基于Unity3D石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统设计

摘要：石油化工危险品储存具有高度流动性、极高的风险性和极强的事故波及性，往往在事故发生时造成重大人员伤亡和财产损失。为了有效跟踪、监测与监管，提升危险品的监管效率，提出石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统研究，以石化危险品的仓储禁忌管理为研究对象，开发危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统。这对于提高我国石化危险品储存禁忌管理的安全性，在事故发生后对环境的保护具有十分重要的意义，防患于未然，或尽最大可能地降低事故的危害性。

关键词：石化危险品；三维仿真；禁品识别；应急演练

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）01-0124-03

1 概述

危化品物流排查发现，包括仓储、生产、运输等环节，发生在储存环节的爆炸、火灾等伤亡事故占所有事故的19.7%，排在运输环节34%之后，生产环节占23.8%。由于仓储环节导致的事故出险人数占出险总人数的18%，这说明在危险品物流的各个环节中，危险品仓储环节所占的地位是十分重要的。

随着我国石油和化工行业的不断发展，石化危险品运输业务也变得更加忙碌起来。石化危险品在储存、运输过程中是否能够保障全程安全直接关系到人们生命财产的安全[1]。目前，石化危险品储运依然存在较大的风险，通过技术手段实现对石化危险品储运的监控和预警能够有效预防安全事故发生，及时排除存在的安全隐患，使安全生产工作更加高效。

石油化工危险品仓储管理是在仓储过程中危险品数量多、种类杂、流动性强，是一套复杂、复杂的系统。绝大多数仓库储存的危险物品，除少数专业仓库从事单一货物作业外，种类繁杂，性质各异，需要面对多种鉴别操作的大忌，风险极高[2]。石油化工危险品储存事故具有很强的波及性，往往在事故发生时造成重大人员伤亡和财产损失。

以石油化工危险品仓储禁忌管理为研究对象，有效跟踪、监控和监管，提高危险品监管效能。开发基于Unity3D石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统，对提高我国石化危险品仓储禁忌管理安全，防患于未然或者事故发生后尽可能降低事故危害，保护环境具有重要的意义。

2 国内外研究现状

世界各国都制定了相关的规定，对危险物品进行管理和监控，使危险物品在存放过程中防止或减少意外或丢失。美国的《联邦危险货物运输储存条例》、欧盟的《塞弗索法令》等都对危险货物发生重大事故的预防、事故造成的人力、物力损失减少等方面规定了相关的政策。中国国务院2011年颁布的《危险化学品安全管理条例》，对危险货物的生产、储存、运输等各个环节都做出了安全方面的解释。中储协发出《中储协关于加强2015年仓储安全管理工作的倡议》，同年，《关于开展智慧物流配送体系建设工作实施意见的通知》由商务部办公厅发布，其中特别强调，要推动仓储管理系统的建立，要有深层次的感知能力[3]。

第三届中国危化品运输物流发展战略2020年高峰论坛在济南胜利召开，推动危化品运输物流的高质量发展，完善相关制度规范和标准。我国应发展智慧物流，应用3D仿真技术，在“互联网+”背景下实现危险品禁忌识别与监控预警，及时做好危险品入库的事前风险评估和预警服务。危险物品的三维仿真信息，对智能监控系统进行危险物品的储存，具有十分重要的作用。

3 石化危险品平台建设思路

3.1 三维仿真系统设计

以石化危险品的仓储禁忌管理为研究对象，开发危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统。

1） 危险品仓储禁忌信息库和智能检测系统，提供危险品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性质等基础信息查询和危险品禁忌智能检测分析；

2） 基于三维仿真的危险品禁忌识别与应急演练系统，实现三维模拟下的危险品禁忌反应、风险评估、应急处置与救援演练服务；

3） 实现实时提供预警警报模拟，以备危险品仓储设备运行达到预警条件时使用。

3.2 三维仿真平台总体实施方案

以石化危险品的仓储禁忌管理为研究对象，设计出可行的危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统，对危险品仓储过程中，出现危险状况后，实现三维模拟下的危险品禁忌应急处置与救援演练服务，实现危险品仓储安全的监测预警和演习预案。

Unity3D石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统的总体实施方案如图1所示。

通过技术集成与创新实现了石化危险品仓储禁忌识别和应急演练预警服务，为安监部门、石化企业、运输企业、仓储管理员等提供了危险品禁忌管理的重要信息平台，对促进我省石油化工危险品储存安全起到了不可忽视的作用。

4 相关技术

Unity3D是指用户可以使用各种感知设备的一种虚拟环境，包括视、听、触、味等，利用计算机技术生成，在虚拟环境中通过其自然技能与实体互动的技术[4]。

危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统以三维仿真技术为基础开发而成。提供危险品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性质等基础信息查询和危险品禁忌智能检测分析；实现三维模拟下的危险品禁忌反应、风险评估、应急处置与救援演练服务；实现实时提供预警警报模拟，以备危险品储存设备运行达到预警条件时使用。

通过查阅文献，分析研究国内对于石化危险品仓储监控系统的研究开发情况，分析对比其性能技术等，研究出可行的基于三维仿真的石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统的设计方案。

根据需求和功能，设计出可行的危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统，对危险品仓储过程中，出现危险状况后，实现三维模拟下的危险品禁忌应急处置与救援演练服务，实现危险品仓储安全的监测预警和演习预案。

总体技术路线如图2所示。

5 主要功能实现

Unity3D石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统能全面地反映危险品仓储禁忌识别与应急演练三维仿真系统，并能提供危险品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性质等基础信息查询和危险品禁忌智能检测分析；实现三维模拟下的危险品禁忌反应、风险评估、应急处置与救援演练服务；做到安全监控预警存放危险品，最大限度地减少安全事故的损失。

5.1 危险品禁忌识别信息库和智能检测系统建设

危险品禁忌识别信息库：

根据危险化学品储存禁忌物配伍表，研究危险品禁忌识别的匹配关系，建立禁忌识别快速算法。技术方案如图3所示。

1） 禁忌识别基础信息库：提供仓储基本信息、危险品信息、禁忌物、禁忌、健康危害、急救措施、泄漏处理、储运信息、理化性质、毒理学等基础信息查询和分析。

2） 禁忌识别智能检测系统：根据危险化学品储存禁忌物配伍表，研究危险品禁忌匹配关系，建立快速的禁忌识别智能算法，应用人工智能方法实现石化危险品禁忌的智能检测与识别。在智能识别系统中，一次性输入多种石化危险品名称或者危险品类别时，能够根据用户输入条件，智能检索出每种危险品及其禁忌物名称组合，并给出禁忌规避与安全防范建议。

5.2 危险品禁忌识别、应急演练三维仿真系统开发

三维仿真场景构建：

现场3D数据采集，3D激光扫描仪的三维仿真场景，高精度纹理贴图的方法，用于构建危险货物的存储作业。采用Unity 3D平台开发三维仿真互动和禁忌识别、应急演练、安全培训系统。建模部分方案如图4所示。

1） 建立石化危险品生产园区、港口码头、货运仓库等危险品仓储三维仿真模型，建立危险品仓储作业的仿真场景。

2） 基于危险品仓储三维仿真场景，研发危险品仓储禁忌事故仿真系统，模拟特定仓储环境下，将不同危险品混装、混放等情形下危险品禁忌反应，以及仓储事故发生、发展的全过程，把可能出现的仓储事故危害性、破坏性和灾难性后果完整展现出来，提供事前风险评估预警服务，以备危险品储存之需。

3） 研发仓储事故快速处置和应急演练仿真系统，以三维仿真、动画模拟的形式，直观展现危险品仓储中各类作业流程、安全规范以及仓储事故发生时如何快速进行事故处理和应急救援[5]。通过三维仿真、情景介入、动画模拟、现场推演等方式为监管人员、调度人员、作业人员等模拟不同角色、不同岗位的人员在发生事故时，如何迅速进行紧急情况的处置及安全救护工作。

应急演练预警系统：

采用世界著名的3D建模软件对仓储场景进行数字建模和效果渲染[6-7]。采用Unity 3D平台开发设备预警系统，建立演习预警预案，开发不同角色应急推演互动功能。

5.3 危险品仓储管理监控与预警服务平台

对危险品仓储位置、仓储货物等信息建立三维设备模型，按照生产要求，设置相应的预警参数，当设备运行达到预警条件时，在三维场景提供实时预警警报。这样为用户提供仓储安全监测预警服务，提醒用户加强安全防范，做好应急准备。

6 技术关键

针对安全监管和企业自检的实际需求，在常见危险品禁忌配伍基础上，研究不同类别危险品的性质、物质之间的禁忌危害性，建立智能化的监测识别数据库，研发危险品仓储禁忌智能识别系统，为危险品仓储管理提供了一个准确、科学、智能化的预警手段。

基于特征建模的技术，对危险品禁忌管理进行分析与抽象，建立危险品禁忌识别特征模型，采用三维仿真、动画模拟等方式，开发了特定仓储环境下危险禁忌事故仿真系统，建立了危险品仓储应急演练的仿真平台，为仓储管理提供了应急演练、救援模拟、安全培训等综合信息服务。

数据源的采集和校验：系统的所有应用效果必须依赖于数据的及时采集和真实性，危险品流通、仓储管理是一个复杂的社会活动，如何介入相关业务系统、采用何种数据采集技术和有效校验这些数据的真实性是重点也是难点。

搭建模拟系统：3D模拟有很多业界的名字，比如虚拟仿真，工程仿真，3D仿真等，具体来说，就是根据这个技术的运用，名字就不一样了[8]。如何利用三维仿真系统对危险品仓库进行有效仿真，让人们体验到很多在其他技术中体验不到的感觉是一个重点和难点。

多技术的整合应用：系统工程涉及危险品仓储的禁忌识别、智能检测、监测预警、三维仿真等多个技术层面，这些服务系统的研发等都具有较高的难度，在国内也少见成熟的系统方案。

7 结束语

我国政府非常重视危险品仓储的监管，要求所有的危险品仓储必须通过安监部门的备案和审核，符合一定的资质才能从事危险品仓储业务。国家安监总局、交通运输部、公安部针对近年来危险品安全事故频发的实际，联合提出了“科技兴安”的指导方针，希望利用先进的科技手段，减少事故的发生，在发生事故后能迅速掌握现场情况，提高救援处理的效率。

基于Unity3D石化危险品禁忌识别与应急演练预警系统，能在三维模拟系统下中模拟危险品仓储过程中出现危险状况后，提供应急处置与救援演练服务，实现危险品仓储安全的监测预警和应急指挥，能最大限度地防范和降低安全事故的损失。这对提高我省石化危险品仓储安全具有重要的促进作用，具有较高研究价值和广泛应用前景。

参考文献：

[1] 李荣祥，吴景旭，张芳利，等.爆炸危险品在运状态远程监控系统研究[J].长江信息通信，2022，35（7）：149-153.

[2] 王廷春，张亚丽，穆波，等.移动式多功能防爆监控终端研制及远程监控平台研发[J].石油化工自动化，2019，55（2）：39-44.

[3] 李雪.基于无线传感器网络的仓储危险品三维定位关键技术研究[D].秦皇岛：燕山大学，2017.

[4] 杨舒涵，郑晓静，唐富，等.基于Unity3D的高校实验室消防演练系统[J].计算机科学与应用，2019，9（4）：749-756.

[5] 钟文.基于Unity3D化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统研究[J].数字技术与应用，2017（4）：50-51.

[6] 杨镇豪，田垒，朱留川.基于Unity 3D的火灾逃生模拟系统的实现[J].电子技术与软件工程，2018（1）：52-53.

[7] 吴可玉，庄建军，徐琳玲.基于Unity 3D的虚拟消防与安全教育系统[J].实验技术与管理，2020，37（12）：237-240.

[8] 夏蕾.三维技术的分类及应用[J].硅谷，2014，7（15）：121-122.

【通联编辑：谢媛媛】