基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统

柯元俊 颜晓青 沈阳 梁争光 顾华杰

危险货物指具有易燃、爆炸、腐蚀、毒害、放射等危险性质，容易造成人身伤亡、环境污染和财产损失，需要在运输、装卸和储存过程中采取特殊防护措施的货物。按照《国际海运危险货物规则》的规定，危险货物分为爆炸品、气体、易燃液体、易燃固体、氧化物和有机过氧化物、毒性和感染性物质、放射性物质、腐蚀性物质、杂类危险物质和物品等类别，其中较为常见的危险货物有2 200多种。由于集装箱运输具有安全、高效、便利等优点，全球约有76.2%的危险化学品货物采用集装箱运输方式，我国沿海港口危险货物集装箱吞吐量约占外贸集装箱吞吐总量的3.3%。由此可见，研究新型危险货物集装箱堆场管理系统，提升危险货物集装箱堆场的智能化水平、监管能力和安全系数，具有十分重要的意义。本文针对传统危险货物集装箱堆场存在的安全隐患，结合危险货物集装箱堆场智能监管、智能堆存、应急响应等业务需求，研究基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统。

1 研究目的

（1）消除管理盲点。传统危险货物集装箱堆场布局混乱，拆箱后的危险货物往往与集装箱混堆，不仅不便于管理，而且容易造成安全事故。基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统采用数字技术，能够根据危险货物的性质对其采取堆场堆存或仓库堆存方式，并根据需要以三维方式显隐，从而实现危险货物集装箱堆场管理智能化，消除管理盲点。

（2）消除监控盲点。传统危险货物集装箱堆场的监控方式以视频监控为主，由于监控手段单一，难以有效防止安全事故。基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统在传统视频监控的基础上，增加对温度、气体和烟雾的监控，并以三维方式全方位展示受监控的货物，从而消除监控盲点。

（3）消除响应盲点。由于危险货物种类繁多，危险货物集装箱堆场安全事故应急响应方案也较为复杂，如果单纯依赖人工判断和决策，难免发生滞后响应或错误响应的情况，从而可能引发二次事故。基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统能够对危险货物性质进行智能分析，预测可能发生的事故，并在事故发生时将相应的应急响应方案推送至现场工作人员，从而辅助现场工作人员作出正确的判断和决策，避免发生处置不及时或处置不当的情况。此外，该系统还可以辅助消防人员进行消防预演，提升消防人员应急救援响应能力。

2 技术特点

基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统采用三维虚拟现实、机器视觉、传感器、无线通信、数据库、卫星定位等技术，并结合人工智能算法，能够辅助现场工作人员更加精确、高效、科学地对危险货物集装箱堆场实施监控、管理和响应，弥补了传统危险货物集装箱堆场管理系统在呈现形式、实时性、易用性、交互性、全面性和信息化等方面的不足。该系统具有以下技术特点。

（1）三维的呈现形式。该系统能够对不同类型和尺寸的危险货物集装箱以及拆箱后的危险货物实现模型构建和三维渲染呈现，并以等比例还原展示堆场内的所有建筑物、设备设施、道路和地形环境等，从而为监管人员提供逼真的虚拟监管环境。

（2）多維的实时监管。该系统对接现有主要的监控和报警装置，包括监控摄像机、烟雾传感器、温度传感器、气体传感器和周界报警系统等，能够实现对危险货物集装箱堆场的多维监管，并通过即时通信和数据库技术实时更新监管数据，对相关事件作出及时响应和处理。

（3）专业的信息提示。该系统内置专业的危险货物集装箱监管知识库，覆盖九大类别以及联合国危险货物编号下的所有危险货物，不仅能够按照危险货物类别或联合国危险货物编号来检索、查询集装箱的位置和相关信息，而且能够生成相应的应急响应信息并显示在系统界面上，辅助监管人员及时采取正确的应急响应措施。

（4）友好的交互设计。该系统能够直观呈现三维场景信息，简化操作流程，使监管人员快速、便捷地完成监管操作。在操作工具的选择上，监管人员可以根据个人习惯选择鼠标、键盘或摇杆等设备完成相应操作。

3 系统架构和功能

基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统根据危险货物集装箱堆场的业务需求而研发，分为业务管理、多维监控和应急响应等三大模块。

业务管理模块可实现堆场堆存管理、仓库堆存管理、设备设施标识管理等功能，其中：堆场堆存管理功能包括堆场集装箱信息三维呈现、不同类别危险货物区别显示、集装箱快速查询、监管区域快速定位、多层集装箱检索、悬空集装箱检索、危险货物性质检索、海关监管区切换等;仓库堆存管理功能包括仓库危险货物信息三维呈现、仓库屋顶显隐、仓库危险货物统计、危险货物性质检索等;设备设施标识管理功能包括消防喷淋等设施三维呈现以及对道口、关键道路、办公楼、工作场所等作箭头标识。系统根据业务数据库中在场危险货物集装箱信息，在虚拟场景中生成集装箱模型，并定时更新集装箱信息，使集装箱的数量、外观、尺寸、位置等数据与数据库中的数据保持一致，以确保系统数据的实时性。通过观察系统三维虚拟场景中的危险货物集装箱堆存情况，监管人员可及时发现堆存管理存在的问题。

多维监控模块可实现虚实结合视频监控、冷藏集装箱温度监控、火灾烟雾监控、仓库气体监控、电子周界监控等功能，其中：虚实结合视频监控功能包括堆场监控摄像机查询、虚拟位置监控视频调取和虚拟巡更等;冷藏集装箱温度监控、火灾烟雾监控、仓库气体监控、电子周界监控等功能主要通过布置相应的传感器实现。由此可见，多维监控模块根据不同的监控需求，布置多种监控和报警装置，辅助监管人员对危险货物集装箱堆场实施全方位监控，确保堆场时刻处于安全状态。

应急响应模块可实现事故响应和消防预演功能，其中：事故响应功能包括火灾事故应急响应方案检索、泄漏事故应急响应方案检索、事故报警短信推送、事故发生时危险货物集装箱智能显隐、事故发生时应急响应方案智能生成、指令自动发送等，从而便于监管人员针对不同事故及时采取正确的应急响应措施;消防预演功能可模拟火灾生成、火灾扑灭、火灾危险警戒圈生成等场景，辅助消防人员实施消防预演。

4 结束语

危险货物集装箱堆场作为集装箱码头的重要组成部分，其管理系统却未能紧跟集装箱码头自动化和智能化的发展步伐，这与危险货物集装箱堆场的管理需求不符。基于三维虚拟现实技术的危险货物集装箱堆场管理系统能够实现对危险货物集装箱堆场的全方位监控和智能管理，有助于提升危险货物集装箱堆场管理水平。三维虚拟现实技术在危险货物集装箱堆场管理领域的应用，将成为未来危险货物集装箱堆场发展的必然趋势。

（编辑：张敏 收稿日期：2019-01-15）