理及仿真展示系统。

一、总体设计

1.建设思路。

依据化工厂的竣工蓝图，并结合现场勘测数据，为主要设备制作尺寸准确的三维数字模型，形成三维模型数据库。通过数据服务平台实现各类型用户对数据的共享应用和数据的管理和维护。在数据服务平台框架上进行三维仿真展示，实现交互的三维浏览，GIS量测，设备属性查询、三维场景渲染，粒子效果展示等。再结合具体的业务需要和业务数据，与石化厂现有生产管理系统、视频监控系统、大屏幕系统等进行集成，实现生产管理、监测监控、安全应急、仿真模拟等功能。

2.平台选型。

计算机技术的不断发展为GIS提供了先进的工具和手段，虚拟现实（VR）、4D、专家系统等一些新的思想和技术正源源不断地充实到三维GIS中去。很多三维GIS软件，如国外的EsriArcGIS、SkyLine，国内的VRMap、EV-Globe等相继推出，并开始在需求迫切的行业中得到应用。

软件平台的选择，需要考虑系统平台的兼容性，硬件条件，业务应用的针对性，展示的效果，海量数据的存储管理，数据的安全维护性等。

考虑到石化行业的特点，通过比较，认为VRMap软件的仿真效果好、运行效率高、模型数据精细、支持海量数据、易于二次开发，作为基础平台和数据维护工具能更好的满足石油化工厂的需要。

3.架构设计。

系统的架构设计是基于分层思想进行的，即系统各层的相对独立，只依赖低于自身的层，而完全独立于高于自身的层，分层设计有利于系统的逻辑设计和功能实现，可以在不同的层次内解决不同的问题。根据分层的思想，将系统自下而上分为三层，即数据层、服务层、应用层。各层描述如下：

数据层由三维数据维护管理平台VRMap企业版和三维空间数据库Oracle10g组成完整的数据管理系统，管理和维护三维模型数据和业务数据。

服务层以网络三维数据发布平台VRMapSDK和运维支撑平台VRMapIMS为基础，向外提供基于业务的各种服务；

应用层即面向用户的C/S客户端——网络三维智能监控管理系统和B/S客户端——网络三维智能仿真展示系统，用户通过系统使用各种功能。

4.部署方式。

Client/Server计算结构的实质是在客户端和服务器之间分配计算任务，在两层体系结构中，客户机执行应用处理和数据表述功能，服务器维护后台数据库。C/S应用软件的业务量是从客户端和服务器之间的数据交换产生的，一次数据交换是客户端提交一个请求并接受一次来自服务器指示的屏幕更新过程。

C/S结构是应用较为成熟的软件架构，在这种模式下数据被集中存放于中心服务器，用户通过客户机上的客户程序存取服务器内的数据，大部分运算集中在服务器上，因而系统对服务器的要求比较高，这种操作模式被广泛应用于网络环境，在GIS领域，大型应用也都采用C/S操作模式，保证GIS对空间图形数据操作和传输的快速响应。

Browser/Server结构系统架设在数据服务器、应用服务器、浏览器三个层次上，数据服务器专门存放数据，应用服务器提供各类服务组件来访问数据服务器和响应客户端的请求，浏览器端只显示结果和发出请求。这种模式的系统维护较为简单，系统的修改和升级只需在应用服务器端进行即可，客户端的界面一致，用户操作起来比较容易上手。

根据系统应用需求，图形数据处理需求以及对系统平台安全性、稳定性考虑，本系统采用C/S结构和B/S结构相结合的混合模式。

二、数据建设

三维模型数据是整个系统的数据基础，根据系统的功能需要和经济性考虑，延安石化厂厂区模型分为：生产设备区域、办公区域、环境地貌制作三部分，并根据需要按照不同的精细度进行制作，在达到较好效果的同时，节约了制作成本，提高了系统的运行效率。

模型的制作参照总平图、设备图、工艺图、布置图资料，采用企业级三维建模软件（如3DSMAX等），按照模型对象的真实尺寸和形状和位置关系，进行各类建筑、设备及管线等三维模型制作。制作流程如下：

根据业务功能的需要，主要设备模型的名称和现有设备台帐中的设备编码一一对应，非主要设备模型的名称也按照统一编码要求进行编码。

三、功能模块

系统根据不同的运行环境和使用需求，分为C/S架构的网络三维智能监控管理系统和B/S架构的网络三维智能仿真展示系统两个系统。

1.网络三维智能监控管理信息系统。

延安石油化工厂网络三维智能监控管理系统由场景浏览、空间测量、工艺仿真、设备监测、安全应急、系统管理等子模块构成，集仿真展示、视频监控、设备监测、设备报警、生产状态监测等功能于一身，全面考虑效率、稳定、安全、开发等因素，为工厂各部门提供直观、可靠、智能、高效的生产监测管理应用服务。

2.场景浏览。

场景浏览是指三维仿真场景的展示和用户在场景中进行交互操作，获得所需信息的功能。系统支持多种操作方式，可以自如的控制场景的缩放、旋转、移动、改变视角，可以指定浏览的路线和方式。同时还可以控制图层的显示和隐藏，保存视点位置，播放录好的场景动画。系统还提供地物信息的查询。

3.空间测量。

空间测量功能可以查询场景中任何位置的坐标、空间距离、高度、水平距离、投影面积等。

4.工艺仿真。

系统可以将厂区的重点工艺流程，在场景中进行直观的三维模拟展示，将抽象的工艺流程图进行形象、直观化，为辅助厂区新员工培训，厂区工作人员理解并熟悉工艺流程提供帮助。

5.设备监测。

系统实现了与MES监控系统和视频监控系统的对接，可以将MES监控系统的实时信号和实时视频在系统中进行展示，对异常情况可以进行超限报警和视频摄像头场景的直接跳转。

6.安全应急。

安全应急功能可以快速查询场景中所有的地物或者设备的应急预案、指定范围内的应急资源分布情况。并通过事故地点设置在三维场景中对事故地点进行标注，如火灾、洪涝、破损等情况，模拟事故发生的情况。还可以对预案、预案级别、预案类别等内容进行增删改查，为指定设备增加专用预案。

7.系统管理。

系统可以对用户及权限进行管理，设置系统的各种基本设置，包括视频设置、MES设置和系统皮肤设置等等。

8.网络三维智能仿真展示系统。

网络三维智能仿真展示系统是基于B/S架构设计开发的，用户简单的通过IE浏览器直接展示三维场景数据，并为用户提供了三维场景的基本三维浏览和操作功能。展示系统还集成了生产实时信号监测、视频监控等业务功能。

9.导航控制。

系统提供鼠标、键盘、浏览面板控制三种控制模式包括缩放、方向控制、高度调整、俯仰调整，并且还有浏览模式切换、全屏、还原、打印输出、俯视等辅助操作功能。

10.查询定位。

系统可以输入关键字查询和定位相关的设备，也可以输入周边范围值查询范围内的设备。系统支持双击场景设备和在列表中点击查询结果，使设备定位到场景中央并高亮显示。

11.三维分析。

系统可以完成简单常用的场景地物分析。主要包括测量水平距离、测量垂直距离、测量空间距离、测量水平面积、两点通视分析等。

12.定线飞行。

在飞行路线列表中选择存在的路线（系统飞行路线或自定义飞行路线），进行路线飞行。系统可以自定义飞行路线，保存在本地，以对已存在的路线进行删除或重命名操作。

13.设备监测。

与厂区内的生产监控系统对接，在三维场景中监测显示各个设备的生产安全状况。可以设置监测时间间隔，是否进行报警检测，报警时间间隔以及报警时间间隔等监测设置。

14.视频监控。

通过与厂区视频对接为用户在三维场景中提供直观的三维视频监控画面，用户直接通过浏览器就可查看。

总结

延安石油化工厂网络三维智能监控管理系统建设综合运用了GIS、三维虚拟现实、海量数据管理、WebGIS等多种相关技术，在建设过程中克服了很多技术和数据方面的新课题，有多方面的专业人才和技术人员参与。系统建成后，为石油化工厂的管理人员、技术人员和广大员工提供了形象直观的厂区操作环境，提高了监测管控、调度决策、安全应急等业务的科学化水平。