流動式起重機可視化遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

張明榮

(中國十九冶成都設(shè)備租賃分公司, 四川成都 610300)

流動式起重機可視化遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

張明榮

(中國十九冶成都設(shè)備租賃分公司, 四川成都 610300)

流動式起重機具有轉(zhuǎn)場方便，集中管理難，安全風(fēng)險大的特點，文章從流動式起重機運行安全角度出發(fā)，基于互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對流動式起重機工況及吊裝要求開發(fā)可視化遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件，重點研究遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，詳細介紹了監(jiān)控平臺、數(shù)據(jù)處理平臺、傳輸平臺、終端監(jiān)管平臺配置與應(yīng)用等，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度高，傳輸速率及時準確，可滿足流動式起重機實時監(jiān)管的要求，大數(shù)據(jù)、云計算的數(shù)字化平臺的應(yīng)用，解決了遠程監(jiān)控安全預(yù)警、維修保養(yǎng)提醒、抑制不安全操作等問題，對流動式起重機的安全運行、管理和事故分析有重要的指導(dǎo)意義。

流動式起重機； 實時遠程安全監(jiān)控管理； 可視化； 物聯(lián)網(wǎng)； 云計算

2009年以來，隨著我國制造業(yè)飛速發(fā)展，大批量履帶式、汽車式起重機(下文統(tǒng)稱流動式起重機)替代固定式工業(yè)塔機服務(wù)于工業(yè)安裝領(lǐng)域，據(jù)質(zhì)檢總局統(tǒng)計，截至2015年底，全國特種設(shè)備總量達1100萬臺(圖1)，其中：起重機械210.44萬臺，占比總量的19 %[1]。

圖1 2015年特種設(shè)備數(shù)量分布比例

隨著起重機械特別是流動式起重機數(shù)量的高速增長，由于從業(yè)人員的能力、素質(zhì)參差不齊以及超載、違章、強令作業(yè)所導(dǎo)致的事故、糾紛不斷，僅因使用方面的原因所引發(fā)的事故約占事故總數(shù)的70 %[2]。事故發(fā)生的因素復(fù)雜，涉及面廣、隨機性大，單靠制度較難控制。因此對流動式起重機的安全管理提出了更高的要求。

從2011年開始，國家質(zhì)檢總局出臺了一系列有關(guān)起重機安全管理的法規(guī)和加強對起重機運行的監(jiān)控標準，強制要求對大型起重機械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[3]。

在流動式起重機管理中引入實時遠程安全監(jiān)控可視化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)各生產(chǎn)廠家監(jiān)控參數(shù)和標準在軟件中的統(tǒng)一，使系統(tǒng)能適應(yīng)所有的流動式起重機，能有效解決流動式起重機作業(yè)點多面廣、違章作業(yè)監(jiān)管不能到位、使用方與出租方安全責(zé)任難以劃分等安全管理難題，從而實現(xiàn)設(shè)備管理的高效低成本。

1 實時遠程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)基于GPRS無線通訊和采用WEB動態(tài)網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)，加載GPS信號、音視頻信號、作業(yè)端的力矩限制器安全控制數(shù)據(jù)及故障檢測信號，增加了與現(xiàn)行管理相關(guān)的燃油消耗、作業(yè)動作監(jiān)測、操作人員現(xiàn)場到位“認證識別”等傳感器，參考生產(chǎn)廠家早期開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)做了差異性改進，達到不同廠家、不同型號、不同通信協(xié)議的統(tǒng)一，能更好地實現(xiàn)實時遠程監(jiān)控效果，并便于行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用推廣。

(1) 通過互聯(lián)公網(wǎng)的實時在線預(yù)警，抑制超載作業(yè)。

工程層層轉(zhuǎn)包下的車輛使用方，在起重機作業(yè)時普遍存在以下隱患：使用方缺乏經(jīng)驗的指揮人員違章指揮、為節(jié)省成本，車輛選用“以小代大”、吊裝方案不完善引發(fā)的安全風(fēng)險；使用方以好處費作為交易引發(fā)的超載冒險作業(yè)；從業(yè)人員素質(zhì)、技能、經(jīng)驗因素引發(fā)的操作風(fēng)險等，通過實時在線預(yù)警，可以有效控制上述隱患的發(fā)生。

(2) 通過故障數(shù)據(jù)采集，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，防范機械事故，節(jié)約點多面廣“巡檢”成本。

(3) 通過記錄動作數(shù)據(jù)和發(fā)動機工況數(shù)據(jù)，確定車輛的作業(yè)狀況及實際作業(yè)時間，實現(xiàn)人員合理配置與調(diào)度。

“24小時待命”是目前設(shè)備租賃合同常態(tài)化約定的彈性作業(yè)時間，其實際作業(yè)時間長短關(guān)系到司機人數(shù)的配備、司機計件工資的考核、每天作業(yè)時間的核定等，決定著車輛租賃合同執(zhí)行的實際成本，合理的人員調(diào)度在管理實踐中尤為顯得重要。

(4) 通過流量傳感器記錄燃油實時消耗，杜絕管理漏洞。

(5) 預(yù)防設(shè)備脫保，縮短備件采購周期，遠程在線指導(dǎo)修理，排除簡單故障得以實現(xiàn)。

(6) 實現(xiàn)非作業(yè)時間無人監(jiān)管車輛的輔助監(jiān)控。

(7) 明確出險責(zé)任的認定。

(8) 營造偏僻地點施工環(huán)境下與操作人員溝通的人性化氛圍。

通過音視頻的加載，解決了管理人員與各個司機的實時互動，溝通交流更人性化，減輕異地施工員工的孤獨感；

(9) 報表統(tǒng)計及時準確。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)處理、存儲技術(shù)

本系統(tǒng)采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲(≥72 h)+數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器平臺并采用冗余備份方式，對音視頻數(shù)據(jù)不請求情況下不上傳，采用“即查即傳”方式，當(dāng)需要指定時段的視頻數(shù)據(jù)時，再指令到現(xiàn)場存儲硬盤上提取相應(yīng)的視頻，對GPRS信號要求低(E信號即可)，流量消耗少(≤500 M/月，僅數(shù)據(jù)信號)。采用互聯(lián)網(wǎng)方式提供動態(tài)、可伸縮、虛擬化資源的云計算、云存儲技術(shù)，可以節(jié)省車輛本地存儲和額外架設(shè)數(shù)據(jù)處理的硬件資源，防止數(shù)據(jù)丟失，保證動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)的安全性和長期性。

2.2 不同廠商力矩限制器通信協(xié)議的取得

相較民建塔機、橋式起重機、門式起重機而言，對單一工況加裝(更換)傳感器進行技改，容易實現(xiàn)有限工況的簡單監(jiān)控功能。而流動式起重機有1 600余種的工況不同組合[4]，對每個工況的安全控制，有車載終端的力矩限制器獨立管理，有較高的技術(shù)含量。由于制造廠商間的技術(shù)壁壘，限制了明文的“通信協(xié)議”，很難截獲車輛所在工況的諸如實際載荷與工況數(shù)據(jù)，阻礙了監(jiān)控后臺“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心”軟件的開發(fā)。因此，迄今為止，全球尚無一家軟件開發(fā)商能對全球所有品牌的流動式起重機的通信協(xié)議有全面的掌握。

力矩限制器是起重機最重要的安全保護裝置之一，目前國內(nèi)外起重機生產(chǎn)廠家所標配的力矩限制器，大多向力矩限制器廠家采購，或與其合作開發(fā)的方法定制，能夠反映車輛的即時工況和提供超載保護措施，具有出色保護能力和強大工況排列組合功能， 但不具備數(shù)據(jù)存儲能力，不能實現(xiàn)設(shè)備運行狀況的歷史數(shù)據(jù)查詢，出險后就無法對設(shè)備運行狀態(tài)及責(zé)任進行認定。

不同廠商力矩限制器通信協(xié)議的取得至少有以下四種方法：通過與廠商合作開發(fā)的模式由其主動提供通信協(xié)議；對不愿提供的廠商采取“協(xié)議截獲分析”方法獲取；對廠家不再生產(chǎn)的力限器且更換成本較高的，采用現(xiàn)場信號采集后，以分流方法解析獲取；對早期生產(chǎn)淘汰的，采用更換最新力限器方式解決。從而實現(xiàn)移動式起重設(shè)備通信協(xié)議和故障信息的還原分析，有助于實現(xiàn)軟件的數(shù)據(jù)獲取標準化。

3 流動式起重機監(jiān)控平臺的搭建

流動式起重機可視化遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)由四個部分構(gòu)成(圖2)，分別是：設(shè)備端監(jiān)控平臺、起重機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)——簡稱數(shù)據(jù)處理平臺、起重機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)——簡稱傳輸平臺、以及客戶端(終端)監(jiān)管平臺。各系統(tǒng)平臺之間，用互聯(lián)網(wǎng)的延伸——物聯(lián)網(wǎng)(Internet Of Things, IOT)技術(shù)，將人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)對車輛實時監(jiān)控。

圖2 流動式起重機遠程監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

(1) 端監(jiān)控平臺主要由GPS定位系統(tǒng)、各類傳感器、控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及射頻識別系統(tǒng)(Radio Frequency Identification, RFID ) 利用ZigBee無線模塊使用智能化的近距離識別功能，把操作人員現(xiàn)場到位的認證與其他監(jiān)控數(shù)據(jù)捆綁一起，實現(xiàn)運行參數(shù)的短時間小容量儲存，方便有限時段檢索查閱；

(2) 傳輸平臺將采集到的實時數(shù)據(jù)壓縮加密后，通過移動通信的GPRS上公網(wǎng)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器平臺進行客戶端的請求預(yù)處理；

(3) 數(shù)據(jù)處理(服務(wù)器)平臺利用企業(yè)共享服務(wù)器對客戶端請求車輛運行參數(shù)，通過云端計算并反饋到客戶端，實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的長期儲存；

(4) 末端監(jiān)管平臺是管理數(shù)據(jù)請求端和結(jié)果反饋的結(jié)果端，通過與服務(wù)器平臺聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)請求，對起重機運行參數(shù)實時監(jiān)控管理，并對運行狀態(tài)進行異常進行監(jiān)控，對違章操作進行預(yù)警或報警。實現(xiàn)租賃方、用戶管理方、生產(chǎn)廠家、以至質(zhì)檢審驗部門等的網(wǎng)上監(jiān)控，并對起重機運行狀況進行維護統(tǒng)計監(jiān)管，為出險后的責(zé)任調(diào)查認證提供依據(jù)[5]。

4 監(jiān)控平臺的軟、硬件構(gòu)成

除起重機力矩限制器本身自帶的相關(guān)傳感器外，要做到實時遠程監(jiān)控功能，需要另行增加與日常管理功能相對應(yīng)的其他傳感器，如操作人員射頻識別認證系統(tǒng)、燃油消耗流量傳感器、吊裝作業(yè)動作識別傳感器、GPS模塊等前端硬件。

監(jiān)控平臺的軟硬件構(gòu)成，還包括應(yīng)答指令請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心軟件、WEB網(wǎng)站、以及服務(wù)器平臺系統(tǒng)等(表1)。

5 服務(wù)器平臺配置、WEB界面及主要功能設(shè)計

5.1 服務(wù)器平臺配置

系統(tǒng)根據(jù)安裝車載監(jiān)控終端的數(shù)量，階段性地配置服務(wù)器平臺，并具有擴展升級預(yù)留空間，在試驗階段可承擔(dān)≥100臺車載終端的數(shù)據(jù)采集，同時支持不少于100人的同時上網(wǎng)瀏覽和業(yè)務(wù)處理(圖3)。中心服務(wù)器配置：

(1)CPU頻率2.4GHz，四核CPU核心，IBM System x3500 M4(7383IN2)提供2個4 GB內(nèi)存，24個內(nèi)存插槽，最大內(nèi)存容量768 GB，標配硬盤容量300 GB，最大支持8塊2.5英寸硬盤。

(2)線路：10M帶寬寬帶線路。

(3)固定IP地址，有授權(quán)域名支持。

(4)配置負載均衡交換機。

將多臺服務(wù)器通過負載均衡交換機進行連接，可以實現(xiàn)所有服務(wù)器的負載均衡，間接提高關(guān)聯(lián)服務(wù)器的整體性能；

表1 監(jiān)控平臺的軟硬件構(gòu)成

圖3 服務(wù)器平臺構(gòu)

自動停運故障服務(wù)器并立即啟用完好服務(wù)器，保證所有服務(wù)的可用性；服務(wù)器的在線(不停機)升級得以保障，提高服務(wù)的可維護、可擴展性。

5.2 系統(tǒng)軟件的基本配置

(1)服務(wù)器操作系統(tǒng)：Windows 2010 Server 企業(yè)版。

(2)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Microsoft SQL Server 2008。

(3)WEB服務(wù)器：JAVA TOMCAT 5.0 以上。

(4)電子地圖數(shù)據(jù)：百度地圖或高德地圖。

5.3 WEB網(wǎng)站主要功能及數(shù)據(jù)采集標準[6]

系統(tǒng)設(shè)計所采集的監(jiān)控參數(shù)及精度均高于現(xiàn)行國標，更貼近最終用戶所需的管控數(shù)據(jù)，主要功能頁面見圖4～圖6。

圖4 查詢監(jiān)控WEB首頁

圖5 汽車起重機監(jiān)控WEB首頁

圖6 報警功能WEB頁面

5.3.1 查詢、監(jiān)控功能

(1)運行狀態(tài)：可實時顯示車輛的力矩限制器屏顯數(shù)據(jù)，各傳感器開關(guān)輸入輸出狀態(tài)和模擬量值(電池電壓、轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力溫度、泵壓力、燃油液位、車輛傾角等)，并提供模擬量的歷史趨勢圖。

(2)定位服務(wù)：可以提供指定車輛的地圖實時位置信息、經(jīng)緯度、速度、方向、城鎮(zhèn)距離方位等。也可指定時段車輛在地圖上的運行軌跡。

(3)實時影像：根據(jù)需求隨時向網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機NVR(Network Video Recorder提取指定時段存儲的影像資料。

(4)故障報警提示：系統(tǒng)設(shè)置報警界面，可以顯示當(dāng)前設(shè)備報警信息，包括由車控CPU板發(fā)出的故障碼信息、GPS、GPRS信號異常、車輛傾角過大、車用電池開路、車輛越界運行等報警。

5.3.2 統(tǒng)計功能

通過數(shù)據(jù)篩選可以完成車輛在請求時段的指定任務(wù)的工作統(tǒng)計。

(1)24小時開關(guān)機圖；

(2)移動、行走情況統(tǒng)計；

(3)每天燃油消耗量圖；

(4)每天重負荷時間圖；

(5)作業(yè)平臺(上車)每天的工作時間、起重次數(shù)統(tǒng)計圖；

(6)每天重、中負荷時間比例圖。

5.3.3 維修保養(yǎng)提醒及記錄

通過起重機出廠時對主要零部件運行保養(yǎng)時間規(guī)定的設(shè)定，起到維修保養(yǎng)提醒及預(yù)警的目的，提高起重機的完好率，使其處于良好的工作狀態(tài)。

保養(yǎng)記錄主要內(nèi)容：車輛編號、保養(yǎng)項目名稱、保養(yǎng)日期、實時部門和保養(yǎng)人。

維修記錄主要內(nèi)容：車輛編號、維修項目名稱、維修零部件、供貨商、維修日期、維修保用日、維修費用、維修部門和維修人。

通過對車輛維保的詳盡記錄，做到配件產(chǎn)品可追溯、修理處置有反饋，經(jīng)過一定時段的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對易損易耗配件的儲備有依據(jù)。通過信息化手段形成車輛完整終身檔案。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用了物聯(lián)網(wǎng)中的三項關(guān)鍵技術(shù)，即傳感器技術(shù)、RFID標簽、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，通過本系統(tǒng)對吊車的工作狀況、作業(yè)內(nèi)容進行實時監(jiān)控，對超載作業(yè)進行實時預(yù)警等，實現(xiàn)了對流動式起重機的智能化、管理的精細化要求，抑制安全事故的發(fā)生。通過資產(chǎn)管理方、租賃經(jīng)營方、使用方以及質(zhì)檢部門多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)互動，提高了對流動式起重機的互管、監(jiān)管能力，具有較高的應(yīng)用價值及社會效益。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 質(zhì)檢總局關(guān)于2015年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報[EB/OL]. [2016-04-05].http://www.aqsiq.gov.cn/xxgk-13386/ywxx/tzsb/201604/t20160405-463840.htm.

[2] 傅玲燕, 姜偉, 周見行.基于Web和GPRS技術(shù)的塔式起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].機電工程, 2011(7).

[3] 國質(zhì)檢特聯(lián)【2011】137號 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)的文件[S].

[4] 張耀華, 朱曉錦, 李松.起重設(shè)備實時工況采集系統(tǒng)[J].儀表技術(shù), 2013(7).

[5] 門智峰， 范亞輝， 許智.基于物聯(lián)網(wǎng)的流動性起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 起重機械, 2016(2).

[6] GB/T 28264 — 2012 起重機械 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[S].

TU731.3

A

[定稿日期]2017-05-23

市政公用行業(yè)安全生產(chǎn)大檢查方案(三)

(三)城鎮(zhèn)園林綠化安全檢查內(nèi)容。

1.城市公園管理機構(gòu)檢查內(nèi)容。

(1)公園日常安全管理制度建設(shè)情況。重點檢查公園管理機構(gòu)建立完善安全管理相關(guān)規(guī)章制度情況；制定游樂設(shè)施突發(fā)故障、動物逃逸、動物傷人、重大動物疫情等突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案、定期組織模擬演練情況；落實日常巡查、隱患排查、人員培訓(xùn)等安全管理措施情況；監(jiān)督管理公園經(jīng)營場所、作業(yè)活動的承租單位、承包單位安全運營情況。

(2)公園(動物園)設(shè)施設(shè)備的運營維護情況。重點檢查公園管理機構(gòu)對游覽、防護、游樂、通信等設(shè)施設(shè)備的日常隱患排查、維修維護管理情況；公園(動物園)游覽警示標志和引導(dǎo)標牌的建設(shè)情況；動物園和設(shè)動物展區(qū)的公園對展覽動物、防護設(shè)施的監(jiān)控管理情況。

(3)重大節(jié)慶活動期間安全保障能力建設(shè)情況。檢查公園按照突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案采取應(yīng)急措施能力情況；安保力量和應(yīng)急搶險隊伍備勤及物資裝備保障情況等；加強值班工作，落實值班和領(lǐng)導(dǎo)帶班制度情況。

(4)公園防災(zāi)避險功能發(fā)揮情況。重點檢查承擔(dān)防災(zāi)避險功能的公園按照《國務(wù)院關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》(國發(fā)[2013]36號)合理設(shè)置防災(zāi)避險設(shè)施，確保出現(xiàn)災(zāi)情時及時開放、功能完好等情況。

摘自中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部網(wǎng)站