CN111882143B - 一种高危行业企业风险预警与防控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高危行业企业风险预警与防控系统，包括煤矿、矿业公司、集团公司以及煤矿监管单位，若干服务器及客户机，业务服务器模块包括数据采集服务器、数据库服务器、实时数据库服务器、网络端应用服务器、APP应用服务器、主控节点服务器、前端应用服务器、文件存储服务器、ROSE应用级备份服务器；采用前后端分离的企业级微服务架构，深度定制Spring Security实现基于RBAC、jwt和oauth2的无状态统一权限认证；集成redis高速缓存，引入shardingsphere分库分表组件，引入elasticsearch提高大数据下查询及统计的响应速率；系统采用docker容器化部署方式，使用k8s进行服务编排，采用kuboard对k8s进行图形化管控。本发明的优点是，能够实现自下而上的信息收集、采集以及预警分析、防控指导工作。
Description
技术领域
本发明属于高危行业，尤其是煤矿的安全风险预警领域，具体涉及一种高危行业企业风险预警与防控系统。
背景技术
随着科学技术日益不断的发展成熟，煤矿安全生产信息化管控机制的建立迫在眉睫，各级煤矿企业、监管单位，实时了解并掌握煤矿的安全、生产状况、及时监督并指导煤矿安全、生产作业活动的有序展开，成为各级煤矿企业及监管单位的工作重点。当各煤矿日常大量的生产、安全、培训以及监测监控等信息出现，面对多种多样的数据格式，如何快速将这些信息进行逐级的采集、上报有效的利用成为一大问题。在解决各级数据逐级上报、共享的同时，利用这些数据进行煤矿日常安全生产及培训方面的预警模型建立、分析。简单来说，不同层级、不同角色的人员在不同地方、不同的计算上，可以对这些信息按权限进行读取并可进行各种操作和分析，使不同层级、不同角色的人能更为充分、有效的使用已有的数据资源。
目前，煤矿虽已建立如双控系统、瓦斯监测系统、人员考勤定位系统、矿井通信系统、压风施救系统、生产调度系统、安全培训系统等，但各硬件常见物理接口、通讯接口的不统一，软件厂家接口标准的不统一，所造成的“信息孤岛”魏然屹立且分析难度极大，很难满足日益复杂的煤矿安全生产管理相关要求和需求。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种自下而上的信息收集、采集以及预警分析、防控指导的高危行业企业风险预警与防控系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高危行业企业风险预警与防控系统，包括各权限层级、若干服务器及客户机，所述各权限层级包括从下至上的煤矿、矿业公司、集团公司以及煤矿监管单位，整个业务系统包括安全管理子系统、生产技术系统、综合调度子系统、安全监测子系统、创客空间子系统、职业健康培训子系统、数据可视化子系统、智能分析诊断子系统以及平台运维子系统，以上子系统以独立微服务的形式处理独立运行，或进行服务间协同运行；
整个系统包括：
部署于各级矿业公司的数据采集服务器，负责收集煤矿人员定位、安全监测、矿震矿业相关监测系统的实时监测数据，并以FTP的形式为系统的安全监测子系统提供数据来源；
部署于集团公司的数据库服务器，为系统的各个子系统提供数据库服务；
实时数据库服务器，为安全监测子系统提供监测数据的持久化存储及查询服务；
网络端应用服务器，各子系统的后台服务部署在此服务器，对来自PC端的http请求提供服务；
APP应用服务器，手机端请求的后台业务服务安装在此服务器，专门对来自移动端http请求提供服务；
主控节点服务器，监控网络端应用服务器上的业务子系统服务的运行数量、存活数量，保证网络端应用服务器上各业务子系统的服务按照指定的数量存活并持续稳定的提供服务；
前端应用服务器，由于本系统是前后端分离设计，因而PC端的前端web页面的静态文件部署于此服务器，并提供静态资源以及后端服务的代理服；
文件存储服务器，存储从各终端上传的附件；
ROSE应用级备份服务器，对其他服务器进行备份，其他服务器宕机后进行服务接管，使系统仍然能够正常运行；
系统采用前后端分离的企业级微服务架构，深度定制Spring Security实现基于RBAC、jwt和oauth2的无状态统一权限认证；
系统集成redis高速缓存，保障高并发下系统的响应速度；
系统引入shardingsphere分库分表组件解决业务数据单表数据过多时的数据库性能问题；引入elasticsearch提高大数据下查询及统计的响应速率，保障用户请求的秒级响应；
系统采用docker容器化部署方式，使用k8s进行服务编排，同时采用kuboard对k8s进行图形化管控。
整个系统还包括运行监控系统：
1)服务调用链监控，服务间调用时通过在请求头中添加追踪识别ID对服务请求进行串联，在请求链路中使用agent收集Endpoint信息到SkyWalkingAPM系统，进行统一的调用链路分析展示；
2)慢SQL监控，通过调整数据库配置参数，使得数据库在每次请求操作时对处理时长大于3秒的操作进行日志输出，使用logstash对日志进行收集进入elasticsearch，然后通过本系统查询elasticsearch在本系统统一展示；
3)应用吞吐量监控、服务熔断降级、服务限流，通过对请求进行拦截统计服务请求的QPS，实现对吞吐量的监视，对服务间相互调用的请求进行超时时长配置，超过时长的请求直接中断请求返回熔断后的相应信息，通过为服务配置QPS阈值对超出阈值的请求直接进行请求失败处理进而实现服务限流；
4)微服务服务监控，应用微服务通过http协议连接微服务监控服务，并定期上报自己的运行环境变量及资源占用情况，监控服务统一展示应用微服务的运行信息；
5)Redis监控、Mysql监控、elasticSearch监控，为Redis、Mysql、elasticsearch安装相应的exporter客户端，由exporter进行以上服务的运行状况进行分析并上报给prometheus系统，Grafana连接prometheus进行数据分析然进行图形化展示，分析结果传递给Alerting系统进行预警。
进一步的，所述服务器通过nacos进行服务注册，采用feignClient进行服务调用，采用sentinel进行服务降级、熔断监控、服务限流控制。
进一步的，所述k8s采用一主两从部署，主节点负责监控各从节点上运行的服务器的存活数量，并自动进行从节点的资源调配，自动增减服务模块的运行数量，保证服务器按照编排的数量稳定运行。
进一步的，所述系统平台handsontable插件，实现基于Web的Excel基础操作功能，在完成各层级数据收集过程中，大大提高各级人员的填报效率。
进一步的，所述系统后台支持oauth2的四种登录模式：用户名密码登录、手机号登录、openId登录、第三方系统单点登录。
进一步的，所述煤矿监管单位、集团公司、矿业公司及煤矿根据层级不同，使用系统权限划分不同，集团公司可查看下属所有矿业公司及煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司及煤矿的安全监测监控信息，并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析；所述矿业公司端可查看下属煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司及煤矿的安全监测监控信息。并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析；所述煤矿根据系统设计，填报和上报每日的安全、生产相关信息，系统自动形成相关的数据分析及统计报告及报表。
进一步的，所述数据采集服务器通过FTP协议进行统一采集，用于编程、通用性强、支持较大数据文件的传输、传输效率高，稳定性强。
进一步的，所述客户机与各服务器间通过请求令牌进行身份认证。
进一步的，所述各服务器之间通过企业内网进行连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)数据采集部分，通过制定统一、规范的数据采集标准，通过FTP协议进行统一采集，已于编程、通用性强、支持较大数据文件的传输、传输效率高，稳定性强。
2)结合煤矿人员信息层次的实际情况，平台集成handsontable插件，实现基于Web的Excel基础操作功能，在完成各层级数据收集过程中，大大提高各级人员的填报效率。
3)通过建立自下而上的数据逐级上报模式，满足煤矿企业信息传递及共享、分析的各类基础需求。
4)系统结合ROSE应用级备份服务器，确保系统运行的稳定性和安全性，确保了数据的完整性和系统应用的可持续性。
本系统的建立从根本上解决了原有从煤矿、矿业公司、集团公司再到监管单位的数据采集、流转、共享、分析问题，减少日常对生产、安全、培训以及监测监控信息进行人为采集、分析等带来的重复性工作所花费的成本。并可有效利用系统智能分析结果对下一步企业的安全生产管理决策提供可靠、有效、及时的数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统连接拓扑图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
如图1所示的一种自下而上的信息收集、采集以及预警分析、防控指导的高危行业企业风险预警与防控系统，系统包括：数据库服务器、实时数据库服务器、网络端应用服务器、APP应用服务器、主控节点服务器、前端应用服务器、文件存储服务器、ROSE应用级备份服务器、数据采集服务器以及客户机。其中，除数据采集服务器部署在各级矿业公司外，其他服务器均部署在集团公司，服务器之间通过企业内网进行连接。所述客户机包括但不限于平板电脑、手机、台式电脑。
系统功能包括：安全管理子系统、生产技术系统、综合调度子系统、安全监测子系统、创客空间子系统、职业健康培训子系统、数据可视化子系统、智能分析诊断子系统以及平台运维子系统。
煤矿监管单位、集团公司、矿业公司以及煤矿根据层级不同，使用系统权限划分不同，集团公司可查看下属所有矿业公司已经煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司以及煤矿的安全监测监控信息，并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析。矿业公司端可查看下属煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司及煤矿的安全监测监控信息。并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析。同时，矿业公司需完成部分销售、洗煤信息的上报业务。煤矿根据系统设计，填报和上报每日的安全、生产相关信息，系统自动形成相关的数据分析及统计报告及报表。
所述煤矿端设置若干数据采集系统，包括双控系统、瓦斯监测系统、人员考勤定位系统、矿井通信系统、压风施救系统、生产调度系统、安全培训系统等。
在图1中：
煤矿端:A矿、B矿、C矿、D矿、E矿各自建有人员定位、瓦斯监测、水文监测、冲击地压监测、视屏监控系统，煤矿端通过内网交换机接入到所属矿业公司网络，并将采集数据上传到矿业公司服务器，且煤矿通过内网可以直接访问部署在集团的系统。
矿业公司端：鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河、新疆能源公司通过内网交换机接入到集团内网，矿业公司将从煤矿上传的数据以FTP的形式对集团提供访问服务，且矿业公司通过内网可以直接访问部署在集团的系统。
集团端：本系统部署在集团服务器，安全监测子系统通过FTP协议读取各矿上传到矿业公司的监测数据保存到本系统，集团服务器统一为集团、矿业公司、煤矿用户提供系统服务。
系统采用前后端分离的企业级微服务架构，深度定制Spring Security真正实现了基于RBAC、jwt和oauth2的无状态统一权限认证的解决方案，同时适合B端和C端用户；系统后台支持oauth2的四种登录模式，支持用户名密码登录、手机号登录、openId登录、第三方系统单点登录；系统集成redis高速缓存，保障高并发下系统的响应速度；系统引入shardingsphere分库分表组件解决业务数据单表数据过多时的数据库性能问题；引入elasticsearch解决大数据下查询及统计的响应速率问题，保障用户请求的秒级响应。
系统采用docker容器化部署方式，使用k8s进行服务编排，k8s采用一主两从部署，主节点负责监控各从节点上运行的服务器的存活数量，并自动进行从节点的资源调配，自动增减服务模块的运行数量，保证服务器按照编排的数量稳定运行。为降低非专业运维人员对k8s的操作门槛，系统使用kuboard对k8s进行图形化管控，方便非专业运维人员进行业务模块的功能迭代发布及系统的扩、缩容操作，进而保障系统不同使用时期针对不同并发情况的适应能力。
系统运行监控方面，系统包括了服务调用链监控、慢SQL监控、应用吞吐量监控、服务降级、熔断监控、服务限流监控、微服务服务监控、Redis监控、Mysql监控、elasticSearch监控、nacos监控、prometheus监控。上述运行监控信息便于维护人员及时了解和掌握系统的运行状况。
本发明工作原理：
所有服务器通过nacos进行服务注册，客户机通过浏览器请求服务时，首先通过nginx代理跳转统一服务网关进行请求权限验证，验证通过后通过轮询的方式均衡分发请求到相应服务模块，客户机与各服务模块间使用请求令牌进行身份认证，服务模块间使用feignClient进行服务调用，服务模块使用sentinel进行服务降级、熔断监控、服务限流控制。
本发明通过建立自下而上的数据逐级上报模式，满足煤矿企业信息传递及共享、分析的各类基础需求。系统结合ROSE应用级备份，确保系统运行的稳定性和安全性，确保了数据的完整性和系统应用的可持续性。
本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高危行业企业风险预警与防控系统，包括各权限层级、若干服务器及客户机，其特征在于，所述各权限层级包括从下至上的煤矿、矿业公司、集团公司以及煤矿监管单位，整个业务系统包括安全管理子系统、生产技术系统、综合调度子系统、安全监测子系统、创客空间子系统、职业健康培训子系统、数据可视化子系统、智能分析诊断子系统以及平台运维子系统，以上子系统以独立微服务的形式处理独立运行，或进行服务间协同运行；
整个系统包括：
部署于各级矿业公司的数据采集服务器，负责收集煤矿人员定位、安全监测、矿震矿业相关监测系统的实时监测数据，并以FTP的形式为系统的安全监测子系统提供数据来源；
部署于集团公司的数据库服务器，为系统的各个子系统提供数据库服务；
实时数据库服务器，为安全监测子系统提供监测数据的持久化存储及查询服务；
网络端应用服务器，各子系统的后台服务部署在此服务器，对来自PC端的http请求提供服务；
APP应用服务器，手机端请求的后台业务服务安装在此服务器，专门对来自移动端http请求提供服务；
主控节点服务器，监控网络端应用服务器上的业务子系统服务的运行数量、存活数量，保证网络端应用服务器上各业务子系统的服务按照指定的数量存活并持续稳定的提供服务；
前端应用服务器，由于本系统是前后端分离设计，因而PC端的前端web页面的静态文件部署于此服务器，并提供静态资源以及后端服务的代理服；
文件存储服务器，存储从各终端上传的附件；
ROSE应用级备份服务器，对其他服务器进行备份，其他服务器宕机后进行服务接管，使系统仍然能够正常运行；
系统采用前后端分离的企业级微服务架构，深度定制Spring Security实现基于RBAC、jwt和oauth2的无状态统一权限认证；
系统集成redis高速缓存，保障高并发下系统的响应速度；
系统引入shardingsphere分库分表组件解决业务数据单表数据过多时的数据库性能问题；引入elasticsearch提高大数据下查询及统计的响应速率，保障用户请求的秒级响应；
系统采用docker容器化部署方式，使用k8s进行服务编排，同时采用kuboard对k8s进行图形化管控。
2.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，整个系统还包括运行监控系统：
1)服务调用链监控，服务间调用时通过在请求头中添加追踪识别ID对服务请求进行串联，在请求链路中使用agent收集Endpoint信息到SkyWalkingAPM系统，进行统一的调用链路分析展示；
2)慢SQL监控，通过调整数据库配置参数，使得数据库在每次请求操作时对处理时长大于3秒的操作进行日志输出，使用logstash对日志进行收集进入elasticsearch，然后通过本系统查询elasticsearch在本系统统一展示；
3)应用吞吐量监控、服务熔断降级、服务限流，通过对请求进行拦截统计服务请求的QPS，实现对吞吐量的监视，对服务间相互调用的请求进行超时时长配置，超过时长的请求直接中断请求返回熔断后的相应信息，通过为服务配置QPS阈值对超出阈值的请求直接进行请求失败处理进而实现服务限流；
4)微服务服务监控，应用微服务通过http协议连接微服务监控服务，并定期上报自己的运行环境变量及资源占用情况，监控服务统一展示应用微服务的运行信息；
5)Redis监控、Mysql监控、elasticSearch监控，为Redis、Mysql、elasticsearch安装相应的exporter客户端，由exporter进行以上服务的运行状况进行分析并上报给prometheus系统，Grafana连接prometheus进行数据分析然进行图形化展示，分析结果传递给Alerting系统进行预警。
3.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，各服务器均通过nacos进行服务注册，采用feignClient进行服务调用，采用sentinel进行服务降级、熔断监控、服务限流控制。
4.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述k8s采用一主两从部署，主节点负责监控各从节点上运行的服务器的存活数量，并自动进行从节点的资源调配，自动增减服务模块的运行数量。
5.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述系统平台handsontable插件，实现基于Web的Excel基础操作功能。
6.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述煤矿监管单位、集团公司、矿业公司及煤矿根据层级不同，使用系统权限划分不同，集团公司可查看下属所有矿业公司及煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司及煤矿的安全监测监控信息，并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析；所述矿业公司端可查看下属煤矿所上报的安全、生产数据信息，并可实时查看各矿业公司及煤矿的安全监测监控信息，并对上报及监测的数据信息项进行预警建模及分析；所述煤矿根据系统设计，填报和上报每日的安全、生产相关信息，系统自动形成相关的数据分析及统计报告及报表。
7.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述数据采集服务器通过FTP协议进行统一采集，针对不同系统不同厂商的数据，使用统一数据协议，对不符合统一数据协议的系统及硬件提供不同的协议转换适配器将其转换为统一数据协议，进行统一对接处理。
8.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述系统后台支持oauth2的四种登录模式：用户名密码登录、手机号登录、openId登录、第三方系统单点登录。
9.根据权利要求1所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，所述客户机与各服务器间通过请求令牌进行身份认证。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种高危行业企业风险预警与防控系统，其特征在于，各服务器之间通过企业内网进行连接。
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| 一个基于Web的轻量级大数据处理与可视化工具;李炎;马俊明;安博;曹东刚;;计算机科学(09);全文 * |
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| 智慧矿山综合监控系统构建及数据处理;丁永禄;吕兆海;杨洋;马旭;冯耀东;刘振兴;岳晓军;;神华科技(06);全文 * |
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