基于三維虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統

柯元俊 顏曉青 沈陽 梁爭光 顧華杰

危險貨物指具有易燃、爆炸、腐蝕、毒害、放射等危險性質，容易造成人身傷亡、環境污染和財產損失，需要在運輸、裝卸和儲存過程中采取特殊防護措施的貨物。按照《國際海運危險貨物規則》的規定，危險貨物分為爆炸品、氣體、易燃液體、易燃固體、氧化物和有機過氧化物、毒性和感染性物質、放射性物質、腐蝕性物質、雜類危險物質和物品等類別，其中較為常見的危險貨物有2 200多種。由于集裝箱運輸具有安全、高效、便利等優點，全球約有76.2%的危險化學品貨物采用集裝箱運輸方式，我國沿海港口危險貨物集裝箱吞吐量約占外貿集裝箱吞吐總量的3.3%。由此可見，研究新型危險貨物集裝箱堆場管理系統，提升危險貨物集裝箱堆場的智能化水平、監管能力和安全系數，具有十分重要的意義。本文針對傳統危險貨物集裝箱堆場存在的安全隱患，結合危險貨物集裝箱堆場智能監管、智能堆存、應急響應等業務需求，研究基于三維虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統。

1 研究目的

（1）消除管理盲點。傳統危險貨物集裝箱堆場布局混亂，拆箱后的危險貨物往往與集裝箱混堆，不僅不便于管理，而且容易造成安全事故?；谌S虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統采用數字技術，能夠根據危險貨物的性質對其采取堆場堆存或倉庫堆存方式，并根據需要以三維方式顯隱，從而實現危險貨物集裝箱堆場管理智能化，消除管理盲點。

（2）消除監控盲點。傳統危險貨物集裝箱堆場的監控方式以視頻監控為主，由于監控手段單一，難以有效防止安全事故?；谌S虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統在傳統視頻監控的基礎上，增加對溫度、氣體和煙霧的監控，并以三維方式全方位展示受監控的貨物，從而消除監控盲點。

（3）消除響應盲點。由于危險貨物種類繁多，危險貨物集裝箱堆場安全事故應急響應方案也較為復雜，如果單純依賴人工判斷和決策，難免發生滯后響應或錯誤響應的情況，從而可能引發二次事故?；谌S虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統能夠對危險貨物性質進行智能分析，預測可能發生的事故，并在事故發生時將相應的應急響應方案推送至現場工作人員，從而輔助現場工作人員作出正確的判斷和決策，避免發生處置不及時或處置不當的情況。此外，該系統還可以輔助消防人員進行消防預演，提升消防人員應急救援響應能力。

2 技術特點

基于三維虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統采用三維虛擬現實、機器視覺、傳感器、無線通信、數據庫、衛星定位等技術，并結合人工智能算法，能夠輔助現場工作人員更加精確、高效、科學地對危險貨物集裝箱堆場實施監控、管理和響應，彌補了傳統危險貨物集裝箱堆場管理系統在呈現形式、實時性、易用性、交互性、全面性和信息化等方面的不足。該系統具有以下技術特點。

（1）三維的呈現形式。該系統能夠對不同類型和尺寸的危險貨物集裝箱以及拆箱后的危險貨物實現模型構建和三維渲染呈現，并以等比例還原展示堆場內的所有建筑物、設備設施、道路和地形環境等，從而為監管人員提供逼真的虛擬監管環境。

（2）多維的實時監管。該系統對接現有主要的監控和報警裝置，包括監控攝像機、煙霧傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器和周界報警系統等，能夠實現對危險貨物集裝箱堆場的多維監管，并通過即時通信和數據庫技術實時更新監管數據，對相關事件作出及時響應和處理。

（3）專業的信息提示。該系統內置專業的危險貨物集裝箱監管知識庫，覆蓋九大類別以及聯合國危險貨物編號下的所有危險貨物，不僅能夠按照危險貨物類別或聯合國危險貨物編號來檢索、查詢集裝箱的位置和相關信息，而且能夠生成相應的應急響應信息并顯示在系統界面上，輔助監管人員及時采取正確的應急響應措施。

（4）友好的交互設計。該系統能夠直觀呈現三維場景信息，簡化操作流程，使監管人員快速、便捷地完成監管操作。在操作工具的選擇上，監管人員可以根據個人習慣選擇鼠標、鍵盤或搖桿等設備完成相應操作。

3 系統架構和功能

基于三維虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統根據危險貨物集裝箱堆場的業務需求而研發，分為業務管理、多維監控和應急響應等三大模塊。

業務管理模塊可實現堆場堆存管理、倉庫堆存管理、設備設施標識管理等功能，其中：堆場堆存管理功能包括堆場集裝箱信息三維呈現、不同類別危險貨物區別顯示、集裝箱快速查詢、監管區域快速定位、多層集裝箱檢索、懸空集裝箱檢索、危險貨物性質檢索、海關監管區切換等;倉庫堆存管理功能包括倉庫危險貨物信息三維呈現、倉庫屋頂顯隱、倉庫危險貨物統計、危險貨物性質檢索等;設備設施標識管理功能包括消防噴淋等設施三維呈現以及對道口、關鍵道路、辦公樓、工作場所等作箭頭標識。系統根據業務數據庫中在場危險貨物集裝箱信息，在虛擬場景中生成集裝箱模型，并定時更新集裝箱信息，使集裝箱的數量、外觀、尺寸、位置等數據與數據庫中的數據保持一致，以確保系統數據的實時性。通過觀察系統三維虛擬場景中的危險貨物集裝箱堆存情況，監管人員可及時發現堆存管理存在的問題。

多維監控模塊可實現虛實結合視頻監控、冷藏集裝箱溫度監控、火災煙霧監控、倉庫氣體監控、電子周界監控等功能，其中：虛實結合視頻監控功能包括堆場監控攝像機查詢、虛擬位置監控視頻調取和虛擬巡更等;冷藏集裝箱溫度監控、火災煙霧監控、倉庫氣體監控、電子周界監控等功能主要通過布置相應的傳感器實現。由此可見，多維監控模塊根據不同的監控需求，布置多種監控和報警裝置，輔助監管人員對危險貨物集裝箱堆場實施全方位監控，確保堆場時刻處于安全狀態。

應急響應模塊可實現事故響應和消防預演功能，其中：事故響應功能包括火災事故應急響應方案檢索、泄漏事故應急響應方案檢索、事故報警短信推送、事故發生時危險貨物集裝箱智能顯隱、事故發生時應急響應方案智能生成、指令自動發送等，從而便于監管人員針對不同事故及時采取正確的應急響應措施;消防預演功能可模擬火災生成、火災撲滅、火災危險警戒圈生成等場景，輔助消防人員實施消防預演。

4 結束語

危險貨物集裝箱堆場作為集裝箱碼頭的重要組成部分，其管理系統卻未能緊跟集裝箱碼頭自動化和智能化的發展步伐，這與危險貨物集裝箱堆場的管理需求不符?；谌S虛擬現實技術的危險貨物集裝箱堆場管理系統能夠實現對危險貨物集裝箱堆場的全方位監控和智能管理，有助于提升危險貨物集裝箱堆場管理水平。三維虛擬現實技術在危險貨物集裝箱堆場管理領域的應用，將成為未來危險貨物集裝箱堆場發展的必然趨勢。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-01-15）