CN115002167B - 起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质 - Google Patents

起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质，属于起重设备管控技术领域，起重设备云边协同智能管控系统包括视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台、交换机、语音提示器、4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台。本发明解决了多台起重设备集中化和集约化管理的难题，可对现场多台起重设备的实时状态和视频图像进行监测，对人员违规进行自动分类和统计，对设备健康状态进行自动统计，并具有定期检查、设备维护、设备台账和第三方系统联动等功能。

Description

起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质
技术领域
本发明属于起重设备管控技术领域，具体涉及一种起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质。
背景技术
起重设备属于移动式特种设备，目前市面上传统的起重机设备安全监测解决方案是基于传感器技术在起重设备本体之上建设一套离线的起重机设备安全监测系统，对电动机、减速机、制动器和支撑机构4个关键部位进行监测，但无法对起重设备作业范围内的人员的行为安全实现智能识别。
这种传统的解决方案主要存在如下问题：
（1）设备健康不便于集中分析：当集团性企业管理的起重设备较多时，无法对企业内的起重设备进行集中管控，从而通过数据分析方法获知起重设备的易发问题和共性问题。
（2）故障告警和处理不联动：当起重设备本体的设备健康监测系统检测出潜在故障或已发故障时，只能通过文字颜色提醒操作人员，由操作人员电话上报，后续处理采用人工方式，无联动处理机制（如工单处理系统和短信告警系统等），无法形成系统联动的快速反应机制，事件反馈和处理效率低。且无故障的完整的全链条信息处理机制（发现、跟踪、处理和分析）。
（3）无智能化人员违规违章识别手段：目前市面上大部分起重设备状态监测只是针对各个核心部件的健康状态监测，没有检测作业范围内人员违规作业情况。不能对人员的安全起到预防作用。
（4）无线数据传输信息安全强度不够：近年来市面上也出现了少量的无线解决方案，即将起重设备的数据通过无线传输方式传输到服务器，但大多是采购的通用4G路由器，这种路由器一般对数据采取明文传输的方式，没有从传输端对数据进行安全加密。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有传统起重机设备监测系统技术的不足，提出了一种起重设备云边协同智能管控系统、方法及可读存储介质。
本发明的技术方案是：起重设备云边协同智能管控系统包括视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台、交换机、语音提示器、4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台；
视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱均与交换机通信连接；语音提示器和云端起重设备安全管控平台均与4G/5G边缘计算采集箱通信连接；云端起重设备安全管控平台与第三方业务平台通信连接。
本发明的有益效果是：（1）本发明提供了一种起重设备云边协同智能管控系统，可充分发挥云边协同的优势， 4G/5G边缘计算采集箱是一个集无线4G/5G通讯、现场设备数据采集、AI识别、协议通讯和数据加密功能为一体的小型智能边缘计算终端，在边缘端解决了模拟信号采集、视频传输、违章识别、语音告警、协议转换、数据安全加密和无线传输等问题，弥补了传统解决方案只解决了设备安全监控的弊端。
（2）通过云端起重设备安全管控平台解决了多台起重设备集中化和集约化管理的难题，可对现场多台起重设备的实时状态和视频图像进行监测，对人员违规进行自动分类和统计，对设备健康状态进行自动统计，并具有定期检查、设备维护、设备台账和第三方系统联动等功能。
进一步地，视频探头、网络视频录像机和交换机组成起重设备视频监控局域网；视频探头和网络视频录像机组成视频监控平台，用于采集和存储起重设备作业区域内的人员图像和设备图像；
线地起重设备安全监控平台用于采集起重设备传感数据；
交换机用于与视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱进行数据传输；
4G/5G边缘计算采集箱用于识别起重设备作业区域内人员违规违章信息和设备故障信息，并采集起重设备状态数据，对起重设备传感数据和状态数据进行加密，传输至云端起重设备安全管控平台；
云端起重设备安全管控平台用于通过4G/5G边缘计算采集箱接入若干台线地起重设备安全监控平台，进行起重设备管理；
语音提示器用于实时通报起重设备作业区域内人员违规违章警告信息和设备故障告警信息。
上述进一步方案的有益效果是：起重设备云边协同智能管控系统中各个模块的功能限定可实现4G/5G通讯以及模拟信号采集、视频传输、违章识别、语音告警、协议转换、数据安全加密和无线传输。
进一步地，4G/5G边缘计算采集箱包括状态采集模块、AI识别模块、协议转换模块、RS232串口、RJ45网口、中央处理器、图形处理器、5G模组、视频采集模块、数据加密模块和数据通讯模块；
状态采集模块用于采集起重设备状态数据并识别设备故障告警信息，利用语音提示器通报起重设备状态数据对应的设备故障告警信息；
AI识别模块用于根据人员图像识别人员违规违章警告信息，并将人员违规违章警告信息传输至协议转换模块，利用语音提示器通报人员违规违章警告信息；
协议转换模块用于将状态采集模块采集的起重设备状态数据以及AI识别模块识别的人员违规违章警告信息转换为语音提示器所需的Modbus协议；
RS232串口用于在状态采集模块识别到设备故障告警信息或AI识别模块识别到人员违规违章警告信息时，通过Modbus协议通知语音提示器通报对应的告警语音；
RJ45网口用于与起重设备视频监控局域网和线地起重设备安全监控平台进行协议通讯；
5G模组用于为4G/5G边缘计算采集箱实现无线4G通讯或无线5G通讯配置硬件芯片；
视频采集模块用于从网络视频录像机中提取视频图像，并将视频图像转换为RTSP视频流格式，传输至数据加密模块；
数据加密模块用于对起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行加密；
数据通讯模块用于与云端起重设备安全管控平台进行通讯，将加密后的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像传输至云端起重设备安全管控平台；
中央处理器用于提取视频图像的每一帧数据，并将每一帧数据传输至图形处理器；
图形处理器用于对每一帧数据进行图像对比，并将图像对比结果传输至云端起重设备安全评估平台。
上述进一步方案的有益效果是：状态采集模块主要实现模拟量数据和开关量数据的采集和指令下发，以使语音提示器及时通报；AI识别模块通过对人员违规违章行为进行准确识别，及时启动语音提示器进行人员违规违章信息播报；协议转换模块将其余模块采集的数据和信息转化为便于云端起重设备安全管控平台识别的MQTT协议数据和语音提示器能识别的Modbus协议，便于云端起重设备安全管控平台进行起重设备管理以及便于语音提示器进行告警信息通报；RS232串口实现语音提示器的串口通讯；RJ45网口实现与起重设备视频监控局域网和线地起重设备安全监控平台的协议通讯；中央处理器为4G/5G边缘计算采集箱提供嵌入式操作系统运行、数据加密、数据采集和任务调度等所需的计算能力，提高整个系统的计算效率；图形处理器提供AI识别模块识的硬件算力，提高人员违规违章警告信息的识别效率；5G模组支撑上层数据通讯模块软件的运行，保证系统4G/5G通讯的正常运行；视频采集模块从网络视频录像机中实时拉取视频图像，并将该视频图像格式转为RTSP视频流格式，推送至数据加密模块，经加密后推送至云端起重设备安全管控平台，便于管理人员从云端起重设备安全管控平台查看监控视频；数据加密模块对数据进行加密传输，保证整个起重设备云边协同智能管控系统数据传输过程的安全；数据通讯模块可以实现4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台之间的4G/5G通讯，同时实现对云端起重设备安全管控平台对4G/5G边缘计算采集箱的配置和管理。
进一步地，起重设备状态数据包括模拟量数据和开关量数据，状态采集模块采集起重设备状态数据的具体方法为：将状态采集模块通过RJ45网口与交换机进行通讯，并通过Modbus TCP/IP协议与线地起重设备安全监控平台进行通讯，采集模拟量数据和开关量数据；
状态采集模块进行指令下发的具体方法为：在识别到设备故障告警信息时，利用协议转换模块将状态采集模块的Modbus TCP/IP协议转换为Modbus协议，并将与设备故障告警信息对应的设备故障类型指令发送至语音提示器，根据设备故障类型指令确定语音指令，利用语音提示器通报语音指令对应的告警语音。
上述进一步方案的有益效果是：状态采集模块通过建立通讯链路来采集状态数据，并进行指令下发，可以实现对起重设备多种状态的监测和告警，避免漏报。
进一步地，云端起重设备安全评估平台包括现场作业违章管理模块、实时视频监控模块、起重设备台账管理模块、起重设备实时状态监控模块、定检策略管理模块、设备维护模块、起重设备健康状态评估模块、边缘计算采集箱管理模块、组织架构管理模块、权限管理模块、协议解密模块、短信通知模块和数据交换接口模块；
现场作业违章管理模块用于对图像处理器采集的图像对比结果以及4G/5G边缘计算采集箱识别的人员违规违章警告信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果反馈给管理人员；
实时视频监控模块用于实时查看RTSP视频流格式的视频图像；
起重设备台账管理模块用于管理起重设备的外观模型图片、起重设备部件和管理人员名单；
起重设备实时状态监控模块用于根据起重设备传感数据，显示起重设备状态，并根据视频图像中起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；
定检策略管理模块用于设置起重设备的电气、油料和机械部件的定期检查策略；
设备维护模块用于根据定期检查策略和起重设备台账，记录管理人员更换起重设备部件的时间和用量；
起重设备健康状态评估模块用于根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护模块的设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；
边缘计算采集箱管理模块用于远程登录并管理4G/5G边缘计算采集箱；
组织架构管理模块用于管理和分配起重设备的管理人员；
权限管理模块用于管理和分配4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全评估平台的功能权限；
协议解密模块用于对加密的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行解密；
短信通知模块用于将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息采用短信传输至管理人员；
数据交换接口模块用于与第三方业务系统进行通讯，并将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息传输至第三方业务系统。
上述进一步方案的有益效果是：现场作业违章管理模块可以将系统的人员违规违章行为推送至起重设备的主管负责人，便于主管负责人及时并制止违规违章行为；实时视频监控模块便于管理人员通过手机终端或PC机终端来查看视频图像，进行人为监测，实现系统自动监测和人为监测的双重保护；起重设备实时状态监控模块显示起重设备的状态和外观，便于管理人员查看；起重设备健康状态评估模块对系统高频告警和高频故障进行统计分析，结合部件性能参数，进而分析出起重设备起吊钢丝绳结构和吊钩等核心部件的健康状况，为设备维护人员提供维护参考；定检策略管理模块和设备维护模块实现对起重设备的定期检查策略制定以及维护，保证起重设备的正常运行；边缘计算采集箱管理模块对4G/5G边缘计算采集箱内的嵌入式程序模块功能和数据进行远程维护，保证其正常运行；组织架构管理模块和权限管理模块实现对系统的架构和权限管理，便于根据系统所处实际环境进行调整；短信通知模块提高重要安全信息的传播效率；数据交换接口模块在发生故障告警时可快速的联动触发第三方业务系统消缺处理流程，同时通过短信通知模块实时告知故障内容，提高设备缺陷或故障处理的时效性。
进一步地，起重设备健康状态评估模块中，起重设备的运行信息包括起重设备的总运行时间、累计作业次数、高载荷分布和部件告警次数。
上述进一步方案的有益效果是：起重设备的运行信息涵盖了起重设备的核心部件，为设备维护人员提供最可靠的健康状态评估结果。
基于以上系统，本发明还提出一种起重设备云边协同智能管控方法，包括以下步骤：
S1：采集起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据；
S2：根据起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据，识别人员违规违章信息和设备故障信息；
S3：对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理和通报。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种起重设备云边协同智能管控方法，基于边缘至云端提供了从人员违规识别、设备故障识别、语音告警、远程监控、违规统计、设备健康状态评估统计、定检维护和第三方系统联动等一体化解决方案，大大提升了特种设备的人员和设备安全管理效率。
进一步地，步骤S3中，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理的具体方法为：根据起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；对人员违规违章信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果传输至管理人员；记录管理人员每次更换起重设备部件的更换时间用量；根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；根据起重设备传感数据，显示起重设备状态。
上述进一步方案的有益效果是：对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理可便于管理人员实时监测起重设备的状态，并根据起重设备的状态实时调整运行。
进一步地，步骤S3中，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时通报的具体方法为：通过Modbus协议确定对应的告警语音，进行语音通报。
上述进一步方案的有益效果是：采用语音通报的形式告知管理人员起重设备的人员违规违章信息和设备故障信息，其通报方式简单快捷，便于管理人员第一时间掌握起重设备运行状态，做出准确判断。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，执行计算机程序时实现上述起重设备云边协同智能管控方法的部分或全部步骤。
附图说明
图1所示为本发明实施例1~实施例6提供的起重设备云边协同智能管控系统结构图。
图2所示为本发明实施例7~实施例9提供的起重设备云边协同智能管控方法流程图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
在描述本发明的具体实施例之前，为使本发明的方案更加清楚完整，首先对本发明中出现的缩略语和关键术语定义进行说明：
线地起重设备安全监控平台：由传感器、信号采集器、控制执行器、显示仪表、监控系统等组成，将显示、控制、报警和视频监控等功能集合一体。具体监控内容包含：起重量、起重力矩、起升高度\下降深度、运行行程、幅度、大车运行偏斜、水平度、风速、回转角度、同一或不同轨道运行机构安全距离、操作指令、支腿垂直度、工作时间、每次工作时间、每次工作循环、起升机构制动器状态、抗风防滑状态、联锁保护、工况设置状态、供电电缆卷筒状态、过孔状态以及视频系统。
实施例1：
本发明实施例提供了一种起重设备云边协同智能管控系统，如图1所示，包括视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台、交换机、语音提示器、4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台；
视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱均与交换机通信连接；语音提示器和云端起重设备安全管控平台均与4G/5G边缘计算采集箱通信连接；云端起重设备安全管控平台与第三方业务平台通信连接。
由于起重设备属于特种设备且属于移动式设备，设备本体空间狭小，部署设备危险性高，不便于部署服务器或大尺寸终端设备，更不便于部署有线通讯网络，本发明实施例提供的一种起重设备云边协同智能管控系统可充分发挥云边协同的优势， 4G/5G边缘计算采集箱是一个集无线4G/5G通讯、现场设备数据采集、AI识别、协议通讯和数据加密功能为一体的小型智能边缘计算终端，在边缘端解决了模拟信号采集、视频传输、违章识别、语音告警、协议转换、数据安全加密和无线传输等问题，弥补了传统解决方案只解决了设备安全监控的弊端。同时，通过云端起重设备安全管控平台解决了多台起重设备集中化和集约化管理的难题，可对现场多台起重设备的实时状态和视频图像进行监测，对人员违规进行自动分类和统计，对设备健康状态进行自动统计，并具有定期检查、设备维护、设备台账和第三方系统联动等功能。
实施例2：
针对实施例1中的视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台、交换机、语音提示器、4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台，其中，视频探头、网络视频录像机和交换机组成起重设备视频监控局域网；视频探头和网络视频录像机组成视频监控平台，用于采集和存储起重设备作业区域内的人员图像和设备图像；
线地起重设备安全监控平台用于采集起重设备传感数据；
交换机用于与视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱进行数据传输；
4G/5G边缘计算采集箱用于识别起重设备作业区域内人员违规违章信息和设备故障信息，并采集起重设备状态数据，对起重设备传感数据和状态数据进行加密，传输至云端起重设备安全管控平台；
云端起重设备安全管控平台用于通过4G/5G边缘计算采集箱接入若干台线地起重设备安全监控平台，进行起重设备管理；
语音提示器用于实时通报起重设备作业区域内人员违规违章警告信息和设备故障告警信息。本发明实施例中，语音提示器内置语音芯片，可以在上位机录好人员违规违章告警语音和设备故障告警语音，下载到语音提示器中，语音提示器通过RS232接口连接到4G/5G边缘计算采集箱，采集箱通过Modbus协议控制语音提示器播放不同的告警语音。语音提示器中还内置告警模块，用于设置不同设备故障类型或人员违规违章和语音的对应关系，具体为：1）设备故障语音设置：定义了线地起重设备安全监控平台的故障告警点地址码和语音告警指令码的对应关系，采集到线地起重设备安全监控平台的各传感数据后，会同步向告警模块转发一份采集数据，当告警模块读取Modbus地址码时，发现告警点地址码对应的开关量数值为1（即为真的情况）时，则联动推送语音控制指令，经通过RS232串口下发至语音提示器，语音提示器根据指令播放告警音。2）人员违规违章告警音设置：定义了违规违章事项和语音告警的对应关系，当AI识别模块识别到人员违规违章事项，则会通过协议转换模块，发送违规类型消息，协议转换模块通过Modbus协议转换后，通过状态采集模块将告警语音指令通过RS232串口下发至语音提示器，语音提示器根据指令播放告警音。
本发明实施例提供的起重设备云边协同智能管控系统中各个模块的功能限定可实现4G/5G通讯以及模拟信号采集、视频传输、违章识别、语音告警、协议转换、数据安全加密和无线传输。
实施例3：
针对实施例1中的4G/5G边缘计算采集箱，如图1所示，其包括状态采集模块、AI识别模块、协议转换模块、RS232串口、RJ45网口、中央处理器、图形处理器、5G模组、视频采集模块、数据加密模块和数据通讯模块。
其中，状态采集模块用于采集起重设备状态数据并识别设备故障告警信息，利用语音提示器通报起重设备状态数据对应的设备故障告警信息；状态采集模块主要实现模拟量数据和开关量数据的采集和指令下发，以使语音提示器及时通报。
AI识别模块用于根据人员图像识别人员违规违章警告信息，并将人员违规违章警告信息传输至协议转换模块，利用语音提示器通报人员违规违章警告信息；本发明实施例中AI识别模块主要用于识别人员跌倒、爬高不系安全绳、设备操作期间玩手机、抽烟和不戴安全帽等违规违章行为，AI识别模块事先通过大量的现场违规图片，在专用图像处理器工作站经过人工智能训练和优化后，固化到4G/5G边缘计算采集箱中，当识别到违规信息后，自动记录违规事项和违规时间，将违规图片推送至协议转换模块，传至云端平台，同时通知告警模块，启动现场语音提示器。
协议转换模块用于将状态采集模块采集的起重设备状态数据以及AI识别模块识别的人员违规违章警告信息转换为语音提示器所需的Modbus协议；协议转换模块将其余模块采集的数据和信息转化为便于云端起重设备安全管控平台识别的MQTT协议数据和语音提示器能识别的Modbus协议，便于云端起重设备安全管控平台进行起重设备管理以及便于语音提示器进行告警信息通报。
RS232串口用于在状态采集模块识别到设备故障告警信息或AI识别模块识别到人员违规违章警告信息时，通过Modbus协议通知语音提示器通报对应的告警语音；RS232串口实现语音提示器的串口通讯。
RJ45网口用于与起重设备视频监控局域网和线地起重设备安全监控平台进行协议通讯；
5G模组用于为4G/5G边缘计算采集箱实现无线4G通讯或无线5G通讯配置硬件芯片；5G模组支撑上层数据通讯模块软件的运行，保证系统4G/5G通讯的正常运行。
视频采集模块用于从网络视频录像机中提取视频图像，并将视频图像转换为RTSP视频流格式，传输至数据加密模块；视频采集模块便于管理人员从云端起重设备安全管控平台查看监控视频。
数据加密模块用于对起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行加密；本发明实施例中数据加密模块通过数据包头识别数据类型，模拟量数据和开关量数据已通过协议转换模块转为MQTT协议包数据，视频流数据转已通过视频采集模块转为RTSP流格式数据包，对于MQTT协议包数据，采用base64加密算法，对数据进行加密传输，对RTSP流格式数据包采用MD5哈希算法，对视频流的接收进行严格校验，设备安装前已经将视频流的接收端地址固化到4G/5G边缘计算采集箱中，当有数据拉取请求时，4G/5G边缘计算采集箱对请求的地址进行MD5哈希计算，当计算结果和本地已存储的地址一致时，才允许将RTSP流数据推着接收地址。数据加密模块对数据进行加密传输，保证整个起重设备云边协同智能管控系统数据传输过程的安全。
数据通讯模块用于与云端起重设备安全管控平台进行通讯，将加密后的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像传输至云端起重设备安全管控平台；数据通讯模块可以实现4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台之间的4G/5G通讯，同时实现对云端起重设备安全管控平台对4G/5G边缘计算采集箱的配置和管理。
中央处理器用于提取视频图像的每一帧数据，并将每一帧数据传输至图形处理器；中央处理器为底层嵌入式Linux操作系统提供基础的进程管理、文件管理、作业管理、设备管理、上层数据采集、加密和视频数据（视频编/解码）采集等基础环境运行所需的计算能力。
图形处理器用于对每一帧数据进行图像对比，并将图像对比结果传输至云端起重设备安全评估平台；中央处理器解码后，实时抽取视频的每一帧数据，将每一帧数据交由图形处理器进行图像比对，将事先在大型图形计算服务器训练好的图像识别模型（抽烟、不戴安全帽、爬高不系安全带和工作时玩手机等模型），导入到4G/5G边缘计算采集箱，图形处理器GPU基于神经网络的图像数据推理进行算法运算，本实施例采用的算法包括但不限于深度学习算法、视频结构化技术、脸识别算法、脸对算法、体识别算法、物体识别算法、移动侦测算法和图像对算法。
实施例4：
针对实施例3中的状态采集模块，本发明实施例中起重设备状态数据包括模拟量数据和开关量数据，状态采集模块采集起重设备状态数据的具体方法为：将状态采集模块通过RJ45网口与交换机进行通讯，并通过Modbus TCP/IP协议与线地起重设备安全监控平台进行通讯，采集模拟量数据和开关量数据；本发明实施例中状态采集模块通过RJ45网口和局域网交换机相连，经Modbus TCP/IP协议和线地起重设备安全监控系统建立通讯链路，采集起重设备的设备起重量、起重力矩、起升高度/下降深度、运行行程、幅度、大车运行偏斜、水平度、风速、回转角度、同一或不同轨道运行机构安全距离、操作指令、支腿垂直度、工作时间、每次工作时间、每次工作循环、起升机构制动器状态、抗风防滑状态和联锁保护等状态数据。
状态采集模块进行指令下发的具体方法为：在识别到设备故障告警信息时，利用协议转换模块将状态采集模块的Modbus TCP/IP协议转换为Modbus协议，并将与设备故障告警信息对应的设备故障类型指令发送至语音提示器，根据设备故障类型指令确定语音指令，利用语音提示器通报语音指令对应的告警语音；本发明实施例中，当告警模块识别出起重设备存在人员违规违章行为或设备故障信号，会经协议转换模块转为Modbus协议，传给状态采集模块，然后将故障类型指令发送至告警模块，告警模块根据告警类型和语音指令的对应关系，发送对应的语音指令到语音提示器，播放不同的告警语音。
本发明实施例中，状态采集模块通过建立通讯链路来采集状态数据，并进行指令下发，可以实现对起重设备多种状态的监测和告警，避免漏报。
实施例5：
针对实施例1中的云端起重设备安全评估平台，如图1所示，其包括现场作业违章管理模块、实时视频监控模块、起重设备台账管理模块、起重设备实时状态监控模块、定检策略管理模块、设备维护模块、起重设备健康状态评估模块、边缘计算采集箱管理模块、组织架构管理模块、权限管理模块、协议解密模块、短信通知模块和数据交换接口模块。
其中，现场作业违章管理模块用于对图像处理器采集的图像对比结果以及4G/5G边缘计算采集箱识别的人员违规违章警告信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果反馈给管理人员；本发明实施例中人员违规违章信息包括人员跌倒、爬高不系安全绳、设备操作期间玩手机、抽烟和不戴安全帽等违规事件次数和易发地点；现场作业违章管理模块可以将系统的人员违规违章行为推送至起重设备的主管负责人，便于主管负责人及时并制止违规违章行为。
实时视频监控模块用于实时查看RTSP视频流格式的视频图像；本发明实施例中手机终端和PC机终端通过HTTP地址方式远程访问云端起重设备安全评估平台的实时视频监控模块，PC机和手机终端通过RTSP协议方式和云端起重设备安全评估平台建立视频流通讯，实时查看起重设备现场视频画面，进行人为监测，实现系统自动监测和人为监测的双重保护；
起重设备台账管理模块用于管理起重设备的外观模型图片、起重设备部件和管理人员名单。
起重设备实时状态监控模块用于根据起重设备传感数据，显示起重设备状态，并根据视频图像中起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；本发明实施例中起重设备状态包括起重设备起升重量、起升高度和起升速度等，建立起重设备远程模式下的数字孪生体，根据不同的起重机类型（如桥式起重机和门式起重机）建立不同的设备外观画面，根据接入的起重机类型选择不同的外观，各个部件的实时运行数据展示采用websocket的方式从MQTT协议中提取。起重设备实时状态监控模块显示起重设备的状态和外观，便于管理人员查看。
定检策略管理模块用于设置起重设备的电气、油料和机械部件的定期检查策略；设备维护模块用于根据定期检查策略和起重设备台账，记录管理人员更换起重设备部件的时间和用量；定检策略管理模块和设备维护模块实现对起重设备的定期检查策略制定以及维护，保证起重设备的正常运行；
起重设备健康状态评估模块用于根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护模块的设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；起重设备健康状态评估模块对系统高频告警和高频故障进行统计分析，结合部件性能参数，进而分析出起重设备起吊钢丝绳结构和吊钩等核心部件的健康状况，为设备维护人员提供维护参考。
边缘计算采集箱管理模块用于远程登录并管理4G/5G边缘计算采集箱；边缘计算采集箱管理模块对4G/5G边缘计算采集箱内的嵌入式程序模块功能和数据进行远程维护，保证其正常运行。
组织架构管理模块用于管理和分配起重设备的管理人员；比如组织机构建立、人员注册和密码分配；权限管理模块用于管理和分配4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全评估平台的功能权限；组织架构管理模块和权限管理模块实现对系统的架构和权限管理，便于根据系统所处实际环境进行调整。
协议解密模块用于对加密的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行解密；
短信通知模块用于将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息采用短信传输至管理人员；短信通知模块提高重要安全信息的传播效率。
数据交换接口模块用于与第三方业务系统进行通讯，并将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息传输至第三方业务系统；本发明实施例中数据交换接口模块开发了基于jason格式的webservice数据接口，用于和第三方业务系统（如物资管理和消缺管理等系统）和短信平台对接。数据交换接口模块在发生故障告警时可快速的联动触发第三方业务系统消缺处理流程，同时通过短信通知模块实时告知故障内容，提高设备缺陷或故障处理的时效性。
实施例6：
针对实施例5中的起重设备健康状态评估模块，起重设备的运行信息包括起重设备的总运行时间、累计作业次数、高载荷分布和部件告警次数。本发明实施例中设备总运行时间对应累计运行分钟数，累计作业次数对应累计起重次数和累计起吊重量，高载荷分布对应95%载荷和超100%载荷的时间分布，设备维护记录对应部件更换时间和油液更换时间。
本发明实施例中，起重设备的运行信息涵盖了起重设备的核心部件，为设备维护人员提供最可靠的健康状态评估结果。
实施例7：
本发明实施例提供了一种起重设备云边协同智能管控方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：采集起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据；
S2：根据起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据，识别人员违规违章信息和设备故障信息；
S3：对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理和通报。
本发明实施例提供的一种起重设备云边协同智能管控方法，基于边缘至云端提供了从人员违规识别、设备故障识别、语音告警、远程监控、违规统计、设备健康状态评估统计、定检维护和第三方系统联动等一体化解决方案，大大提升了特种设备的人员和设备安全管理效率。
实施例8：
针对实施例7中的步骤S3，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理的具体方法为：根据起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；对人员违规违章信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果传输至管理人员；记录管理人员每次更换起重设备部件的更换时间用量；根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；根据起重设备传感数据，显示起重设备状态。
本发明实施例中，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理可便于管理人员实时监测起重设备的状态，并根据起重设备的状态实时调整运行。
实施例9：
针对实施例7中的步骤S3，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时通报的具体方法为：通过Modbus协议确定对应的告警语音，进行语音通报。
本发明实施例中，采用语音通报的形式告知管理人员起重设备的人员违规违章信息和设备故障信息，其通报方式简单快捷，便于管理人员第一时间掌握起重设备运行状态，做出准确判断。
实施例10：
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，执行计算机程序时实现如本发明实施例7~实施例9中的任意一种起重设备云边协同智能管控方法的部分或全部步骤。
本发明实施例中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），可擦除可维和只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘等，可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息，可读存储介质也可以是处理器组成部分，处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路（ASIC）中，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于起重设备云边协同智能管控系统中。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种起重设备云边协同智能管控系统，其特征在于，包括视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台、交换机、语音提示器、4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全管控平台；
所述视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱均与交换机通信连接；所述语音提示器和云端起重设备安全管控平台均与4G/5G边缘计算采集箱通信连接；所述云端起重设备安全管控平台与第三方业务平台通信连接；
所述视频探头、网络视频录像机和交换机组成起重设备视频监控局域网；所述视频探头和网络视频录像机组成视频监控平台，用于采集和存储起重设备作业区域内的人员图像和设备图像；
所述线地起重设备安全监控平台用于采集起重设备传感数据；
所述交换机用于与视频探头、网络视频录像机、线地起重设备安全监控平台和4G/5G边缘计算采集箱进行数据传输；
所述4G/5G边缘计算采集箱用于识别起重设备作业区域内人员违规违章信息和设备故障信息，并采集起重设备状态数据，对起重设备传感数据和状态数据进行加密，传输至云端起重设备安全管控平台；
所述云端起重设备安全管控平台用于通过4G/5G边缘计算采集箱接入若干台线地起重设备安全监控平台，进行起重设备管理；
所述语音提示器用于实时通报起重设备作业区域内人员违规违章警告信息和设备故障告警信息；
所述4G/5G边缘计算采集箱包括状态采集模块、AI识别模块、协议转换模块、RS232串口、RJ45网口、中央处理器、图形处理器、5G模组、视频采集模块、数据加密模块和数据通讯模块；
所述状态采集模块用于采集起重设备状态数据并识别设备故障告警信息，利用语音提示器通报起重设备状态数据对应的设备故障告警信息；
所述AI识别模块用于根据人员图像识别人员违规违章警告信息，并将人员违规违章警告信息传输至协议转换模块，利用语音提示器通报人员违规违章警告信息；
所述协议转换模块用于将状态采集模块采集的起重设备状态数据以及AI识别模块识别的人员违规违章警告信息转换为语音提示器所需的Modbus协议；
所述RS232串口用于在状态采集模块识别到设备故障告警信息或AI识别模块识别到人员违规违章警告信息时，通过Modbus协议通知语音提示器通报对应的告警语音；
所述RJ45网口用于与起重设备视频监控局域网和线地起重设备安全监控平台进行协议通讯；
所述5G模组用于为4G/5G边缘计算采集箱实现无线4G通讯或无线5G通讯配置硬件芯片；
所述视频采集模块用于从网络视频录像机中提取视频图像，并将视频图像转换为RTSP视频流格式，传输至数据加密模块；
所述数据加密模块用于对起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行加密；
所述数据通讯模块用于与云端起重设备安全管控平台进行通讯，将加密后的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像传输至云端起重设备安全管控平台；
所述中央处理器用于提取视频图像的每一帧数据，并将每一帧数据传输至图形处理器；
所述图形处理器用于对每一帧数据进行图像对比，并将图像对比结果传输至云端起重设备安全评估平台；
所述起重设备状态数据包括模拟量数据和开关量数据，所述状态采集模块采集起重设备状态数据的具体方法为：将状态采集模块通过RJ45网口与交换机进行通讯，并通过Modbus TCP/IP协议与线地起重设备安全监控平台进行通讯，采集模拟量数据和开关量数据；
所述状态采集模块进行指令下发的具体方法为：在识别到设备故障告警信息时，利用协议转换模块将状态采集模块的Modbus TCP/IP协议转换为Modbus协议，并将与设备故障告警信息对应的设备故障类型指令发送至语音提示器，根据设备故障类型指令确定语音指令，利用语音提示器通报语音指令对应的告警语音；
所述云端起重设备安全评估平台包括现场作业违章管理模块、实时视频监控模块、起重设备台账管理模块、起重设备实时状态监控模块、定检策略管理模块、设备维护模块、起重设备健康状态评估模块、边缘计算采集箱管理模块、组织架构管理模块、权限管理模块、协议解密模块、短信通知模块和数据交换接口模块；
所述现场作业违章管理模块用于对图像处理器采集的图像对比结果以及4G/5G边缘计算采集箱识别的人员违规违章警告信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果反馈给管理人员；
所述实时视频监控模块用于实时查看RTSP视频流格式的视频图像；
所述起重设备台账管理模块用于管理起重设备的外观模型图片、起重设备部件和管理人员名单；
所述起重设备实时状态监控模块用于根据起重设备传感数据，显示起重设备状态，并根据视频图像中起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；
所述定检策略管理模块用于设置起重设备的电气、油料和机械部件的定期检查策略；
所述设备维护模块用于根据定期检查策略和起重设备台账，记录管理人员更换起重设备部件的时间和用量；
所述起重设备健康状态评估模块用于根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护模块的设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；
所述边缘计算采集箱管理模块用于远程登录并管理4G/5G边缘计算采集箱；
所述组织架构管理模块用于管理和分配起重设备的管理人员；
所述权限管理模块用于管理和分配4G/5G边缘计算采集箱和云端起重设备安全评估平台的功能权限；
所述协议解密模块用于对加密的起重设备状态数据和RTSP视频流格式的视频图像进行解密；
所述短信通知模块用于将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息采用短信传输至管理人员；
所述数据交换接口模块用于与第三方业务系统进行通讯，并将人员违规违章警告信息和设备故障告警信息传输至第三方业务系统。
2.根据权利要求1所述的起重设备云边协同智能管控系统，其特征在于，所述起重设备健康状态评估模块中，起重设备的运行信息包括起重设备的总运行时间、累计作业次数、高载荷分布和部件告警次数。
3.一种起重设备云边协同智能管控方法，其特征在于，所述方法应用在权利要求1或2任一项所述的系统上，包括以下步骤：
S1：采集起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据；
S2：根据起重设备作业区域内的人员图像、设备图像、起重设备传感数据和起重设备状态数据，识别人员违规违章信息和设备故障信息；
S3：对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理和通报。
4.根据权利要求3所述的起重设备云边协同智能管控方法，其特征在于，所述步骤S3中，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时管理的具体方法为：根据起重设备类型确定对应的起重设备外观模型图片，显示起重设备外观画面；对人员违规违章信息和设备故障信息进行统计，并将统计结果传输至管理人员；记录管理人员每次更换起重设备部件的更换时间用量；根据起重设备传感数据，统计起重设备的运行信息和设备维护记录，并根据统计结果确定起重设备的健康状态；根据起重设备传感数据，显示起重设备状态。
5.根据权利要求3所述的起重设备云边协同智能管控方法，其特征在于，所述步骤S3中，对人员违规违章信息和设备故障信息进行实时通报的具体方法为：通过Modbus协议确定对应的告警语音，进行语音通报。
6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，执行所述计算机程序时实现如权利要求3-5任一项所述的起重设备云边协同智能管控方法的步骤。
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