危化品集装箱中存放的物品具有易燃、易爆、毒害、腐蚀、放射等危险特性，在生产、装卸、储存、使用、运输和废弃物处理过程中容易造成人身伤亡、财产毁损、污染环境，因此其在运输、堆存过程中，需要对其有比一般集装箱更加严格的监管措施及手段，确保不会出现任何安全隐患。因此，这就对一个现代化、信息化的危化品监控系统提出了更高的技术要求，虚拟现实技术正是解决该类问题，弥补二维平面监控系统不足的技术手段之一。......
2023-08-18
港城危货箱三维监控系统：物流可视化成果
【摘要】：图9-22危货箱三维监控系统港城危货箱三维监控系统以三维渲染引擎为底层开发框架，以对堆场内危货箱的高效安全监管为目标，将危货箱码头传统管理方法及虚拟现实技术相结合，实现了对危货箱堆场的有效管理。图9-23危货箱三维监控系统基本架构场景构建模块虚拟危化品堆场场景的构建是实现危化品集装箱三维监控系统的基础，也是建立虚拟现实监控系统的关键步骤。
港城危化品三维监控系统将传统远程监控技术与现代虚拟显示技术相结合，用一个虚拟危化品码头场景反映实际码头中的各种作业对象，在监控界面上将这些实际对象用三维的形式显示出来；然后利用虚拟现实技术中的场景漫游、高亮显示、动态特效、视角切换等功能，使监管人员能够及时、准确、直观地掌握堆场中所有集装箱各种状态信息、跟踪其运输轨迹，结合危化品特征的监控管理办法以及事故响应措施，形成了一个具备沉浸感、交互性的危化品三维监控系统。该系统运用先进的虚拟现实技术、数据库技术、网络通信技术等技术手段，实现对危货箱堆场的三维人机交互、可视化监控及管理。
要实现人机交互，首先人要感知外界的信息。从认知心理学上讲，视觉是人类认知方式中最重要的、应用最多的一种感知方式，外界80%的信息都是通过视觉感知获得的。人类的视觉系统可以感知物体的大小、深度和相对距离，因此在通常情况下看到的景象都是三维物体。传统危化品监控系统的人机交互中的视觉显示都是基于一维、二维的平面显示方式，这给人类的视觉认知带来了很大的不便。虚拟现实技术的一个主要特征就是“沉浸感”，危化品三维监控系统能够提供给操作人员更加逼真的三维显示体验，通过空间中各种材质、粒子、特效的运用，使操作体验更加接近于人的真实视觉感官，从而提高其对监控对象的快速认知。同时，在虚拟现实技术中，监控人员可以通过鼠标点击、操作手柄等输入方式，对三维对象进行快速操作，操作更加直接、简便，增加了人机交互的人性化，省去了繁琐的命令或者菜单操作。
该系统能够将港城危货箱堆场各种数据信息（堆场地形、箱区位置、箱区尺寸、集装箱货物、危类号、UN号等详细信息）转变成三维虚拟实体；同时，根据后台数据库对堆场集装箱信息的实时更新，三维场景中对应的集装箱也能进行实时动态变化。这种真实、沉浸式的三维视觉体验，能够极大地提高监管人员对于监管工作的专注度，弥补传统平面可视化危货箱管理系统的空间局限性，将部分文字数据转变成更加直观的可视化图像信息，可快速提高监管人员的认知水平及对安全问题的实时响应，系统实现效果如图9-22所示。
图9-22 危货箱三维监控系统
港城危货箱三维监控系统以三维渲染引擎为底层开发框架，以对堆场内危货箱的高效安全监管为目标，将危货箱码头传统管理方法及虚拟现实技术相结合，实现了对危货箱堆场的有效管理。系统基本架构如图9-23所示。
图9-23 危货箱三维监控系统基本架构
（1）场景构建模块
虚拟危化品堆场场景的构建是实现危化品集装箱三维监控系统的基础，也是建立虚拟现实监控系统的关键步骤。场景中的所有对象（码头地形、道路、楼宇、集装箱、消防设施）都需要前期建立三维模型，然后再将其添加到虚拟场景中。但是，在虚拟环境中，仅仅建立静态的三维模型是不够的，因为在每一次打开系统或是监控过程中，虚拟场景中的对象，尤其是危化品集装箱的各种状态是会随着码头当前业务流程以及后台生产数据库的更新而出现改变的，这些改变堆场当前集装箱数量、类型及位置分布，当前安全状态、设备故障状态等。
这就需要在场景创建过程中，必须做到实时读取数据库中集装箱的各种数据信息，并根据这些信息动态正确地生成所有的集装箱。即首先根据集装箱的类型信息（标准箱、油罐箱、冷藏箱、高低箱等）创建出对应的具备真实外观的三维模型，放置在各自的箱区位置上，然后渲染出与危类相对应的材质颜色，以直观的形式提示监管人员。
系统根据危货箱码头公司后台生产数据库的信息，在虚拟场景中动态生成箱区坐标、箱区网格，以及不同类型（标准箱、冷藏箱、油罐箱等）、尺寸（20尺、40尺、高箱、平箱等）、危类的集装箱。在虚拟场景中，所有集装箱模型与现实中相同，无须额外文字提示即可判别集装箱外观信息，提高了监管人员对堆场信息的摄取速度。
同时，系统还能根据数据库的变化对虚拟场景中集装箱进行实时更新，增加、删除或者改变集装箱的状态。
具备其他三维渲染特效（天气、昼夜等），增强监管人员对堆场监管工作的沉浸感。
（2）信息管理模块
集装箱颜色根据集装箱对应的危类号进行显示，方便监管人员了解箱区中九大危类集装箱的分布情况。
通过点击选取场景中对应位置的集装箱三维模型，即可弹出该集装箱的相关信息及对应危类号、UN号的消防处理措施。对于箱区内部的集装箱，也可通过隐藏贝、隐藏排、隐藏层等操作快速选取。
（3）业务统计模块
通过系统人性化的交互界面及简便的操作过程，可快速对堆场信息进行及时数据统计分析，统计信息包括箱区集装箱总数、集装箱按危类或UN号的分布情况，如图9-24所示。
图9-24 危货箱三维监控系统统计功能
（4）应急响应模块
如消防应急响应，一旦出现安全生产事故，可一键快速实现场景中所有消防栓、灭火器以及其他消防设施的高亮显示。
（5）信息验证模块
在图的堆场信息录入过程中，因为管理人员的失误，难免会导致少量信息的错误录入。所以，为了防止少量错误信息给码头生产作业带来安全隐患，本系统的信息验证模块能够实现对堆场信息的验证工作。
图9-25 危货箱三维监控系统信息验证功能
如图9-25所示，由于少量集装箱信息录入的错误，造成了“悬空箱”或者“重叠箱”的出现。这些都可以根据系统的验证模块快速找出并定位，以便对这些错误信息进行快速更新修改。
该系统作为一个基于虚拟现实技术的三维可视化系统，与本章主案例的三维建模软件和引擎虽然有所不同，但是可视化模型的构建思路是一致的。
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2023-08-18
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