前言
7 月份，245 個國家氣象站日最高氣溫突破 7 月曆史極值；同時，疫情防控形勢向好，企業加快復工達產節奏，電力負荷屢創新高。煤電作爲我國最主要的電源，用不足 50% 的裝機佔比，生產了全國約 60% 的電量，滿足了超 70% 的高峯負荷需求。
煤電作爲火力發電的一種，通過煤在燃燒時產生的熱能，將發電動力裝置轉換成電能。採用圖撲軟件的 2D、3D 和 GIS 可視化技術結合傾斜攝影和數字孿生技術，搭建出火電廠不同機組區域、輸煤區域、化學水處理區域、公用系統區域、生活辦公區域、主變及升壓站區域的三維可視化系統。利用泛在感知、自適應、智能融合與互動化，讓火電廠在工程設計、生產調度、過程監控、故障診斷、運營管控、可視化運維等不同環節實現智慧管理。
HT for Web GIS 支持對不同地圖瓦片服務或數據、航拍傾斜攝影實景的 3DTiles 格式數據以及城市建築羣等不同的 GIS 數據的加載，同時，結合 BIM 數據輕量化、三維視頻融合以及 2D 和 3D 的無縫融合等技術優勢，在 GIS 系統中對海量的 POI 數據、交通流量數據、規劃數據，現狀數據等進行多樣化展示。
基於 HT for Web 和 GIS 技術的智慧火電廠通過獲取三維場景數據實現火電廠的數字孿生。基於數字孿生的三維技術，將物聯網、人工智能、大數據等新 ICT 技術進行整合，對火電廠安全模塊、環保模塊、生產模塊進行全方位的數字化建設，建設成新一代科技、高效、安全、綠色、健康的火電廠。基於天氣數據進行氣象仿真，根據具體的需求，展現雨、雪等不同的氣象數據三維仿真效果。也可接入氣象數據，在惡劣氣候來臨前做好應對措施。
火電廠三維場景數據獲取主要有航拍建模和人工建模兩種方式。
航拍建模，也稱傾斜攝影實景三維。通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步採集影像，以大範圍、高精度、高清晰的方式全面感知複雜場景，獲取到豐富的建築物頂面及側視的高分辨率紋理。不僅能真實反映地物信息，還能通過定位、融合、建模等技術，生成具有地理座標系信息的三維廠區模型。航拍建模可以準確的和GIS 匹配，OSGB 模型數據具有多細節層次（Level of Detail, LOD），系統可以根據用戶瀏覽時和場景的距離顯示不同精度的 LOD 層級模型。
人工建模，使用 3dsMax、Maya、C4D 等建模軟件，基於影像數據、CAD 平面圖或者拍攝圖片估算建築物輪廓與高度等信息進行人工建模。但建築紋理與實際效果偏差較大，生產過程也需要大量人工參與；數據製作週期較長，時效性較低。人工建模要和 GIS 匹配需要人工進行空間矯正配準。
點擊查看航拍 VS 人工建模區別
- 性能上，傾斜攝影適用於大面積複雜廠區或建築羣，可快速通過航拍採集的數據生成場景，避免花費大量時間進行手工建模。通過層級方式加載，不受性能限制，可以承載人工建模所無法承載的場景規模。
- 效果上，傾斜攝影所見即所得，可展示所有拍攝到的物體，但效果上不如人工建模，拉近後會存在模型貼圖模糊，模型細節丟失等問題。同時傾斜攝影的靈活性也不如人工建模，如需對單棟模型實現點擊事件，還需要進行單體化處理，並且無法從模型層面實現一些動畫效果，例如拆解、透視、零部件拆解動作等。
- 成本上，航拍大規模成圖加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低三維建模成本，提升模型的生產效率，降低了三維模型數據採集的經濟代價。
- 工期上，通常 1-5 平方公里面積，採集數據+生成模型在 1-2 周左右，人工建模則是取決於建築/設備數量和複雜程度，通常單個廠區建模週期在 1-4 個月之間。
實際應用中，用戶可根據自身需求選擇合適的方式，也可以兩者相結合實現。例如本次案例則採用傾斜攝影+人工建模+ BIM 模型三種做法疊加對火電廠進行全方位展示。
效果展示
透視效果
通過人工建模的方式，運用圖撲軟件虛擬仿真技術，按照智慧火電廠機組區域的內部佈局，1：1 製作 3D 可視化仿真互動模型，內部設備和建築一覽無餘，便於運維查看。
對於智慧火電廠而言，仿真建模展示遠不能滿足需求。利用圖撲軟件結合 GIS 進行人員、車輛、設備的定位、監控管理，分析各類監控點位的布控合理性，全面監控廠區的生產狀態，纔是廠區智能化轉型的重點。在安全方面，對廠區、消防設備等進行數字孿生；在環保方面，對 NO2、汞、PM2.5 等有毒有害物質排放情況進行分析，指導火電廠的環境治理工作，促進廠區的綠色化轉型。
漫遊巡檢
火電廠電力巡檢人員需要對運行的機器、工藝設備、管道、儀器儀表等進行規範的檢查，去發現和專業識別隱患，處理隱患，上報隱患，讓設備的故障消失在萌芽狀態。通過巡檢模擬人或者巡檢車巡檢的過程，經過設備時可以停留查看設備信息。漫遊巡檢功能根據增設的多類型巡檢內容和多條巡檢路徑，可選用第一人稱視角漫遊或者無人機視角漫遊進行全時段自動巡視，巡視速度可自由選擇。
第一人稱視角漫遊可帶來沉浸式體驗。無人機視角漫遊從空中漫遊查看，展示火電廠的宏大，帶來震撼觀感。滿足不同類型資產的運維管理特性。
安全模塊
安全管理是企業平穩正常運行的根本，利用雲計算、大數據、虛擬仿真、北斗定位等技術提升安全管理水平，提高安全管理效率是現代化電廠的管理重點。通過在地圖上顯示各種圖標對應於標籤綁定的人或物，對標籤進行實時監控，並在地圖中顯示標籤的當前位置，進行實時管控。
在圖撲軟件 2D 面板展示累計安全運行時間，廠區綜合信息，如火災監測點位、門禁點位、廠區人員、廠區車輛、電子圍欄、攝像頭信息。點擊底部菜單的火災監測點位可查看整個火電廠的火災監測點分佈情況，結合北斗、UWB 等系統，精準定位起火點，有效縮短救援時間。
火災預演
通過動態箭頭標示逃生路線，指向逃生出口方向，可模擬多條疏散路線並預測時間，測算出最佳逃生路線。
火電廠內人員密集度高，地形複雜，因此疏散難度較大。但疏散時間的長短直接關係到人員的安全，通過將 HT for Web 和 BIM 結合，藉助傳感設備和射頻識別技術確定人員逃生數據，以 Hightopo 的三維可視化特點，將真實的疏散環境和疏散情況進行還原，與廠區真實情況切合度高。因此，在火災逃生中，就能夠有效提高員工逃生效率。
人員管理
採用圖撲可視化管理廠區總人數，汽機、輸煤、鍋爐房人員信息分別統計，通過 3D 場景內的人員快捷導航功能快速定位人員。人員定位有助於管理者調動各區域員工，加強全局管理，提升企業的智能化水平和運行效率。
可基於 UWB 定位基站或其他定位硬件基礎，在三維場景中實現廠內員工實時定位可視化功能。在集控中心部署圖撲軟件可視化管理系統，管理人員可以實時監控廠區在崗人員的位置，通過場景交互查看員工信息、行動軌跡等數據。員工可隨身攜帶定位卡裝置，如遇危險可手動發出 SOS 信息。集控中心運維在圖撲軟件可視化系統內看到求救信息可第一時間做出反應。
門禁管理
門禁安全管理集圖撲可視化技術、AI 人臉識別技術、微機自動識別技術、現代安全管理措施爲一體，它涉及電子，機械，光學，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術，能有效識別記錄通行人員和車輛信息。在圖撲可視化大屏可查看門禁分佈區域、當日通過門禁的人數、攔截人數、攔截原因，構建網格化社會治安防控體系，提高對各類事故、案件和突發事件防範和應急處理能力。
門禁系統還可集成其他專業系統樓宇自動化、閉路監控、防盜及消防報警等其他系統協調聯動，從而使安防整體性和安全性得到提升，例如：
攝像頭管理
攝像頭是廠區實現主動式防禦的關鍵，列表顯示在線、離線攝像頭數量，可根據名稱搜索查看攝像頭位置。圖撲軟件查詢界面採用事件機制進行界面局部更新，避免 FPS 的遊戲方式，過多進行無意義的界面刷新，避免桌面卡頓和手機發燙等問題。
點擊 3D 場景底部攝像頭圖標可查看廠區智能攝像頭分佈，把攝像頭疊加 AI 的算法，能夠進行人員行爲和物體的識別，讓普通攝像頭會思考。可視化界面接入監控系統，顯示當前廠區場景。
圖撲軟件產品 HT for Web 作爲基於 HTML5 標準的組件庫，可以無縫結合 HTML5 各項多媒體功能，支持集成各類視頻資源形成統一的視頻流，可在 2D、3D 態勢地圖上標註攝像頭對象並關聯其視頻信號源，通過場景交互來調取相應監控視頻，滿足運維人員對場景進行實時態勢感知、歷史數據回溯比對、應急處理預案等監測需求。
圖撲軟件還支持視頻融合，將 2D 視頻圖像融合到場景的 3D 模型中，爲用戶提供直觀的視頻圖像和簡單的視圖控制。通過室內監控視頻與三維場景疊加展示，可如臨其境查看現場情況。並可實現關鍵路徑自動視頻巡檢，重點區域關注目標快速鎖定等高級功能，爲日常管理和突發事件的處理提供直觀準確的協助。
電子圍欄
火電廠的 3D 界面內用黃色表示廠區的各個電子圍欄位置，並在人員入侵時彈出提示框，提醒集控中心運維及時通知入侵者離開。利用圖撲軟件 2D 面板顯示違規記錄，如違規時間、事件、處理狀態，後續有針對性地加強管理。點擊面板中電子圍欄後的小眼睛可將鏡頭拉近查看，也可根據需要手動繪製電子圍欄區域。
電子圍欄是目前較爲先進的周界防護報警系統，採用了先進的“阻擋爲主，報警爲輔”的周界安防理念，集“威懾、阻擋、報警、安全”於一身，可對人流態勢風險進行分析研判。圍欄分爲永久性圍欄和臨時性圍欄，永久性圍欄在火電廠項目中出現在汽輪機、變壓器、升壓站等區域；臨時性圍欄出現在廠區內臨時施工或者“兩票”維修區。
車輛管理
火電廠作爲一個密集多徑場所，可採用 UWB、Wi-Fi、藍牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee、動作捕捉、超聲波等技術配合北斗衛星導航系統，收集車輛運行軌跡。將圖撲可視化系統和路網系統結合，達到縮短車輛旅行時間、降低行車延誤、減少車輛空駛和亂停、保障行車安全、提高場內道路通行能力的目的。
廠區車輛定位管控系統具備車輛基礎信息查詢、車輛實時定位跟蹤、車輛實時位置查找、車輛安全狀態查詢、車輛實時巡查盤點、車輛異常報警聯動等功能，可實現廠內車輛實時監測和安全預警智能化，提車輛智能化管理效率。
在定位範圍內車輛發生故障，通過報警按鈕能夠及時向地面調度室發送報警信息；根據實際情況，預告確定地點和行動軌跡路線等。
安全四色圖
結合火電廠自身實際繪製企業安全風險分佈圖，從組織、制度、技術、應急等方面對不同等級的安全風險採取有針對性的管控措施，確保安全風險始終處於受控範圍內。在圖撲軟件數字孿生體內將火電廠安全風險等級從高到低劃分爲重大風險、較大風險、一般風險和低風險，分別用紅、橙、黃、藍四種顏色標示。通過廠區安全四色圖分析，對重點安全防範區域的消防設備和監控設備的布控具有重要的指導意義。
環保模塊
火電廠對環境的污染主要包括空氣污染、廢水污染、工業固廢污染、工業噪聲污染、電磁污染。鍋爐的煙氣通過高煙囪排入大氣，通過圖撲可視化系統統計監測點位的煙塵、NO2、汞排放、PM10、PM2.5、SO2 正常和異常指標數據，加強指標異常區域的環境管理，構建綠色廠區。
圖撲軟件運用圖形化的手段清晰有效地將數據信息進行解讀和傳達，分別利用柱狀圖、面積圖、折線圖等統計每月 NO2、PM10、PM2.5、SO2 的排放量，幫助我們發現其中的規律和特徵，挖掘數據背後的價值。通過各種不同數據源之間的數據傳遞、轉換、淨化、集成等功能，實現環境數據的統一存儲、統一展現。
點擊底部菜單的每類排放物，會在 3D 場景內相應分佈區域出現圖標，雙擊 3D 場景內相應的小圖標可彈出 2D 面板查看各種有毒有害物質的每小時變化情況。通過數據層面的整理提煉，將分散在各個“信息孤島”中的有效信息資源進行全面整合，全面支持數據共享、統一管理和分析決策。
AQI 雲圖
用綠、黃、橙、紅、紫表示空氣污染的輕重程度，加強重污染區域的環境治理和人員准入，保障員工身體健康。
通過跨平臺的標準數據協議，將各個獨立分散的數據庫或信息系統中的有價值的數據抽取到圖撲可視化系統，實現多業務處理以及管理決策層的數據共享。
生產模塊
火力發電的原理是在燃燒時加熱水生成蒸汽，將燃料的化學能轉變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉換成機械能，然後汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。圖撲軟件採用輕量化三維建模技術，數字孿生火電廠的發電流程，帶來沉浸式觀感。
三維工藝流程
採用三維組態的方式實現電廠關鍵工藝流程上的設備連接，一方面可監控重要設備的運行信息；另一方面，用三維組態展示出燃煤發電廠的主要發電工藝：輸煤棧橋→篩煤機→碎煤機→輸煤皮帶→給煤機→磨煤機→鍋爐→汽輪機→發電機→主變→升壓站→電網……
相較於 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統組態軟件，圖撲基於 Web 的平臺更適合 C/S 向 B/S 轉型的大趨勢，支持快捷的數據綁定方式，豐富的可視化組件可用於快速創建和部署。同傳統界面相比，圖撲滿足工業物聯網現代化的、高性能的、跨平臺（桌面 Mouse /移動 Touch /虛擬現實 VR）的圖形展示效果及交互體驗。
設備預警
通過列表顯示一級、二級、三級設備預警信息，可分類查看，防範設備高溫暴曬運行帶來的爆炸、傾覆、滯留風險。相較於人工預警，通過圖撲可視化平臺預警，精簡流程，監測數據一旦觸發設定的預警指標，集控中心運維可實時收到預警提示，爲轉移危險區域人員爭取寶貴時間。同時，加強在役機組運行管理，減少非計劃停機、受阻情況，保障機組穩發滿發。
在高溫天氣可使用 “溫度傳感器+Zigbee”溫度監測系統，準確地採集關鍵設備及設備關鍵部位的溫度信號，通過智能網關，接入光纖網絡，實現網絡及數據共享。通過控制中心的無線測溫監測系統，超溫部位及設備精準定位，超溫報警，保證關鍵設備壽命及生產連續性，減少及避免潛在事故的風險。
地下管網
採用透視效果呈現火電廠三維地下管網在廠區分佈情況，瞭解管道佈局和走向，避免地下作業時損壞管子。結合各種信息傳感器、射頻識別技術、紅外感應器、激光掃描器等監測管道健康狀況，避免爆管、管裂等情況的發生。
升壓站建設流程
圖撲軟件支持將 BIM 建築數據疊加到 3D 場景中，也支持將 BIM 模型疊加到地圖場景中，實現 BIM + GIS 的結合展示。將 BIM 技術應用到升壓站建設中，涵蓋：規劃、設計、施工及運維管理等各個階段。結合 BIM 技術，對升壓站的建築結構、基礎設施系統內設備進行三維模擬呈現，直觀逼真。
通過 HT 引擎進行渲染，仿真還原升壓站建設流程：地基建築→圍牆→變壓器區→刀閘區→開關區→鋼塔→線纜，實現智能施工管控。可依據需要選擇正常速度、2 倍速、4 倍速等不同播放速度查看建設過程，查找不合理環節。結合圖撲軟件還能實現對一次設備（變壓器、斷路器、隔離開關等直接用於生產和使用電能的設備）運行工況的監視、測量、控制及調節等。
圖撲軟件還提供了 BIM 模型轉 HT 圖元的功能，可對 BIM 文件做輕量化處理，確保場景在 Web 中高效流暢地加載運行，降低開發成本。
機組數據監測
點擊底部菜單的機組數據監測，可在三維場景內查看機組負荷、汽機轉速、給水流量等機組主要參數的實時數據，進行電力設備狀態檢修、廠站智能運行、作業機器人替代、大數據輔助決策等，開展火電廠的數字化、無人化管理。
圖撲軟件將 2D 和 3D 無縫融合，通過圖表的數據綁定，利用不同樣式的圖表統計方式統計安全運行天數、廠區面積、總裝機容量、機組實時功率；日發電量、月發電量、總髮電量數據；供電煤機、發電煤耗、負荷率等生產指標；鍋爐機組和汽輪發電機組等設備運行效率。採用柱狀圖和折線圖結合的方式展示日煤耗、月煤耗、總煤耗，瞭解廠區基本運行狀況，保證火電廠運行的安全性、經濟性和電能的質量。
總結
火電廠設備設施、工藝流程的智能化升級，提高了電力系統靈活感知和高效生產運行能力。但是，通過火電廠實現電力系統削峯填谷，滿足 5% 的峯值負荷需要投資 4000 億，而通過虛擬電廠，在建設、運營、激勵等環節投資僅需 500-600 億元。
虛擬電廠是滿足新型電力系統需求側互動響應能力的重要工具，其提供的新能源電力與傳統能源和儲能裝置集成的模式，能對大電網呈現出穩定的電力輸出特性。挖掘了各品類電源頂峯發電潛力，優化跨區域電網間的開機備用、錯峯支援、餘缺調劑。
新能源系統分散化、扁平化、去中心化的趨勢特徵日益明顯，分佈式能源快速發展，系統模式由大基地大網絡爲主逐步向與微電網、智能微網並行轉變，推動新能源利用效率提升和經濟成本下降。
《中國電力發展報告 2022》建議，通過多能互補形式，推進新能源基地化開發，探索建立新能源基地有效供給和有效替代新模式。推廣應用多時間尺度功率預測、智慧調控等技術，有效提升新能源可靠支撐能力和消納水平。2022 年上半年，水電、核電、風電和太陽能發電等清潔能源發電量超 1.2 萬億千瓦時。
智慧電網要求建設智能調度體系，實現源網荷儲互動、風光一體等多能協同互補及用能需求智能調控，合理佈局“新能源+儲能”一體化友好型新能源電站。
更多行業應用實例可以參考圖撲軟件官網案例鏈接：https://www.hightopo.com/demos/index.html