特种设备安全监管大数据平台研究

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　　摘 要：特种设备的安全及监管是政府主管部门解决民生问题、社会热点问题的重要工作，特种设备安全监管大数据平台的建设是特种设备安全管理战略发展的需要。特种设备安全监管大数据平台的建设将强化针对特种设备的监管、检验、预测和预警的能力;建设特种设备安全监管大数据平台可以整合特种设备检验、监管、预测和预警等业务。通过物联网信息采集和大数据分析将实现特种设备隐患的提前预警，可以极大地降低事故发生率。
　　关键词：安全监管;大数据平台;物联网;预警;特种设备;事故发生率
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）07-00-04
　　0 引 言
　　如今特种设备呈现出数量多、种类齐、分布广等特点，特种设备的安全及监管是政府主管部门解决民生问题、社会热点问题的重要工作。
　　以电梯设备为例，由于电梯数量猛增、电梯设备的老化及使用、管理、维护不到位等方面的原因，电梯故障也在逐年增加。利用传统的监管模式很难对电梯实施有效监管，不能及时有效地处理电梯故障，直接影响乘客生命安全。与此形成鲜明对比的是，电梯监察人员的数量严重不足，现有的监管方法有限，面对突发电梯事故的处理措施不够得当，面对媒体和公众的质疑，不能提供有效的数据支撑。同时，电梯的管理与使用涉及到多方面的因素，如监管部门、电梯维保单位、电梯使用单位、物业管理单位、业务委员会、街道办、居委会等多个环节，传统的监管方式与手段，难以统筹电梯安全管理的各个环节，难以有效解决电梯公共安全难题。所有上述因素都给特种设备的安全及监管带来很大的困难和挑战。
　　因此，借助物联网、大数据等新兴技术手段，建设“特种设备安全监管大数据平台”，对特种设备各业务工作平台的数据进行提取、转换、清晰和呈现，使用易于领导和管理人员直观理解的表格和图表等表达方式展现数据有用价值，辅助决策和执法检查。
　　1 需求分析
　　实现全市范围内特种设备的信息统一监管，准确地对特种设备进行数据采集，实现全市联网和全市特种设备数据的共享和兼容，并统一使用同一套监管业务系统软件，以满足全市特种设备检验研究中心和相关监管部门对现有特种设备统一监管。
　　特种设备安全监管项目功能架构如图1所示，主要包括：特种设备智能决策分析大数据平台、特种设备监察业务管理系统、特种设备检验业务管理系统、特种设备电梯应急救援管理系统、特种设备电梯物联网管理系统、数据交换接口管理系统、特种设备使用单位管理系统、特种设备维保单位服务管理系统等业务系统和平台，特种设备移动监管移动APP。
　　通过综合分析特种设备基础数据、质监监管数据、检验业务数据、业主数据、维保数据等等特种设备的大数据，为决策者提供特种设备的统计分析数据，获得综合的预警和决策建议，实现大数据的综合应用。
　　通过大数据平台实现综合业务接口汇接包括两个核心功能：特种设备的综合数据接口、特种设备的数据接口规范。通过数据接口实现各个业务系统以及未来新业务系统的数据汇接和共享;通过数据接口规范实现各个业务系统之间的数据无缝汇接，真正实现数据的融合和共享。
　　通过平台的信息输出端针对检验单位、监管单位、维保单位、使用单位以及人民群众等用户，根据各个用户不同的权限免费开放和使用特种设备的不同的信息以及信息服務。通过该平台实现监管部门通过业务管理平台对维保人员信息全方位监控。使维保人员通过该系统可实时监控业务范围内的设备状态信息，可以实现与现场进行交互式沟通。并可以使设备终端实现自动化信息采集，出现异常及时上传信息，实现设备主动预警，提高自动化程度，减少作业的强度，增加人员调用的效率。主要包括基础档案管理、维保任务管理、维保管理、星级评定管理、通知公告管理、现场任务管理、签到管理、电子地图、系统维护等功能。
　　平台重点强化以下功能要点：
　　应急处置系统是特种设备安全监管平台的一个业务系统，通过呼叫中心子系统、特种设备基础数据、大数据云平台、决策系统和预案系统等系统功能的综合应用，结合各类专业人员构成的三级网格化的应急处置及急救网络，实现特种设备应急救助处置。
　　通过PC终端（IE浏览器）和手机APP终端实现特种设备监管业务管理。通过PC终端（IE浏览器）和手机APP终端实现特种设备检验业务管理。通过使用单位专用的管理账号，实现使用单位各类业务的网上申报和网上办理。通过专用的管理账号，实现各类特种设备的许可业务员和收费业务的网上申报和网上办理。通过PC终端（IE浏览器）和手机APP终端实现特种设备维保人员和维保企业综合管理、维保业务管理。
　　通过该平台实现监管部门通过业务管理平台对维保人员信息全方位监控。使维保人员通过该系统可实时监控业务范围内的设备状态信息，可以实现与现场进行交互式沟通。并可以使设备终端实现自动化信息采集，出现异常及时上传信息，实现设备主动预警，提高自动化程度，减少作业的强度，增加人员调用的效率。完全达到整体的提高系统操作效率，和减轻人员劳动强度。
　　2 平台总体架构
　　平台在总体设计中，创新性地以信息技术为核心。同时云计算、物联网、大数据和移动互联技术的迅猛发展为特种设备监管创新提供了良好的技术支撑环境。
　　（1）以技术支撑创新为基础。采用云计算技术建设平台支撑，以物联网技术采集基础运行数据，通过公共服务平台，吸引各类用户提供更多的数据，促进特种设备监管水平的提高;
　　（2）以数据为核心促进管理手段创新。不断收集完善基础数据和设备运行数据，通过大数据分析手段挖掘数据的内含价值，提高管理公开性和管理的预先报警能力，将重大事故消灭在萌芽之中;
　　（3）以服务为核心。提高特种设备管理的透明度，通过移动互联网技术，开发手机客户端应用根据不同权限查询特种设备运行、管理、监测等多种信息，同时及时发布政府在特种设备管理方面的工作状态，提高公众的社会满意度。 　　平台整体结构如图2所示。
　　基于物联网和大数据技术的特种设备安全监察系统运用了先进综合的信息技术，符合国家安全生产和特种设备安全监察规定，可以有效实现设备安全状态、设备能效、设备检验状况、设备维保状况、操作人员资质等与特种设备紧密相关的设备使用情况及从业人员的实时数据监控，从而实现设备故障预警、事故预警、事故责任追溯、事故应急救援指挥等特种设备安全及生产安全责任追溯与事故处理，为特种设备安全监察和安全生产提供了可靠的数据依据和有效的监控手段，可有助于降低事故率。
　　2.1 平台总体功能框架
　　特种设备安全监管大数据平台按照行政区域和管理业务划分，主要包括区县前端子系统、业务系统、核心数据分析层、硬件支撑系统以及系统通用接口平台。
　　区县前端子系统包括特种设备监管业务系统、监管业务终端APP、特种设备检验业务系统、特种业务终端APP、应急处置呼叫中心系统、应急终端报警子系统、应急处理辅助子系统、维保数据服务系统、维保数据终端APP。
　　业务系统包括各个区县的监管业务系统、检验业务系统、应急处置系统、维保业务系统。
　　核心数据分析层包括数据库和数据综合管理平台;硬件支撑系统包括服务器、存储、网络等硬件设备，数据库、操作系统等软件平台。
　　特种设备安全监管大数据云平台业务功能架构如图3所示。
　　特种设备安全监管大数据云平台由特种设备智能决策分析平台、特种设备监察业务管理系统、特种设备检验业务管理系统、特种设备电梯应急救援管理系统、特种设备电梯物联网管理系统、数据交换接口管理系统、特种设备使用单位管理系统、特种设备维保单位服务管理系统构成。平台不仅实现对大数据平台的实时监控，而且还实现标准的业务系统和相关服务。
　　2.2 特种设备大数据架构
　　本平台所采用的特种设备大数据架构共有5个部分，如图4所示，分别为数据采集层、数据存储与集成层、数据建模层、数据处理层和数据交互应用层。
　　（1）数据采集。以特种设备传感器为主要采集工具，结合RFID、二维码、监测终端、人机交互、智能终端等手段采集制造领域多源、异构数据信息，并通过互联网或现场总线等技术实现源数据的实时准确传输。首次采集获得的源数据是多维异构的，为避免噪音或干扰项给后期分析带来困难，须执行同构化预处理，包括数据清洗、数据交换和数据归约。
　　（2）数据存储与集成。包括分布式存储技术、元数据技
　　术、标识技术、数据集成技术。存储技术主要采用大数据分布式云存储的技术，将预处理后的数据有效存储在性能和容量都能线性扩展的分布式数据库中;元数据技术包括对设备信息、设备状态、设备业务数据等进行定义和规范化;标识技术包括分配与注册、编码分发与测试管理、存储与编码规范、解析机制等;数据集成技术，主要指面向特种设备数据的集成，包括业务数据、设备运行数据、设备监控数据与系统操作数据、实时反馈数据、产品检验检测数据等等集成与贯通。通过数据集成技术，不仅要做到数据的采集、清洗、转换、读取，更要做到数据写入控制（即对设备装备通过数据进行远程操作）。
　　（3）数据建模。包括对特种设备物联数据、生产经营过程数据、外部互联网相关数据的建模方法和技术。对无法基于传统建模方法建立生产优化模型的相关工序建立特征模型，基于设备运行历史数据、实时数据及相关业务数据，采用聚类、分类、规则挖掘等数据挖掘方法及预测机制建立多类基于数据的工业过程优化特征模型。
　　（4）数据处理。在传统数据挖掘的基础上，结合新兴的云计算、Hadoop、专家系统等对同构数据执行高效准确地分析运算，包括大数据处理技术、通用处理算法和工业领域专用算法。
　　（5）数据交互应用。对经处理、分析运算后的数据，通过可视化技术，包括大数据可视化技术和3D工业场景可视化技术。可视化技术将数据分析结果，以更为直观简洁的方式展示出来，易于用户理解分析，提高决策效率;企业管理和生产管理等传统工业软件与大数据技术结合，通过对设备、用户、市场等数据的分析，提升场景可视化能力，实现对用户行为和市场需求的预测和判断。结合智能决策技术，进而实现数据辅助生产制造决策的价值。
　　特种设备大数据涉及的关键技术，包括采集技术、元数据技术、标识技术、分布式存储技术、数据处理技术（大数据处理基础算法、工业领域专用算法）、可视化技术（大数据可视化、工业场景可视化）等。其中，采集技术、元数据技术、标识技术是基础;分布式文件系统为其提供数据存储架构;分布式数据库便于数据管理，同时提供高效的访问速度;Map Reduce等技术对异构数据进行分析处理，最后利用可视化技术形象生动地呈现给用户。
　　特种设备大数据平台涵盖了IT网络架构和云计算基础架构等基础设施，专家库、知识库、业务需求库等资源，及安全、隐私等管理功能，除此之外，还包含关联工业大数据实际应用的三方面角色，即数据提供方、数据服务消费方、数据服务合作方，如图5所示。
　　数据提供方是能提供三大类主要数据来源的角色，包括物联网、互联网、业务软件、设备生产厂家等等多类对象，以及业务活动、操作行为、设备运行、物联网和互联网运行等多种活动，多类对象的多种活动产生的数据都将通过特种设备大数据平台直接或间接地提供给数据消费方。
　　数据服务消费方，是在特种设备大数据的五大应用场景中，利用目标数据，有目的地進行设计、生产、制造、服务提供、个性化定制等活动的角色，直接或间接地从数据提供方处获得数据，并进行加工处理，以达到特定的目标。
　　数据服务合作方主要服务于数据提供方和数据消费方，为双方中的角色主体提供其所需要的技术支持、软硬件支持、智能决策的支持等。主要包括业务软件数据、网络提供商、大数据技术供应商、服务提供商、组织机构、专家学者等等角色，根据双方的需求提供相应针对性服务。 　　3 结 语
　　特种设备安全监管大数据平台可以有效地实现特种设备智能化监管，也是优化和提高政府服务效率、降低行政管理成本、提升特种设备监管信息化整体水平的必由之路。通过特种设备安全监管大数据平台，采用先进实用的信息技术手段和方法，能够更好、更快地提升应急救援的整体服务能力和水平。
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