起重機——安全監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺建設

 分析了大數(shù)據(jù)在行業(yè)監(jiān)管領域的應用現(xiàn)狀，指出其在起重機監(jiān)管領域應用的不足，接著論述了基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機安全監(jiān)管平臺的組成架構，并從數(shù)據(jù)來源、現(xiàn)場采集技術、大數(shù)據(jù)預處理、大數(shù)據(jù)存儲技術、大數(shù)據(jù)分析技術、大數(shù)據(jù)挖掘方法、多類型用戶平臺架構和軟件實現(xiàn)等角度分析了該平臺建設的難點，闡述了建設起重機安全監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺的現(xiàn)實意義。

起重機械屬于特種設備的一種，對其的常規(guī)性檢驗包括使用單位的自行檢查和法定檢驗機構的周期性檢驗兩類，安全監(jiān)督管理則是由地方各級人民政府負責特種設備安全監(jiān)督管理的部門負責本行政區(qū)域內起重機械的監(jiān)督管理職責。對起重機的維保在相關法規(guī)中并未規(guī)定需由取得資質的單位進行，故大部分起重機使用單位采取了自行維保的方式，維保方式包括周期性的預防性維護和發(fā)生事故后的恢復性維護兩類。此種類型的起重機械日常維保和檢查方式造成了在用起重機械的健康程度普遍不高。

針對這一情況，質檢總局在《大型起重機械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實施方案》中，要求有條件的單位可根據(jù)具體情況和工作需要，逐步建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的起重機械安全監(jiān)控管理的局域監(jiān)控平臺和遠程監(jiān)控平臺。在2016 年發(fā)布實施的TSG Q7015—2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》和TSG Q7016—2016《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》中，針對超過一定額定起重量的大型起重機，作出了需要安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)定。但其功能要求僅是依據(jù)GB/T 28264—2017《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的內容，其中并未對監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)提出任何要求。起重機械安全監(jiān)控管理的局域監(jiān)控平臺和遠程監(jiān)控平臺在各地區(qū)都并未真正建立起來。

1 大數(shù)據(jù)的行業(yè)監(jiān)管應用

隨著信息化技術的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)已不僅僅是局限于計算科學領域中的數(shù)值形式，工業(yè)生產(chǎn)、科學研究、日常生活、氣溫氣象等各行業(yè)各種維度的信息收集與研究促使信息技術領域產(chǎn)生了爆炸式的發(fā)展， 進而產(chǎn)生了近年來學術界與工業(yè)界的熱點問題——大數(shù)據(jù)。在2015 年5 月全球大數(shù)據(jù)時代貴陽峰會上，中國政府表示將大數(shù)據(jù)上升到國家戰(zhàn)略高度，積極籌備指定國際大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與發(fā)展計劃。大數(shù)據(jù)資源已被認為是與自然資源、人力資源同樣重要的戰(zhàn)略資源，包含了巨大的經(jīng)濟價值，數(shù)據(jù)為王的大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨。目前大數(shù)據(jù)技術在質量監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)察、運政管理等行業(yè)監(jiān)管領域都已有一定的應用案例。

在質監(jiān)領域，國家質檢總局2014 年聯(lián)合工信部、發(fā)改委實施“國家特種設備安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應用示范工程”，該項目選取部分省市地區(qū)為試點，依托物聯(lián)網(wǎng)、電子認證和云計算等成熟技術，以數(shù)據(jù)標準為規(guī)范，以數(shù)據(jù)單向采集、多方校驗為數(shù)據(jù)唯一性和可追溯的保障，初步建成以電梯和氣瓶為對象的特種設備物聯(lián)網(wǎng)示范工程。以動態(tài)管理和追溯為目標，督促各方監(jiān)督，實現(xiàn)對生產(chǎn)單位(制造、安裝改造維修、保養(yǎng)、充裝、運輸)、運行狀態(tài)、從業(yè)人員、檢驗質量、能耗淘汰、應急處置、產(chǎn)品追溯、杜絕假冒、報廢管理等多項內容的適時、動態(tài)監(jiān)控和預警，為政府決策、社會管理、行業(yè)規(guī)范、企業(yè)自律、公眾了解提供充分的信息基礎，創(chuàng)新監(jiān)管模式，帶動電梯和氣瓶產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；蜆藴驶较虬l(fā)展，提升公共安全防范處置能力，加快公共安全保障體系的建設和完善。

在環(huán)境監(jiān)管領域，2013 年國家環(huán)保部聯(lián)合工信部、發(fā)改委開展了基于物聯(lián)網(wǎng)的“智慧環(huán)保”工程。在無錫開展的項目示范已接近尾聲, 項目完成了“一平臺、一中心、四標準、二十四應用”的開發(fā)。所構建的在線監(jiān)控平臺運用了空間網(wǎng)絡技術、地理編碼技術，將移動信息化技術應用到環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法中。通過與現(xiàn)有的審批系統(tǒng)、行政處罰、排污收費、環(huán)境信訪、監(jiān)測數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測、環(huán)境統(tǒng)計、排污申報等系統(tǒng)有機結合起來，實現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對污染源基礎信息庫、自動監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫、歷史執(zhí)法信息數(shù)據(jù)庫等的快捷訪問。

在運政監(jiān)管領域，寧波市運管部門2016 年推出的集裝箱行業(yè)監(jiān)管服務平臺，將該市所有的集裝箱運輸行業(yè)企業(yè)、車輛、人員等監(jiān)管和服務工作都集中在這個平臺上。通過已獲取數(shù)據(jù)(如集裝箱輸運數(shù)量、GPS 平均里程統(tǒng)計分析、集裝箱提空箱進碼頭平均時間統(tǒng)計等)來分析行業(yè)的景氣程度，為行業(yè)決策部門提供數(shù)據(jù)，支撐行業(yè)規(guī)劃決策，同時能優(yōu)化港口、貨代、堆場、運輸企業(yè)之間集裝箱運輸業(yè)務流程，推進港區(qū)、堆場間雙重運輸，通過該平臺大大提升集裝箱物流鏈服務水平。

在起重機領域，近年來，已有部分起重機械制造企業(yè)關注到物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興技術，并已在各自企業(yè)內進行了一定程度的應用嘗試。如三一重工已經(jīng)在該公司生產(chǎn)的設備上增加了通信功能，目前已經(jīng)有超過10萬臺設備通過網(wǎng)絡與三一企業(yè)控制中心及快速反應團隊連接。企業(yè)控制中心可遠程監(jiān)控設備的運轉情況，并基于工業(yè)大數(shù)據(jù)實現(xiàn)故障預警，有針對性地提供維修等服務，實現(xiàn)了服務型制造。徐工集團成立了國內首家工程機械物聯(lián)網(wǎng)應用研發(fā)中心，客戶通過手機可以隨時隨地查看設備的地理位置、工作時間、歷史軌跡、當天油耗、健康狀況、保養(yǎng)提醒等信息。近期又打造了徐工工業(yè)云平臺，借助新一代信息技術，將徐工數(shù)字化工業(yè)能力輸出，打造了一個開放共享共贏的全球云平臺。

此類應用針對的多是本企業(yè)生產(chǎn)的起重設備，只是對其進行了狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，應用的目的是指導生產(chǎn)和服務用戶，所獲得的數(shù)據(jù)并未為行業(yè)主管部門的安全監(jiān)管所用。大數(shù)據(jù)在起重機行業(yè)監(jiān)管領域開展應用尚存在缺乏統(tǒng)一規(guī)范標準、無主管部門統(tǒng)一規(guī)劃、缺乏長效機制、系統(tǒng)應用架構不明確等諸多問題。

2 起重機監(jiān)管平臺建設內容

構建一套基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的面向起重機運行狀態(tài)的安全監(jiān)管平臺，需要結合物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計算等新興信息技術，平臺應覆蓋起重機全流程、全環(huán)節(jié)和全生命周期的數(shù)據(jù)鏈。平臺的整體框架如圖1 所示。

圖1 起重機工業(yè)大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺整體框架

根據(jù)平臺的框架組成及其關鍵技術，在建設過程中需要解決起重機運行狀態(tài)復雜信息的采集方法，起重機的工業(yè)大數(shù)據(jù)預處理方法，起重機大數(shù)據(jù)挖掘分析技術等難點，具體包括：

1)數(shù)據(jù)來源分析及現(xiàn)場采集技術研究

起重機使用場所中應包括吊運熔融金屬的起重機、吊運危險品的起重機、按要求應裝設監(jiān)控系統(tǒng)的大型起重機、防爆環(huán)境起重機以及重點企業(yè)的生產(chǎn)設備性起重設備等，根據(jù)各自不同的使用環(huán)境特點、使用特點和自身結構特征進行分類，制定適用于本系統(tǒng)的不確定數(shù)據(jù)源起重機運行狀態(tài)信息采集方案，并對多傳感器監(jiān)測優(yōu)化布置方法進行研究。大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)來源可分為現(xiàn)場應用級的起重機監(jiān)控軟件直接上傳和企業(yè)應用級的設備運維平臺上傳兩種類型，需統(tǒng)一兩類數(shù)據(jù)來源的標準，并對數(shù)據(jù)接口進行設計。

2)起重機大數(shù)據(jù)預處理和存儲技術

研究大數(shù)據(jù)的預處理是指用一定的策略對采集到的起重機大數(shù)據(jù)進行處理，使數(shù)據(jù)能夠滿足完整性、一致性、有效性等要求，以提高后續(xù)數(shù)據(jù)分析的正確性。針對起重機現(xiàn)場的特點，本研究的數(shù)據(jù)預處理主要在于缺失值處理和相似重復記錄處理兩類。缺失值處理是由于現(xiàn)場環(huán)境的復雜性和網(wǎng)絡傳輸故障等原因，造成的數(shù)據(jù)集中某些字段的確實，擬采用統(tǒng)計方法、分類方法以及關聯(lián)規(guī)則等策略進行處理。相似重復記錄是由于實際采集的數(shù)據(jù)集中可能包含了表式統(tǒng)一物理意義的重復記錄，處理時可采用基于歐幾里得距離、歐式距離和皮爾遜相關系數(shù)的相似檢測策略。

起重機大數(shù)據(jù)的存儲的難點在于其存在廣泛的異構性，數(shù)據(jù)類型包括有結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)。結構化數(shù)據(jù)是傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，半結構化數(shù)據(jù)是以XML、HTML 等格式存儲的數(shù)據(jù)，非結構化數(shù)據(jù)是文本、文檔、電子表格、圖片等形式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于不同的數(shù)據(jù)庫，需要集成一個統(tǒng)一的訪問接口以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問。

3)起重機數(shù)據(jù)分析技術和挖掘方法研究

對采集的數(shù)據(jù)進行分析和挖掘的目的是從多角度和切入點對起重機進行有效的監(jiān)管，形成一個全生命周期的監(jiān)管模式。對常用的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析和挖掘方法如K均值、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、聚類算法和貝葉斯理論等進行比較和研究，從而形成一個統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)挖掘算法庫，將對應于起重機監(jiān)管平臺中不同業(yè)務應用目的的數(shù)據(jù)挖掘算法進行集成。通過該數(shù)據(jù)挖掘算法庫的應用，獲取相關的起重設備風險關鍵特征，并將起重設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入平臺，以自動獲得設備日常運行趨勢和使用維護建議。

4)面對多類型用戶的大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺架構和軟件實現(xiàn)

由于平臺所采集的起重機數(shù)據(jù)量大，需要采用一種可靠性和容錯性較高平臺架構，并且需要具有相對較簡單編程模型的特點，故可采用Hadoop 模型架構。Hadoop 是一個開源的可擴展的分布式系統(tǒng)架構，可實現(xiàn)分布式文件系統(tǒng)HDFS，跨集群管理存儲資源，適合本系統(tǒng)面對多類型用戶基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機安全監(jiān)管應用。同時考慮平臺的軟件實現(xiàn)，可采用ApacheHUE 實現(xiàn)一個可視化的交互分析界面，平臺的不同類型用戶可通過Web 來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集群管理、數(shù)據(jù)分析結果可視化展示、數(shù)據(jù)集群狀態(tài)顯示等功能。

3 結束語

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機安全監(jiān)管平臺建成后，可重點對大型起重機械、吊運熔融金屬起重機、吊運危險品起重機等危險性較大的起重機進行監(jiān)控。該平臺可服務于監(jiān)管部門、檢驗機構、使用單位、維保單位、制造單位和社會大眾等，是監(jiān)管部門提高監(jiān)管效率、保障特種設備安全、精準服務特種設備產(chǎn)業(yè)的重要支撐和途徑。此類監(jiān)管平臺的應用和實施，一是有利于實施精準監(jiān)管。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的建立，可以促進人、機、環(huán)、管各要素的有機結合，通過對起重機工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、分析、運用，可以準確實現(xiàn)起重機智能化安全管理、隱患治理、預測預警，促進監(jiān)管部門從發(fā)現(xiàn)隱患轉變?yōu)橄[患。二是有利于實現(xiàn)精準檢驗。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，健全完善起重機從安裝、使用、維保等全過程、全覆蓋的數(shù)據(jù)信息，可以實時監(jiān)測設備的“健康狀態(tài)”，方便檢驗機構及時掌握特種設備安全和運行狀況，為制定精準的檢驗方案提供支持。三是有利于提供精準服務。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，可以實現(xiàn)更大范圍的互聯(lián)互通，推動各相關方融合創(chuàng)新，促進社會齊抓共管特種設備安全，進一步提升公共服務能力，同時可對行業(yè)產(chǎn)品質量進行分析和評估，進而科學遴選重點企業(yè)、項目、品種，落實分類幫扶重點。