高温环境监测及AI数字孪生系统
一、需求背景
钢铁厂球团矿灼热的下料口、高校冶金实验室内的精密仪器运转……动辄1000℃以上的高温环境时刻考验着工业生产和科研安全。随着我国工业制造技术的高速发展，此类高温生产及科研环境日趋增长，而对环境数据进行全方位监测与智能化操作的需求也越来越高。
传统视频监控摄像头无法应对高温环境，而普通上位机控制系统无法自动识别设备风险从而进行联动控制，只能依赖人工不定期巡检与发生故障后的被动式操作，带来安全隐患难发现、故障响应不及时、作业环境不友好等一系列问题。
图1-高温作业场景
随着工业自动化控制、红外测温和数字孪生等技术的全面提升和不断进步，通过高温工业电视结合数字孪生系统对工业窑炉进行可视化监控已成为应用趋势，能帮助工业企业及高校实验室用户直观监测高温作业全过程及相关数据，显著提升生产效率和设备安全性。
二、解决方案
城图针对工业企业及高校实验室需求，推出高温环境可视化数字孪生监测方案，通过内窥式窑炉高温工业红外视频监控设备实现高达2000℃高温环境下的视频或热成像实时监测，结合自研AI视觉识别算法，自动发现高温场景下的故障及风险信息并告警；同时对环境设备进行全面数字孪生建模，动态还原生产试验的主要环节，实时监测各处温度、能耗、压力及10余种烟气成分等数据，协助用户直观而精细化地还原作业及科研过程细节，从而极大提升了生产效率。
系统方案主要适用于2000℃以内炉内图像的实时监测，如钢铁行业加热炉、退火炉、热处理炉，垃圾处理厂焚烧炉，垃圾焚烧发电锅炉，玻璃熔窑等工业高温窑炉以及工科高等院校的冶金专业高温实验室等。
图2-城图高温环境监测及AI数字孪生系统
三、系统功能
- 高温视频监控
采用适用于高温、高亮度环境下的专业工业相机，结合风冷+水冷组合技术，有效保障设备及环境安全，可直接将镜头伸至窑炉内(2000℃以下)连续实时地监视炉内运行状况，高清视频结合AI视觉识别能够及时发现运行中出现的异常情况，防止事故发生，减少经济损失。
- 热成像可视化测温
通过热红外成像测温装置采集窑炉内温度视频图像，基于红外测温分析算法计算窑炉内的温度场分布，标识出各个关键点的温度值，将结果提供给运维生产人员进行参考。系统可设定温度阈值，当阈值超出时自动启动告警和触发联动处理程序。
- AI视觉识别
可基于红外和可见光两种视频图像，采用专用深度学习算法，根据生产需求进行图像的识别，可适应不同的场景，例如监控下料口堵塞状况、球团破损、火焰状态等等。
- 数字孪生
本系统支持采用三维数字孪生技术，对实际生产或实验室环境进行高精度的3D建模，同步集成多维传感器数据、历史数据和其他信息，能够直观可视化地实时呈现主要设备结构及全视角细节数据；集成基于数字孪生下的可视化监控与控制功能，让用户能够在虚拟环境中直观地掌握设备监测状态；支持通过仿真模拟，预测和分析不同生产或实验过程产生的结果走向，为实现更科学的操作控制及管理决策提供有力支持。
四、技术架构
系统采用物联网技术架构，支持视频监控、压力计、流量计、热电偶等多种传感器的统一接入，并可根据不同的数据处理需求配置多台专用服务器，实现流畅安全的数据转发、可视化展示与系统控制。
图3-系统网络部署架构
五、部分应用案例
案例1：云南某高校-精准均匀加热智能检测与控制系统
本系统实现对高校冶能实验室最高温达1600℃高温金属燃烧炉进行全流程状态和参数的实时精准在线监测、分析和控制，具备物联网统一接入、精细化智能监控及全景实时3D数字孪生等功能应用。
图4-高校加热智能检测与控制系统部署图
案例2：湖南某电厂-输渣智慧化监测诊断评估及联动控制系统
本系统通过自主研发计算机智能分析平台及多路AI算法，利用内窥式耐高温红外热成像装置和双目深度图像采集装置，实现自主识别输渣系统格栅渣块，智能监测单位时间内落渣“雨量”，联动控制钢带机转速；实时观测识别碎渣机与斗提机堵塞情况，若超过阈值系统自动告警提示，同时识别确定渣块相对位置，联动控制挤压头进行渣块挤压破碎处理，实现渣块识别与挤渣联动控制。主站平台系统采集并汇总各子系统所有信息进行数据统计分析，帮助客户持续进行量化监控与管理优化。
图5-电厂智慧化监测系统界面
案例3：江苏某电厂-落渣雨量智能监测分析系统
系统设备由平台软件、雨量监测算法、风门智能控制算法、大渣识别算法、和数据处理等模块组成，利用红外热成像结合激光雷达技术获取前景图像，通过数据加密通信技术将图像发送至数据处理设备处，统计分析得出单位时间内该渣井内落渣的密度，将计算出的密度结果进行系数转换，获得对应的“雨量”级别结果，实现高效指导工业生产。
图6-电厂智能监测系统界面
案例4：湖北某铁矿-球铁矿回转窑高温下料口智能视频检测系统
客户在日常生产过程中，回转窑产生的球团烧结大块很容易在下料口聚集，导致下料口堵塞，影响生产，必须予以清除。传统方式采用人工观察+手动扒取球团烧结大块来清理下料口，由于回转窑高温高热的生产环境，采用人力手动扒取，效率低，工人劳动负荷大，人身安全难以得到保障。
本系统采用专用工业相机，镜头可直接伸入窑炉内部（2000℃以下）连续实时监视炉内火焰、物料运行的工作状态以及回转窑下料口堵塞情况，结合视觉识别算法精准检测下料口有无球团大块烧结物以及球团大块烧结物的尺寸，帮助客户显著提升生产效率及作业安全。
图7-铁矿智能视频检测系统部署现场
案例5：国内某药厂-流化床高温监测系统
本系统针对药厂的主要产线设备“流化床”内部环境进行150℃高温监测。通过红外热成像以及可见光视频监控，采集流化床内部的颗粒高速运动情况和温度分布情况，协助分析和评估流化床中颗粒剂制造过程。
图8-药厂流化床高温监测系统网络结构