CN111866121A - 一种大型起重机设备安全监控管理云平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型起重机设备安全监控管理云平台，所述云平台集施工过程实时监控、智能辅助分析以及所有设备的管理于一体，结合所述云平台的整体功能设计和设备的各部分功能设计，所述云平台根据数据的处理流程将整个云平台架构分为由下至上的数据采集层、数据监控层、数据储存层、数据管理层；本发明以满足云平台管理工作和相关业务工作的实际需求为导向，采用大型设备安全监控管理平台管理的工程语言，符合特种设备安全管理工作的一般性惯例，结合预警及辅助决策的需求，突出重点稳步推进；充分利用已有的硬件设施、业务系统和信息资源，加强整合，促进互联互通、信息共享，使有限的资源发挥最大的效益。

Description

一种大型起重机设备安全监控管理云平台

技术领域

本发明涉及安全监控管理技术领域，具体为一种大型起重机设备安全监控管理云平台。

背景技术

大型设备安全监控管理平台在开发建设中会出现信息资源分散、开发利用效率低、信息整合共享不足、安全体系薄弱等常见问题，为此，我们一种大型起重机设备安全监控管理云平台。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大型起重机设备安全监控管理云平台。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型起重机设备安全监控管理云平台，所述云平台集施工过程实时监控、智能辅助分析以及所有设备的管理于一体，结合所述云平台的整体功能设计和设备的各部分功能设计，所述云平台根据数据的处理流程将整个云平台架构分为由下至上的数据采集层、数据监控层、数据储存层、数据管理层；

所述数据采集层位于设备本身，采集设备运行过程中的数据，采集的实时数据通过以太网传输到监控中心的计算机，以供现场和管理层使用；

所述数据监控层位于项目部，用于管理人员对现场设备进行实时监控，所述数据监控层具备安全监控、设备数据汇集和临时储存的功能；

所述数据储存层即数据库，其将所有的数据源统一集中到实时数据库中，及时获取需要的信息，通过不同的授权级别来实现不同用户端的同步监控管理功能，工程现场采集的数据通过网络远程传输至中心服务器，将数据处理得到的结果由浏览界面以图表形式展示；

所述数据管理层的管理模块针对全局的管理和对工程现场的后台支持，业务用户可以通过网页端或手机APP端访问云平台，提醒及预警消息可通过微信公众号进行下发。

优选的，所述安全监控具体为：随时关注现场设备运行情况，及时制止现场违规操作，发现故障通知维护人员修理设备；

所述设备数据汇集具体为：通过以太网或者4G网络，接收设备传来的采集数据；

所述临时储存具体为：存储本工程的基础数据、运行数据，该工程的所有数据会实时传输到中心服务器。

优选的，所述数据管理层由系统管理员角色、项目管控角色和项目决策角色人员构成。

优选的，所述浏览界面的图表风格主要通过图形与表格的方式，展示各业务功能的统计、分析、预警、台账功能；

所述数据库的软件可采用大多数主流的软件，包括SQL Server、Oracle或者Mysql。

优选的，所述管理模块用于实现云平台的各使用单位、部门以及各单位、部门下用户的规范化定义，同时对云平台的用户进行授权访问，确保云平台使用安全；

所述管理模块包括：用户管理、角色管理、日志管理、个人信息修改、数据备份与还原；

用户管理：提供对云平台用户的增、删、改、查等操作，用户角色分派的功能；

角色管理：角色定义为具有某类特定业务操作权限的集合；角色与一定的功能权限进行关联，从而实现功能权限管理要求；用户具有某些角色，角色拥有某些业务功能权限，从而用户具有某些操作权限；角色分为全局角色和一般角色；

日志管理：提供对用户日志的访问功能，包括用户名称、用户地址、用户登录时间、用户退出时间及操作内容等信息内容的访问查询；

个人信息修改：提供对用户密码等基本信息的修改功能；

数据备份与还原：实现数据的自动备份，以便在发生灾难后及时恢复数据。

优选的，所述数据采集层用于对现场传感器数据进行自动采集，将数据汇集至监控中心的计算机，使得云平台得以实现从数据自动采集、数据分析、数据评价到数据模型预测整条数据链的贯通；

对需要手工录入的信息，提供便捷的录入接口，便于用户录入数据；

数据采集满足以下需求：

各品牌、全类型特种设备全部施工参数动态采集；

采集的数据作标准化处理；

制定设备施工参数动态配置标准化模板，可满足各类品牌及各类特种设备的数据配置和动态扩展；

支持断点续传，保障经常断电的情况下，数据采集、传输的完整性；

记录数据传输过程、验证数据传输完整性，支持断点续传；

施工过程材料消耗信息动态采集；

项目进度信息动态采集；

合同信息采集；

设备维修保养信息的采集；

视频数据采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以满足云平台管理工作和相关业务工作的实际需求为导向，采用大型设备安全监控管理平台管理的工程语言，符合特种设备安全管理工作的一般性惯例，结合预警及辅助决策的需求，突出重点稳步推进；

充分利用已有的硬件设施、业务系统和信息资源，加强整合，促进互联互通、信息共享，使有限的资源发挥最大的效益。

以面向服务为设计理念；以先进的专业分析方法为技术支撑；以稳定性、正确性、易用性、可扩展性为设计基准；以统一的应用支撑平台为基准建立稳定、高效、统一的大型设备安全监控管理平台。

附图说明

图1为本发明云平台的总体框架示意图；

图2为本发明数据管理层的三类角色人员构成和主要职责示意图；

图3为本发明管理操作流程图；

图4为本发明动态设定参数预警理论值的4个预警等级示意图；

图5为本发明云平台的部署关系的UML部署图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种大型起重机设备安全监控管理云平台，所述云平台集施工过程实时监控、智能辅助分析以及所有设备的管理于一体，结合所述云平台的整体功能设计和设备的各部分功能设计，所述云平台根据数据的处理流程将整个云平台架构分为由下至上的数据采集层、数据监控层、数据储存层、数据管理层；

所述数据采集层位于设备本身，采集设备运行过程中的数据，采集的实时数据通过以太网传输到监控中心的计算机，以供现场和管理层使用；

所述数据监控层位于项目部，用于管理人员对现场设备进行实时监控，所述数据监控层具备安全监控、设备数据汇集和临时储存的功能；

所述数据储存层即数据库，其将所有的数据源统一集中到实时数据库中，及时获取需要的信息，通过不同的授权级别来实现不同用户端的同步监控管理功能，工程现场采集的数据通过网络远程传输至中心服务器，将数据处理得到的结果由浏览界面以图表形式展示；

所述数据管理层的管理模块针对全局的管理和对工程现场的后台支持，业务用户可以通过网页端或手机APP端访问云平台，提醒及预警消息可通过微信公众号进行下发。

本发明基于云平台模式进行开发，并可以方便在公有云、私有云、混合云及普通服务器等多种场景下灵活的部署。

(1)公有云(PublicClouds)，“公有”反映了这类云服务并非用户所拥有，公有云是面向大众提供计算资源的服务。是由IDC服务商或第三方提供资源，如应用和存储，这些资源是在服务商的场所内部署。用户通过Internet 互联网来获取这些资源的使用。公有云服务提供商有Amazon、Google和微软，以及国内的阿里云、腾讯云等。公有云的优势是成本低，扩展性非常好。缺点是对于云端的资源缺乏控制、保密数据的安全性、网络性能和匹配性问题。

(2)私有云(PrivateClouds)，私有云是企业传统数据中心的延伸和优化，能够针对各种功能提供存储容量和处理能力。“私有”更多是指此类平台属于非共享资源，而非指其安全优势。私有云是为了一个客户单独使用而构建的，所以这些数据、安全和服务质量都较公有云有着更好地保障。而私有云由于是客户独享，则用户拥有着构建云的基础设置，并可以控制在此技术设置上部署应有程序的方式。

在私有云模式中，云平台的资源为包含多个用户的单一组织专用。私有云可由该组织、第三方或两者联合拥有、管理和运营。私有云的部署场所可以是在机构内部，也可以在外部。

私有云又分为两种。内部(on-premise)私有云：也被称为内部云，由组织在自己的数据中心内构建，该形式在规模和资源可扩展性上有局限，但是却有利于标准化云服务管理流程和安全性。组织依然要为物理资源承担资金成本和维护成本。这种方式适合那些需要对应用、平台配置和安全机制完全控制的机构。外部(off-premise)私有云：这种私有云部署在组织外部，由第三方机构负责管理。第三方为该组织提供专用的云环境，并保证隐私和机密性。该方案相对内部私有云成本更低，也更便于扩展业务规模。

(3)混合云(HybridCloud)在混合云模式中，云平台由两种不同模式 (私有或公有)云平台组合而成。这些平台依然是独立实体，但是利用标准化或专有技术实现绑定，彼此之间能够进行数据和应用的移植(例如，在不同云平台之间的均衡)。

应用混合云模式，一个机构可以将次要的应用和数据部署到公有云上，充分利用公有云在扩展性和成本上的优势。同时将任务关键型应用和数据放在私有云中，安全性更高。

UI设计

仪表盘、驾驶舱风格

仪表盘、驾驶舱风格主要用于云平台的首页展示界面，首页展示界面内容包括风险源统计、在建项目统计、项目进度统计、设备所在地统计、设备状态统计等信息。

地图监控风格

本项目中，地图监控风格主要通过图数结合的方式，运用GIS技术，向用户展示设备定位、设备使用情况、监控数据详情、监控视频详情、以及各类统计与总览信息，便于用户直观了解其地理分布情况。

手机APP风格

APP由于手机屏幕尺寸和分辨率的限制，其设计界面与PC端不同，

根据不同的需要，本平台采用B/S、APP、微信公众号三种开发模式相结合的方式进行开发。

浏览器/服务器(B/S)模式，PC端不再需要安装其它软件，通过浏览器即可直接使用本平台。

APP用于手机上访问本平台。

微信公众号用于下发提醒及预警消息。

开发工具

1、Android SDK和Android平台

Android是基于Linux开放性内核的手机操作系统，是Google公司新一代的手机操作系统，占有最主流的市场。Android系统由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。它采用软件堆层(SoftwareStack，又名软件叠层)的架构，主要分为三部分。底层以Linux内核工作为基础，由C语言开发，只提供基本功能；中间层包括函数库Library和虚拟机Virtual Machine，由C++开发。最上层是各种应用软件，包括通话程序，短信程序等，应用软件则由各公司自行开发，以Java作为编写程序的一部分。SDK：(software development kit) 软件开发工具包。被软件开发工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。Android SDK指的既是 Android专属的软件开发工具包。

Android特点：

(1)与硬件交互非常方便，包括摄像头、GPS等，都可以简单的操作。

(2)拥有自己的运行时和虚拟机，优秀的内存管理能力。

(3)提供丰富的界面控件供开发者使用，允许可视化开发，并保证Android平台下的应用程序界面一致。

(4)提供轻量级的进程间通信机制。

(5)支持无界面的后台服务类应用程序。

(6)支持高效、快速的数据存取方式。本系统开发使用的版本手机端系统开发使用的Android系统版本为6.0及以上。

2、J2EE技术架构

J2EE是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，主要可简化且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值。

J2EE核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共同的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好的兼容性，解决过去企业后端使用的信息产品彼此之间无法兼容，企业内部或外部难以互通的窘境。

J2EE组件和“标准的”Java类的不同点在于：它被装配在一个J2EE 应用中，具有固定的格式并遵守J2EE规范，由J2EE服务器对其进行管理。 J2EE规范是这样定义J2EE组件的：客户端应用程序和applet是运行在客户端的组件；Java Servlet和Java Server Pages(JSP)是运行在服务器端的 Web组件；Enterprise Java Bean(EJB)组件是运行在服务器端的业务组件。

J2EE为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的商务系统提供了良好的机制：

(1)保留现存的IT资产：

由于企业必须适应新的商业需求，利用已有的企业信息系统方面的投资，而不是重新制定全盘方案就变得很重要。这样，一个以渐进的(而不是激进的，全盘否定的)方式建立在已有系统之上的服务器端平台机制是公司所需求的。J2EE架构可以充分利用用户原有的投资，如一些公司使用的BEA Tuxedo、IBM CICS、IBM Encina、Inprise VisiBroker以及Netscape Application Server。这之所以成为可能是因为J2EE拥有广泛的业界支持和一些重要的“企业计算”领域供应商的参与。每一个供应商都对现有的客户提供了不用废弃已有投资，进入可移植的J2EE领域的升级途径。由于基于J2EE 平台的产品几乎能够在任何操作系统和硬件配置上运行，现有的操作系统和硬件也能被保留使用。

(2)高效的开发：

J2EE允许公司把一些通用的、很繁琐的服务端任务交给中间供应商去完成。这样开发人员可以集中精力在如何创建商业逻辑上，相应地缩短了开发时间。高级中间件供应商提供以下这些复杂的中间件服务：

状态管理服务：让开发人员写更少的代码，不用关心如何管理状态，这样能够更快地完成程序开发。

持续性服务：让开发人员不用对数据访问逻辑进行编码就能编写应用程序，能生成更轻巧，与数据库无关的应用程序，这种应用程序更易于开发与维护。

分布式共享数据对象CACHE服务：让开发人员编制高性能的系统，极大提高整体部署的伸缩性。

(3)支持异构环境：

J2EE能够开发部署在异构环境中的可移植程序。基于J2EE的应用程序不依赖任何特定操作系统、中间件、硬件。因此设计合理的基于J2EE的程序只需开发一次就可部署到各种平台。这在典型的异构企业计算环境中是十分关键的。J2EE标准也允许客户订购与J2EE兼容的第三方的现成的组件，把他们部署到异构环境中，节省了由自己制订整个方案所需的费用。

(4)可伸缩性：

企业必须要选择一种服务器端平台，这种平台应能提供极佳的可伸缩性去满足那些在他们系统上进行商业运作的大批新客户。基于J2EE平台的应用程序可被部署到各种操作系统上。例如可被部署到高端UNIX与大型机系统，这种系统单机可支持64至256个处理器。(这是NT服务器所望尘莫及的)J2EE 领域的供应商提供了更为广泛的负载平衡策略。能消除系统中的瓶颈，允许多台服务器集成部署。这种部署可达数千个处理器，实现可高度伸缩的系统，满足未来商业应用的需要。

(5)稳定的可用性：

一个服务器端平台必须能全天候运转以满足公司客户、合作伙伴的需要。因为INTERNET是全球化的、无处不在的，即使在夜间按计划停机也可能造成严重损失。若是意外停机，那会有灾难性后果。J2EE部署到可靠的操作环境中，他们支持长期的可用性。一些J2EE部署在WINDOWS环境中，客户也可选择鲁棒性(稳定性)更好的操作系统如SunSolaris、IBM OS/390。鲁棒性最好的操作系统可达到99.999％的可用性或每年只需5分钟停机时间。这是实时性很强商业系统理想的选择。

具体的，所述安全监控具体为：随时关注现场设备运行情况，及时制止现场违规操作，发现故障通知维护人员修理设备；

所述设备数据汇集具体为：通过以太网或者4G网络，接收设备传来的采集数据；

所述临时储存具体为：存储本工程的基础数据、运行数据，该工程的所有数据会实时传输到中心服务器。

具体的，所述数据管理层由系统管理员角色、项目管控角色和项目决策角色人员构成。

具体的，所述浏览界面的图表风格主要通过图形与表格的方式，展示各业务功能的统计、分析、预警、台账功能；

所述数据库的软件可采用大多数主流的软件，包括SQL Server、Oracle或者Mysql。

Oracle是业界第一个完整、简单的用于互联网的新一代智能化的、协作各种应用的软件基础架构。Oracle实际上是指Oracle Database,Oracle Application Server和Oracle Developer Suite的完整集成。随着软件逐渐开始转变为一种托管服务(hostedservices)，具有internet上的高伸缩性能的、智能化的、和可靠的Oracle将成为高质量的电子商务服务实现的关键软件。它有关键基础结构领域的新特性、可伸缩和性能、提供端到端的安全体系结构、电子商务应用程序的开发、可管理性、windows集成等特性。

SQL Server是一个关系数据库管理系统，它是Microsoft公司推出的SQL Server数据库管理系统的一个版本。该版本继承了SQL Server 7.0版本的优点同时又比它增加了许多更先进的功能，具有使用方便,可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点，可跨越从运行Microsoft Windows 98的膝上型电脑到运行Microsoft Windows 2000的大型多处理器的服务器等多种平台使用。并且它有Internet集成、可伸缩性和可用性、企业级数据库功能、易于安装和使用等特性。

MySQL是一个开源的、小型关系型数据库管理系统。作为一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内。这样就增加了速度并提高了灵活性。由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多中小型网站为了降低网站总体拥有成本而选择了MySQL作为网站数据库。当前在大数据和云存储的快速发展的背景下，系统后期可考虑加入云管理模块，该部分可使用了MySQL 数据库。

具体的，所述管理模块用于实现云平台的各使用单位、部门以及各单位、部门下用户的规范化定义，同时对云平台的用户进行授权访问，确保云平台使用安全；

所述管理模块包括：用户管理、角色管理、日志管理、个人信息修改、数据备份与还原；

用户管理：提供对云平台用户的增、删、改、查等操作，用户角色分派的功能；

角色管理：角色定义为具有某类特定业务操作权限的集合；角色与一定的功能权限进行关联，从而实现功能权限管理要求；用户具有某些角色，角色拥有某些业务功能权限，从而用户具有某些操作权限；角色分为全局角色和一般角色；

日志管理：提供对用户日志的访问功能，包括用户名称、用户地址、用户登录时间、用户退出时间及操作内容等信息内容的访问查询；

个人信息修改：提供对用户密码等基本信息的修改功能；

数据备份与还原：实现数据的自动备份，以便在发生灾难后及时恢复数据。

具体的，所述数据采集层用于对现场传感器数据进行自动采集，将数据汇集至监控中心的计算机，使得云平台得以实现从数据自动采集、数据分析、数据评价到数据模型预测整条数据链的贯通；

对需要手工录入的信息，提供便捷的录入接口，便于用户录入数据；

数据采集满足以下需求：

各品牌、全类型特种设备全部施工参数动态采集；

采集的数据作标准化处理；

制定设备施工参数动态配置标准化模板，可满足各类品牌及各类特种设备的数据配置和动态扩展；

支持断点续传，保障经常断电的情况下，数据采集、传输的完整性；

记录数据传输过程、验证数据传输完整性，支持断点续传；

施工过程材料消耗信息动态采集；

项目进度信息动态采集；

合同信息采集；

设备维修保养信息的采集；

视频数据采集。

配置采集流程：

可根据不同类型、设备、数据来源配置多个采集流程，不同的流程负责采集不同类型的信息，对于一类信息可配置多个流程。

配置数据源：

云平台提供不同类型的数据库适配器，在流程配置完成后，可根据目标数据库的类型的不同，提供不同的数据库适配器，采集相同或者不同数据源的数据。

配置装载目标库：

装载库位于信息归集云平台中，根据采集流程不同，信息类别不同，对于配置完成了流程和数据源之后需要配置数据装载到信息归集云平台中某个表当中。

规则清洗和类型转换：

对于采集的数据不符合要求的需要进行垃圾数据清理以及数据的整合，对于不符合目标库字段类型的数据，需要类型转换；对于代码数据需要按照系统的要求进行转换。

采集周期：

不同的类型的数据采集周期不同，可以自由的定位采集周期，如果设备信息采集周期为3秒，项目信息采集周期为一天。

数据文件批量处理：

·数据文件模板

对于不同类型的数据项提供不同的数据导入模板，以供不能提供自动采集且大批量数据录入使用，用户可以按照数据提供的分类选择相应的模板，然后按照模板要求的格式提供数据。

·数据文件导入

对于不同的数据模板，提供相同的数据导入入口，根据模板的不同系统自动选择相对应的导入程序，对于非系统提供的格式模板，则不予导入。

·数据规则检查

按照数据检查模板提供的数据项标准规则和相对应的模板导入程序关联，导入程序按照规则进行导入时数据检查，通过检查的数据则入库，未通过检查的数据则进入异常库。

·模板和规则关联

系统提供不同的导入模板和标准规则关联的功能，便于数据导入时候检查数据。

·异常数据处理

对于未入库的异常数据，提供异常数据报表，反馈给数据提供部门，报表包括数据提供的部门、批次，以及异常分析的简要报告。

人工修复：

对于疑问数据，系统提供人工修改的功能，系统自动记录修改时间，修改人，以及需要修改填写的修改原因。

修改的内容包括数据项修改、有效期和级别的修改等。

数据存储：

数据存储应支持数据实时存储与历史存储，支持视频、图形等非结构化存储；能实现数据压缩与轻量化处理及快速传输。数据库应具有实时数据库和历史数据库两种，将所有设备及物联感知的实时状态信息经过数据标准化处理后存入数据库，能够实现不同类型设备数据的标准统一。数据可用于设备可视化监控、设备监控状态分析、施工过程绩效分析等用途。

数据存储应支持结构化数据、时序数据、时空数据、模型数据、图像数据、视频数据、语音数据、流媒体数据等的存储，并能被上层应用所调用，且快速调用。

由于整个系统的数据较多,为了更好的对这些数据进行组织管理以及描述它们之间的关系，满足以下几个要求：

(1)可以清楚高效的描述数据的属性，能够对大量的数据信息进行处理；

(2)能够有效的描述数据与数据之间、数据组与数据组之间的关系,便于对整个数据库的维护和管理；

(3)对数据的一系列操作管理工作方便简洁；

(4)可以独立的完成对数据结构的建立以及数据的组织管理工作,不受外部系统的影响。

数据存储设计：

当前信息数据存储主要有两种方式，其一是利用关系型数据库 (Microsoft SQLServer、Oracle等)进行储存，其二是利用分布式文档存储系统进行存储。前者以关系模型为基础，利用一些计算方法(集合、交集、补集、并集、代数等)来实现对数据库中的数据进行处理；后者中存储的数据不一定直接与本地节点相连接在，而是连接在网络节点上，该存储方式可以将数据储存在多个供不同用户访问的服务器上，还允许一些系统既扮演客户机，又扮演服务器的双重角色，这有利于存储资源的合理利用，减轻中心服务器的负荷，提高系统的整体性能。关系型数据库以表和字段的方式来存储模型基本属性信息、模型拓扑信息、材料信息、工程量信息、进度信息、费用信息、机械设备信息、施工环境信息、施工质量信息、安全监测信息、日常巡视信息、运行维护信息。以模型基本属性信息为例，其数据库表中字段应包括模型编号、模型名称、模型创建时间、修改时间、创建单位、创建人、修改人、存储位置。分布式文档存储系统以文件形式进行信息存储，包括图片、视频、语音、各类文档等的存储。

结构化数据存储：

通过元数据标准的制定，可以清晰地展示本系统中信息资源的内容和属性，可以明确地将不同类型的信息资源加以区分；通过制定信息资源的元数据标准，实现对信息资源存储结构的管理；实现对信息资源可用性、可见性的管理。而分类编码标准化，能够最大限度地避免对信息的命名、描述、分类和编码不一致所造成的误解和歧义，保证信息的一致性，信息系统的一体化，实现信息的交换、传递和共享，充分发挥系统中信息资源的作用。

分布式文件系统存储：

目前比较主流的一种分布式文件系统架构，通常包括主控服务器(或称元数据服务器、名字服务器等，通常会配置备用主控服务器以便在故障时接管服务，也可以两个都为主的模式)，多个数据服务器(或称存储服务器，存储节点等)，以及多个客户端，客户端可以是各种应用服务器，也可以是终端用户。

分布式文件系统的数据存储解决方案，归根结底是将将大问题划分为小问题。大量的文件，均匀分布到多个数据服务器上后，每个数据服务器存储的文件数量就少了，另外通过使用大文件存储多个小文件的方式，总能把单个数据服务器上存储的文件数降到单机能解决的规模；对于很大的文件，将大文件划分成多个相对较小的片段，存储在多个数据服务器上(目前，很多本地文件系统对超大文件的支持已经不存在问题了，如ext3文件系统使用4k 块时，文件最大能到4T，ext4则能支持更大的文件，只是受限于磁盘的存储空间)。

实时信息

项目信息展示：

(1)项目基本概况：包括项目施工区间平面图，图纸上标注风险源等；投入设备参数表、区间风险源梳理等。由监控中心给项目部设置信息录入权限，项目部负责信息维护，提供项目资料下载通道；

(2)区间情况一览：区间设备实时位置在GIS地图标注，点击设备可查看基本施工参数(包括项目区间名称、项目进度信息、设备完好状态、设备进场时间、设备负责人、设备所在地等基本信息)；

(3)项目人员信息：包括项目领导班组，项目一般管理人员，设备操作人员信息等，项目人员角色发生改变或项目人员调动后及时更新项目人员信息。

主要监控参数实时展示：

(1)数据刷新频率：3-5s/次；

(2)核心参数展示：

特种设备主要分为六种类型，900t架桥机、节拼架桥机、轮轨提梁机、轮胎式提梁机、桥面吊机、塔吊、地铁门式起重机、运梁车。

设备直接监控反应设备的动态实时状态，应将各参数放入一个界面，同时在该界面上方显示间接计算参数。

人工辅助检测参数同样对特种设备施工具有很重要的意义，但是该数据类型必须由人工完成，应增加人工录入界面，该界面根据项目实际情况，自动生成各数据相应的表格模板，由工作人员人工对应录入数据。且该界面可根据时间展示对应的测量数据，以便分析施工情况。

(3)界面自定义：除核心参数外，界面支持设备参数自定义展示，可将相互关联的参数放入一个模块内；

(4)图表展示：可查看各施工参数随时间或行政的变化曲线，支持自定义。

实时视频展示：

实时视频展示是在设备上设置视频监视点，供实时观看。

(1)单一视频观看、回放、云台控制

地图上以图层的形式显示所有的视频点，点击图标弹出窗口显示视频界面。

视频界面默认显示当前的实时视频，左侧为云控制面板。

点击视频回放显示视频回放界面，左侧选择时间区以后点击播放进行查看。

(2)重点视频点多分屏观看

进入界面加载重点视频进行多窗口播放，可选择当前查看的视频个数 (4/9/16)，默认显示4个。可双击进行放大查看，再次双击返回多窗口查看。

实时数据存储：

对于实时数据的结构化、半结构化、非结构化数据存储见“2.3.3数据存储”方案。

实时数据查看(含历史查看)：

对于实时数据系统按功能提供信息检索、数据显示、统计汇总等功能。

实时数据导出：

提供实时数据导出功能，导出的类型包括图片、excel、pdf等不同类型。

实时数据可视化(图表、曲线)：

提供图表、曲线等不同展示方式的各类实时数据可视化。

历史信息

历史施工参数、视频检索：

(1)完成存储整个项目的设备施工参数，参数可在线自定义检索和导出；

(2)可根据检索的数据生成图形(饼状图、柱状图及曲线)，图形应与施工时间、进度(孔号)等信息相匹配；

(3)关键工位的视频监控数据具备至少一个月的存储功能(按同时10 个区间考虑)，单台设备至少设置4个摄像头，摄像头清晰度为1080P，支持检索功能并提供下载通道。

历史信息存储：

根据不同需要，将实时数据进行归档，建立历史数据存储分区，加快历史数据查询速度，对于需要由实时数据经过计算的统计量，后台处理后写入历史数据库中。

报表：

(1)设备施工报表：报表采用自动生成，人工辅助的方式，统计施工过程中设备的运行参数报表及施工进度报表，主要参数包括：架梁孔数、起重量、起升速度、风速、坡度、耗油/耗电、报警统计、工作时间统计等信息，对以上数据进行存储，方便随时调用查看；

(2)关于历史数据错误的部分，给予项目部权限进行修改，数据修改位置保留修改账号、修改时间以及原始痕迹等信息。

轨迹回看：

按时间序列查看历史轨迹。轨迹回看操作简单、回放清晰，服务器为用户保留全序列的数据，以备用户查看。

历史数据导出：

提供历史数据自定义导出，导出的形式包括图片、视频、excel、pdf等类型。

预警：

预警包含设备预警、施工过程风险源预警、气象灾害预警等三种类型，不同类型预警触发方式有所不同。

设备预警根据自动采集的设备信息进行预警。

施工过程风险源预警根据施工风险源具体情况进行风险。

气象灾害预警接入国家气象灾害预警信号，及时推送天气预警信息至受影响项目。

预警动态参数设置：

动态设定参数预警理论值，并分配相应的预警等级，根据异常状况存在时间设定4个预警等级，等级推送设定如图4所示：其中推送级别为覆盖式Ⅰ级>Ⅱ级>Ⅲ级；

故障代码数据库建立：

(1)根据不同设备、设备不同类型搜集故障信息样本。

(2)提供用户批量导入故障信息的功能。

(3)根据历史故障系统，结合机器学习方法，系统自动判断新发现的故障。

(4)系统支持每台设备的特异性，故障预警信息应做针对性设计。

设备施工过程风险源设置：

动态设置设备施工过程风险源，提供手工录入或批量导入的功能。

气象数据接入：

采用数据抓取和数据交换的方式接入国家气象灾害预警，接入的气象数据及时推送天气预警信息至受影响项目。

预警解决方案设置：

(1)通用故障解决方案设置。

(2)针对每个设备故障录入解决方案。

(3)对于施工过程风险源，提供相应的解决方案。

预警信息推送：

自动分析功能，可根据设备实时运行状态提前发出预警，并在设备发生故障时判断故障位置并提供参考解决方案；

预警信息推送系统考虑了几种方式，短信、系统、APP、微信提醒等。当监控人员不在线(即没有登录预警系统)时，为了保证警情处置的及时性，系统自动将警情以手机短信的方式推送给监控人员。系统、APP、微信提示以弹窗和声音的方式来表现，当监控人员在线(即已登录预警系统)时，这种方式能使其迅速地发现预警情况，并及时进行处理。

预警处理：

用户收到预警信息后，考虑到警情若出现问题一般会持续一段时间，这个时间相比采集数据间隔要长得多，若不进行设置，会持续报警弹窗和发出声音，影响正常工作，所以当发现警情后可以在设置中对弹窗和声音的显示进行设置，决定其显示与否。

用户接到预警信息时，推送预警对应的解决方案，预警处理包含跟踪观察、正在处理、已处理等信息，记录处理的人员、处理措施、处理时间、处理结果等信息。

事件跟踪：

对于未及时处理的预警或用户感兴趣的特定预警，提供预警事件跟踪功能，用户预订事件跟踪后，将把该事件的相关数据持续发给用户。

预警消除：

提供预警消除功能，预警消除包含故障原因、处理的人员、处理措施、处理时间、处理结果等信息等。

预警信息统计：

统计各类预警出现的时间、频次，分析不同设备预警关联信息、聚类信息。

预警信息导出：

系统提供图表、excel、pdf格式的预警信息导出功能。

项目隐患台账管理：

(1)建立项目隐患风险台账，并注明是否完成防范措施，责任人及联系方式，每日更新；

(2)项目隐患风险台账统计。

(3)项目隐患风险台账导出。

项目管理：

项目管理以单个的“任务”作为驱动模式，用工作任务覆盖整个项目管理。

工作任务管理：

(1)工作任务来源：项目领导班子发布的任务(包括业主、上级单位、分公司领导下发的月度、季度、半年度、年度任务指标等)，交接班产生的任务和固定例行的工作任务(例如：设备定期隐患排查/保养管理功能等，保养记录和故障排除纳入平台知识库)等。

(2)任务发布：任务的发布权限在于项目领导层和班组长；交接班产生的任务须交由班/组长进行审核；固定例行的工作任务由项目领导录入，平台根据工作的频率自动提醒。

(3)任务完成：每一条任务的产生都是一个工作流，通过领取任务的人记录任务完成情况最终实现流程闭合，若任务发起后没有得到及时的反馈，则系统会自动提醒，直至工作流最终完成，实现闭合，工作流程闭合后系统自动对该流程进行存储。

维保记录、交接班日志、设备运转日志等：

(1)交接班管理(根据交接班信息填报自动生成工作任务)：项目领导班子可直接发布任务至指定交接班人员；交班人员转交的任务；交班时填写任务完成情况；工作任务分轻、重、缓、急，并且常规任务可固化为模板进行选择；

(2)维保记录、交接班信息、设备运转日志等信息录入及查看等功能除 PC端填报之外，也可进行手机APP填写；

(3)根据设备运转日志建立设备档案(一机一案)，档案信息需实时准确录入；

(4)交接班信息、设备运转日志的填报界面应区分重点，能反映设备存在的问题及使用状态。

小型机具、物资管理：

(1)项目施工涉及小型机具、物资种类数目较多，对于小型机具，平台仅录入葫芦、千斤顶、空压机、高压冲洗机、电焊机等主要设备，物资主要录入设备零配件、油耗及主要周转材料的消耗情况即可；

(2)可通过物资管理模块直接生成入库、出库、库存报表；

(3)设备、物资管理责任人必须录入系统；

(4)整理消耗材料数量及易故障设备配件，并提供查阅。

合同管理：

(1)合同管理涉及合同类型种类数目较多，主要包括：设备安装、设备拆除、设备采购、设备维修、设备改造、设备运输、设备租入、设备租出、物资采购、材料加工、材料租赁、工程施工、技术服务等类型；

(2)可通过合同管理模块反应出合同执行情况；

(3)可通过合同管理模块在线查看合同及其它附件；

其他：

(1)输入统一模板，根据系统自动录入及人工输入的施工情况自动生成日报、周报、月报并随时可导出；

(2)搜集设备常见故障及处理方法，建立设备履历表(服务的项目、历任机长、维修保养情况等)；

(3)汇总施工过程中相关材料，并将电子材料存档保存，提供查阅；

(4)增加设备生命周期全过程管理档案(主要包含设备使用折旧费、摊销费、大修计提费、经修费)；

(5)设立专家远程诊断功能。通过该功能，中心工作人员可将施工异常情况推送至每位专家的手机APP上，异常情况分为缓急、急和紧急三种状态，专家根据异常情况用账号登陆平台或用手机APP对施工实际情况进行诊断。

定位系统：

定位系统可以在平台上显示设备的定位信息，设备走行轨迹。

设备定位：

(1)设备定位采取卫星地图定位，实时显示设备的位置；

(2)地图应能显示设备的运行轨迹及设备施工计划的轨迹；

(3)设备定位精度误差争取不超过3m；

轨迹回看：

按时间序列查看历史轨迹。轨迹回看操作简单、回放清晰，服务器为用户保留全序列的数据，以备用户查看。

智能辅助分析：

智能辅助分析主要是借助对历史数据的分析来辅助设备施工，包括但不限于将施工参数历史分析(结合施工环境开展施工参数的相关性研究)、施工工效分析、施工经验(故障排除、方案优化、专家重、难点施工建议、专家诊断经验等一系列资料)资料库等进行结合，通过大量样本的搜集，逐步建立设备施工智能辅助分析预测模型，尽可能的保障设备施工的安全、顺利。

知识库：

平台“实时信息”、“历史信息”、“项目管理”等模块中所录入的资料及其他上传的行业资料、科研文献资料、图纸、方案等共同组成了“平台知识库”，知识库须采用合理的架构，方便用户快速检索到所需的信息。

资料库：

(1)设备资料、图纸、施工方案等；

(2)行业规范、法规；

(3)业内调研资料、国内外文献等；

(4)设备故障解决方案。

资料库目录管理：

平台提供资料库目录管理功能，资料库目录管理提供动态目录配置、分层级管理、权限管理、资料分享、资料借阅等功能。

非功能设计

性能指标设计：

系统在运行过程中所体现的并发处理能力以及响应时间等性能指标特性，会受到硬件配置、网络环境、应用程序、数据环境等综合因素影响。针对本次系统的应用场景，硬件平台的内存、CPU、磁盘转速等因素是性能指标的主要影响因素。预警服务子系统需要具备快速的响应能力，响应速度在用户心理所能忍受的范围内；响应速度不致影响业务工作、造成业务工作的低效率。

应用服务器性能分析：

应用服务器负责主要负责web数据服务和App后台业务处理，涉及大量的用户请求、数据库访问，要求其具有较高的处理速度，系统可以同时处理大量的I/O请求和高速的I/O吞吐速度。

应用服务器的选择可以参考第三方性能测试机构的测试值，我们采用SPECjAppServer2004。SPECjAppServer2004是一个衡量JavaEE应用服务器性能的行业标准指标，最终考量单位是用“JOPS”，即每秒钟执行的操作数，也即为在预定义的工作量下，应用服务器可支持并确认的同时连接数；其中包括经过安全认证的连接数(HTTPS)。目前业内单核处理器的平均成绩是 120JOPS。

应用服务器的选择同需要支持的并发连接数有关，既系统需要支持多少业务终端的并发访问；由于应用服务器可以动态扩展，应用服务器的数量可以随着业务量的增加而随时添加。

SPECjAppServer2004值＝TASK×S×F/(T×C)

其中：

TASK：业务高峰期每日的业务高峰时段的业务总量。

S：业务应用操作相对于标准SPECjAppServer2004测试基准环境交易的复杂程度比例。业务应用的复杂程度与SPECjAppServer2004标准测试中的交易存在较大的差异，须设定一个合理的对应值，根据环境气象服务平台的复杂程度，我们设定复杂程度S＝20。

F：系统未来5年的业务量发展冗余预留，F取120％。

T：每日的业务高峰时段的时长，单位是秒。

C：CPU利用率。一台服务器的CPU利用率高于80％则会产生系统瓶颈，而利用率处于70％时，是处于利用率最佳状态。即C＝70％。

由于web数据服务和App后台业务处理并发用户数暂未规定，暂根据200 用户并发要求以及响应时间3秒进行计算：

SPECjAppServer2004值＝TASK×S×F/(T×C)＝(TASK/T)×S×F/C

＝(200并发/3秒)×复杂度20×120％/0.7

≈2286(JOPS)

综上，应用服务器硬件需求如下：

处理器：≥10核心，处理主频≥3.5GHz，具有平滑升级能力。

内存容量：≥16GB，扩容能力应能达到32GB。

数据库服务器性能分析：

数据库服务器是整个系统的核心，它所处理的工作是直接调用、处理、修改系统数据，然后这些数据发送给指定的用户。所以它的稳定运行，避免操作系统和硬件故障可能给数据带来的破坏是至关重要的，同时其高效的处理性能也是选型时必须考虑的重要依据。因此在选择设备上必须考虑设备的稳定性和处理能力的合理组合，依据招标文件相关要求，数据库服务器性能要求如下。

根据系统建设的要求，平台支持500个用户的并发访问，所以针对数据库服务器的并发访问能力为500个用户。按照单点操作时间平均值为3秒,每日业务量的80％集中在每天的8小时，可以计算出系统峰值业务量为： 8*60*60/3*500＝4800000，每笔操作相比较于TPC标准测试中的每笔交易的复杂度为27，为5年业务量的增长预留20％的处理能力。

Task＝8*60*60/3*500＝4800000；Ct＝10％；T＝300；S＝27；C＝70％；F＝1-20％

则业务处理需要的TPM＝4800000*10％*27/(300*70％)/(1-20％)≈7.5万

综上，数据库服务器硬件需求如下：

处理器：≥8核心，处理主频≥2.0GHz，具有平滑升级能力。

内存容量：≥32GB，扩容能力应能达到64GB。

系统按照以上服务器测算结果选择相应服务器，将能够满足本次系统建设的响应时间要求。

安全设计：

安全性(或完整性)主要涉及：防止非法访问系统功能、防止数据丢失、防止病毒入侵并防止私人数据进入系统。安全性的需求不能犯任何错误，即数据和访问必须通过特定的方法完全保护起来，用明确的术语陈述完整性的需求，如身份验证、用户特权级别、访问约束或者需要保护的精确数据。

物理安全：

保证计算机信息系统各种设备的物理安全是保障整个网络系统安全的前提。物理安全是保护计算机网络设备、设施以及其它媒体免遭地震、水灾、火灾等环境事故以及人为操作失误或错误及各种计算机犯罪行为导致的破坏过程。

网络安全：

对于网络安全设计，主要考虑操作系统、防病毒、防黑客攻击等方面安全问题，采取防火墙、网络扫描、实时监控预警等技术手段来实现。

数据安全：

充分重视数据安全，严格遵守相关建设管理规定，做到以下几点：

(1)对系统建设按进度节点进行的安全等级保护和安全状况评估，确保系统能够长期安全运行。

(2)统一完善的多级安全机制设置，符合国家安全及保密部门要求，拒绝非法用户和合法用户越权操作，避免系统数据遭到破坏，防止系统数据被窃取和篡改，对于关键信息使用加密传输，传输的数据文件提供不可抵赖性确认。

(3)用户帐户管理

包括有效管理用户帐户的口令、特别是权限很高的特殊帐户的有效管理，以及每个帐户的角色和权限正确设置。

(4)数据库备份与恢复

数据库本身就有完备的备份、恢复机制。SQL Server、Oracle等主流数据库自身都有备份和恢复的管理功能，不但可以实现数据库的备份和恢复，还可实现按任意点(备份序列点、时间点)恢复，实现历史数据的管理与维护。

系统安全：

利用系统权限管理模块对系统的使用权限进行管理。只有系统的管理员才能通过系统管理员角色登录来管理整个系统的权限分配，其它用户不可使用该模块。系统可以创建不同的用户，并根据用户的身份赋予不同的权限，从而保证系统的安全使用。

安全管理：

安全管理包括以下三部分：

(1)制定健全的安全管理体制；

(2)构建安全管理平台；

(3)增强人员的安全防范意识。

健壮性：

采用了分服务体系和三层结构，在身份认证服务器上通过验证后，不同的应用向不同的服务发出数据请求，一个服务的运行状态不影响其它服务。保证了系统健壮性。

1、分服务器

系统底层由多种服务组成，这些服务可以被拆分到不同服务器上，从物理上保证不同服务各自运行，从而保证任何一种服务出现问题时并不影响其他服务的正常运行。

2、服务认证

客户端要首先通过授权中间层的认证，如果是非法用户则直接被拒绝，在通过认可后，相应的服务程序才允许通过，使客户端得以访问数据库中的数据，这种严格的认证在保证数据安全的同时也保证服务的健壮性。

3、三层体系

系统的设计是三层体系结构，密码密钥数据单独采取加密技术进行加密，并在服务端进行统一的身份认证，由数据库、服务层与客户构成的三层体系结构确保系统的安全稳定。

可维护性：

应用的可移植性指的是，在一个平台上开发的应用可以在不加修改或很少修改的情况下移植到另一个平台，同时应用的用户界面保持不变。

本系统开发采用基于国际先进的应用服务器技术组件，开发工具采用 JAVA平台语言，实现公用组件模块在各种系统平台之间的平滑移植。提高系统的可用性、维护性。

可维护性表明了在软件中纠正一个缺陷或做一次更改的简易程度。可维护性取决于理解软件、更改软件和测试软件的简易程度，可维护性与灵活性密切相关。高可维护性对于那些经历周期性更改的产品或快速开发的产品很重要。你可以根据修复一个问题所花的平均时间和修复正确的百分比来衡量可维护性。我们必须不断更新软件以满足用户日益发展的需要，因此，我们确定了设计标准以增强系统总的可维护性：“函数调用不能超过两层深度”，并且“每一个软件模块中，注释与源代码语句的比例至少为1：2。

可扩充性：

就像我们所知道的灵活性、增加性、可延伸性和可扩展性一样，可扩充性表明了在产品中增加新功能时所需工作量的大小以及应用范围扩展的方便性。如果开发者预料到系统的扩展性，那么他们可以选择合适的方法来最大限度地增大系统的灵活性。可扩充性对于通过一系列连续的发行版本，并采用渐增型和重复型方式开发的产品是很重要的。

应用系统采用三层体系结构，即，表示层、应用逻辑层、数据层，客户端没有应用逻辑(瘦客户)，所有应用逻辑集中在中间层，中间层采用应用服务器和中间件技术，保证系统的伸缩性和可扩展性。同时采用开放的主机系统和网络系统保证硬件系统的扩充、升级方便、简单，提高可扩展性；部署关系见如图5的UML部署图。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种大型起重机设备安全监控管理云平台，所述云平台集施工过程实时监控、智能辅助分析以及所有设备的管理于一体，结合所述云平台的整体功能设计和设备的各部分功能设计，其特征在于：所述云平台根据数据的处理流程将整个云平台架构分为由下至上的数据采集层、数据监控层、数据储存层、数据管理层；

所述数据采集层位于设备本身，采集设备运行过程中的数据，采集的实时数据通过以太网传输到监控中心的计算机，以供现场和管理层使用；

所述数据监控层位于项目部，用于管理人员对现场设备进行实时监控，所述数据监控层具备安全监控、设备数据汇集和临时储存的功能；

所述数据储存层即数据库，其将所有的数据源统一集中到实时数据库中，及时获取需要的信息，通过不同的授权级别来实现不同用户端的同步监控管理功能，工程现场采集的数据通过网络远程传输至中心服务器，将数据处理得到的结果由浏览界面以图表形式展示；

所述数据管理层的管理模块针对全局的管理和对工程现场的后台支持，业务用户可以通过网页端或手机APP端访问云平台，提醒及预警消息可通过微信公众号进行下发。

2.根据权利要求1所述的一种大型起重机设备安全监控管理云平台，其特征在于：所述安全监控具体为：随时关注现场设备运行情况，及时制止现场违规操作，发现故障通知维护人员修理设备；

所述设备数据汇集具体为：通过以太网或者4G网络，接收设备传来的采集数据；

所述临时储存具体为：存储本工程的基础数据、运行数据，该工程的所有数据会实时传输到中心服务器。

3.根据权利要求1所述的一种大型起重机设备安全监控管理云平台，其特征在于：所述数据管理层由系统管理员角色、项目管控角色和项目决策角色人员构成。

4.根据权利要求1所述的一种大型起重机设备安全监控管理云平台，其特征在于：所述浏览界面的图表风格主要通过图形与表格的方式，展示各业务功能的统计、分析、预警、台账功能；

所述数据库的软件可采用大多数主流的软件，包括SQL Server、Oracle或者Mysql。

5.根据权利要求1所述的一种大型起重机设备安全监控管理云平台，其特征在于：所述管理模块用于实现云平台的各使用单位、部门以及各单位、部门下用户的规范化定义，同时对云平台的用户进行授权访问，确保云平台使用安全；

所述管理模块包括：用户管理、角色管理、日志管理、个人信息修改、数据备份与还原；

用户管理：提供对云平台用户的增、删、改、查等操作，用户角色分派的功能；

角色管理：角色定义为具有某类特定业务操作权限的集合；角色与一定的功能权限进行关联，从而实现功能权限管理要求；用户具有某些角色，角色拥有某些业务功能权限，从而用户具有某些操作权限；角色分为全局角色和一般角色；

日志管理：提供对用户日志的访问功能，包括用户名称、用户地址、用户登录时间、用户退出时间及操作内容等信息内容的访问查询；

个人信息修改：提供对用户密码等基本信息的修改功能；

数据备份与还原：实现数据的自动备份，以便在发生灾难后及时恢复数据。

6.根据权利要求1所述的一种大型起重机设备安全监控管理云平台，其特征在于：所述数据采集层用于对现场传感器数据进行自动采集，将数据汇集至监控中心的计算机，使得云平台得以实现从数据自动采集、数据分析、数据评价到数据模型预测整条数据链的贯通；

对需要手工录入的信息，提供便捷的录入接口，便于用户录入数据；

数据采集满足以下需求：

各品牌、全类型特种设备全部施工参数动态采集；

采集的数据作标准化处理；

制定设备施工参数动态配置标准化模板，可满足各类品牌及各类特种设备的数据配置和动态扩展；

支持断点续传，保障经常断电的情况下，数据采集、传输的完整性；

记录数据传输过程、验证数据传输完整性，支持断点续传；

施工过程材料消耗信息动态采集；

项目进度信息动态采集；

合同信息采集；

设备维修保养信息的采集；

视频数据采集。

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