3D-модель — как способ управления опасным объектом

По статистике, поражение электрическим током стоит на втором месте после травм, связанных с падением с высоты на предприятиях электроэнергетики. Хакасская ПМЭС стала пилотным проектом, для внедрения новых технологий улучшения безопасности рабочей силы.

Наземное лазерное сканирование стало стандартным методом съемки для создания 3D-моделей промышленных объектов. Тем не менее, некоторые руководители предприятий больше не удовлетворены чисто статическими 3D моделями; они все чаще требуют анимации для улучшения функциональных возможностей технического обслуживания и ремонта, чтобы гарантировать безопасность рабочей силы.

Зона обслуживания Хакасской ПМЭС (предприятие магистральных электрических сетей), регионального отделения Российской электрораспределительной компании, включает в Республике Хакасия и Республики Тыва более чем 3,300 км линий электропередач и 17 подстанций. Эта 220 кВ подстанция построена в 1964 году и была выбрана для пилотного проекта. Подстанция расположена на шести гектарах и предоставляет услуги электроснабжения не только жителям городов Абакан и Черногорск, но и Черногорской угольное шахте и другим промышленным объектам. В июне 2014 года за время двух человеко-дней, два гектара участка были отсканированы из 37 позиций с использованием сканера P20 Leica.

Сканер P20 Leica

Расстояние между точками было несколько миллиметров в результате избыточного количества станций стояния сканера. Таким образом, облако точек было разрежено перед импортом в Leica Cyclone для дальнейшей обработки. При выполнении работ при сканировании одной из основных задач было выявить сильные поля электрической энергии, которые могли бы повредить сканер, поэтому геодезисты были вынуждены следовать строгим правилам безопасности.

Blender 3D

После создания 3D геометрической модели из облака точек, модель была текстурирована (приведена в соответствие реальной цветовой гамме). Для оптимизации в реальном времени интерактивной визуализации, количество полигонов было снижено путем слияния или упрощения 3D-сетки до 300Мб. Такой маленький размера позволяет быстро и без проблем просматривать 3D-модель даже на слабых компьютерах. Стоит упомянуть, что упрощение модели не приводит к уменьшению точности и находится в пределах одного сантиметра.

Моделирование производилось с использованием программного обеспечения Blender 3D. Это бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом позволяет создавать 3D-модели и взаимодействать с 3D-моделями, а также создавать игры, фильмы и произведения искусства. Код, который впервые был разработан в середине 1990-х годов, находится в свободном доступе с 2002 года с количеством пользователей превысивших 500 000 во всем мире. Blender 3D находится в постоянном развитии. Вполне вероятно, это одно из лучших свободно распространяемых программных инструментов для разработки сложных 3D-моделей, а также для подготовки сцен для 3D игровых движков. Горячие клавиши делают Blender3D быстрее, чем многие сопоставимые инструменты.

3D-модели транспортных средств и рабочих были созданы для анимации, позволяя пользователям перемещать их по всему 3D проекту так же, как в игре.

Вид окна

3D-модель была дополнена электрическими опасными зонами в соответствии с действующими нормами и правилами. Размер опасной зоны зависит не только от типа напряжения проводника, при этом более высокое напряжение означает большую зону, но и от типа объектов, движущихся по модели — зоны повышенной опасности для рабочих, меньше, чем для транспортных средств и машин. Различные типы опасных зон были смоделированы и визуализированы в модели в виде полупрозрачных трубок вокруг проводников.

Вид полупрозрачных «трубок»

Игровой движок Unity3D

Игра-подобная среда была создана при помощи игрового движка Unity3D. С момента разработки в 2005 году, этот движок используется в основном для разработки компьютерных игр; это, вероятно, один из самых популярных инструментов в игровой индустрии с миллионами разработчиков по всему миру. Приложения могут работать бесплатно на любом компьютере, как автономно, так и в браузере. Создание автономного приложения в виде игры, с помощью простого графического интерфейса пользователя (GUI) заняло около 30 рабочих дней, включая построение графического интерфейса с нуля и выполнения многих итерационных уточнений на основе пожеланий заказчика. Игровой движок Unity3D не нуждается в какой-либо поддержке со стороны дорогих CAD программ, графический пользовательский интерфейс прост и интуитивно понятен. Это важные преимущества этого программного обеспечения. Модель может быть представлена как в моно и стерео; последнее значительно увеличивает погружение в виртуальную реальность.

Варианты использования

Были представлены три варианта использования:

1 — ознакомительный;

2 — обучение и игра на основе обучения (ГБЛ)

3 — планирование технического обслуживания и ремонта.

В первом варианте использования, можно ознакомиться с интерфейсом, пользователь может ходить или летать через 3D-модель или вращать и приближать от фиксированной точки зрения. По нажатию кнопки, атрибутов о сцене всплывает информация.

Информационное сообщение

Машины и рабочие могут быть перемещены из одной позиции в другую. Когда объект проходит через опасную зону, предупреждение генерируется на экране и начинает мигать, появляется предупреждающий текст и/или звучит сигнал тревоги. Электрическая опасная зона может быть либо визуализироваться, либо оставаться невидимой. Последнее позволяет пользователю узнать, как безопасно передвигаться по сцене без использования дополнительной информации.

Во втором случае использования инженеры по техническому обслуживанию обучаются правильно выполнять на месте рабочие процессы по ликвидации чрезвычайных ситуаций, учатся двигаться через сайт безопасно при различных обстоятельствах. Например, участок подстанции распределительного устройства можно отключить для ремонта, который изменяет конфигурацию опасных зон.

Отключенный участок работ не представляющий опасности

При возникновении аварийной пожарной безопасности, инженер должен выполнить действия в соответствии с инструкцией по техническому обслуживанию.

Пожар

Третье относится к планированию технического обслуживания и ремонта. Расстояния между объектами могут быть измерены в модели и, путем перемещения машин и рабочих, пользователь может создать желаемую конфигурацию. Самое короткое расстояние к проводу высокого напряжения могут быть отслежены в то время как транспортное средство движется по сцене.

2D-схемы могут быть созданы с помощью ортопроекций.

2D-представление

Руководители объекта, участвующие в пилотном применении этой методики в планировании технического обслуживания и ремонта, считают данный проект весьма перспективным. Это позволяет не только повысить безопасность работников и повысить производительность труда при планировании ремонтных и профилактических работ, но и в реальном времени наблюдать за текущей ситуацией на объекте повышенной опасности.