数字化三维场景建设解决方案

数字化孪生工厂三维建设一、项目背景2017年度党中央国务院颁发了《十三五规划纲要》,规划中强调推动具有自主知识产权的机器人自动化生产线、数字化车间、智能工厂建设,提供重点行业整体解决方案,推进传统行业向智能化改进。因此,建立并完善数字化工厂系统是石化工业发展问题上最有效智能化的解决手段之一,同时也是继数字城市、数字交通等其他相关工作的又一重要环节。在数字孪生工厂三维建设的过程中我们首先做的就是要对

数字化孪生工厂三维建设

一、项目背景

2017年度党中央国务院颁发了《十三五规划纲要》,规划中强调推动具有自主知识产权的机器人自动化生产线、数字化车间、智能工厂建设,提供重点行业整体解决方案,推进传统行业向智能化改进。因此,建立并完善数字化工厂系统是石化工业发展问题上最有效智能化的解决手段之一,同时也是继数字城市、数字交通等其他相关工作的又一重要环节。

在数字孪生工厂三维建设的过程中我们首先做的就是要对工厂进行三维数字化,传统测量方法在测量这种结构复杂的工厂时,会产生非常大的工作量,运行时很多区域是人员危险区,不能靠近测量,而且在测量过程中会遗漏诸多细节,并且有的结构是无法用传统测量实现的。三维数字化模型是数字孪生工厂技术在生产规划层的一个独特视角,基于三维数字化模型以生产全生命周期的相关数据为基础,采用三维激光扫描仪+无人机对厂区进行精细化建模的方式,从而为数字孪生工厂的建设保驾护航。

二、三维数字采集技术优势

1、数据采集

三维激光扫描仪或无人机采用非接触扫描目标的方式进行数据采集,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,全方位立体采集物体表面三维数据,所采集的数据完全真实可靠,海量数据可长期储存。

2、提高质量

三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率的目的。可在室内或室外任何环境下完成扫描、采集数据,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束,扫描精度更高、距离更远,减小了传统人工测量方式造成的误差。

3、降低成本

缩短了外业采集的时间,减少了人员的数量,将现场情况完全复制到电脑中,避免了二次进场的情况,大大降低了成本。

三、项目要求

本项目主要对联合站进行精细化数据采集,主要采集要素有站场及储库(含厂内地上、地下管线、阀门)、供电设备设施、厂区办公楼、生产车间及室内生产设施、储油罐、管道等地物。

根据厂区内部及各个联合站之间设备和管道的分布情况,利用三维激光扫描仪进行精细化扫描,以及利用无人机采集对应的纹理照片,对外业采集的三维点云数据和纹理照片通过专业的数据处理软件进行内业处理,使得各个测站的数据可以相互拼接为一个整体,之后通过专业软件将点云数据进行三维建模,最后将模型加载到数字孪生工厂管理平台上,将对应的属性信息映射到平台数据库中,形成一套全方位、多维度、一体化的数字孪生工厂管理平台,辅助管理者对采油厂运维情况进行监督和管理。

通过对实地勘察和详细了解,我公司成立项目作业小组,并对整体工作目标和工作内容进行分析,采用科学合理的技术手段,对联合站工厂数字化工作的重点、难点及要求进行处理实施。



四、项目实施

1、现场踏勘

我公司对参加项目人员进行培训完成后,组织前往作业区域,由于作业区属敏感区域,内部有天然气管道及储油罐,所以在进行外业数据采集前,现场勘查小组对整个项目的所有作业区域环境进行了仔细调查,根据现场的具体工作环境和作业区域内部设施的复杂程度及时的评估出工作量,并由项目作业小组根据不同环境制定出相应的实施方案。

2、点云数据获取

通过对现场实地的详细调查,对总体环境、地形、设施建立情况、高度进行逐步分析,结合具体的项目工作任务和内容,项目作业小组制定出各个作业区域的外业数据采集方案。三维激光扫描仪的数据采集方式有多种,主要的有地毯式扫描、由外向里整圈作业、由里向外整圈作业,重点区域单独扫描等方法。

3、影像数据采集

结合作业区情况,在地面站中设定好相关飞行参数,利用无人机对整个厂区进行全生态实景三维影像数据获取。由于作业区属敏感区域,需要向空域管理部门申请报备,经审批同意后方可进行航飞拍摄。

4、三维点云数据处理

    通过将外业所获得的数据导入到软件中,首先对原始数据进行检查和预处理,数据检查主要包含数据的完整性和可用性检查,确保每一测站的点云之间存在公共点可以进行配准,无人机航片清晰、色彩丰富、曝光适中。

将点云数据加载到软件中进行点云预处理、点云拼接、坐标转换、点云附色,并对一些不必要的噪点进行分割删除,最后将处理好的点云数据进行成果输出。

5、三维模型构建

在有了精确的三维点云数据及无人机航拍影像以后,我们就可以在此基础上进行三维建模工作。这样不仅提高了建模工作的效率,而且能够1:1精确还原真实的现场环境,保证了管道及罐体的精度。




五、数字化管理平台

我公司以生产管理为导向,定制开发了一套数字孪生工厂管理平台,该平台可以实现采油厂室内外三维场景的浏览漫游、坐标定位、基础查询、属性标绘、数据分析等功能。通过利用该平台,可帮助各部门实现各类空间数据和信息的共享,实现科学、合理、高效的管理和决策,实现采油厂场景展示三维可视化、监督管理智能化、安防调度集中化、联动功能社会化、应急预案共享化。其主要应用如下:

(1)有效支撑油气生产管网管道管理、高后果区管理、管道风险管理(管道本体风险、地质灾害、第三方破坏等)、移动巡线、管网维抢修等业务应用。

(2)涵盖供排水、供配电、通信(网络资源调配、资源利用率分析)、道路等业务领域,为主营业务生产管理提供服务与支持。

(3)为风险管理、重点设备生产预警、应急演练、工艺流程虚拟仿真、设备维护提供支持,建设统一的数字化工厂三维管理、智慧安防于一体的管理中心,满足数字化工厂场景展示、重大任务保卫等需要

(4)方便采油厂管理决策者和其他相关人员能够更直观的、系统的了解工厂内部各种情况,为生产调度指挥、辅助决策提供支持。

六、意义

以科学发展观为指导,建设标准统一、功能完善、互联互通、信息共享、安全可靠、可扩展性强的数字孪生工厂管理平台,使得管理人员能够获得工厂实时、全面的信息,达到可见、可控、可靠、方便、安全的目的,可快速推动空间信息资源数字化。用于深化设计和管理维护,对提高设计工作质量和效率以及管理者进行全寿命周期管理都有着重要意义。





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