基于雙重預防機制的地礦智慧安全平臺系統設計與實現

王金娜，宋會傳，焦學軍，高彥濤，郭凌飛，李平超

(1.河南省地質礦產勘查開發局測繪地理信息院，河南 鄭州 450000； 2.河南省天空地遙感智能監測工程技術研究中心，河南 鄭州 450000； 3.河南省自然資源天空地遙感智能監測研究科技創新中心，河南 鄭州 450000)

安全生產始終是各行各業持續發展的生命線，也是各項應急管理工作的基本面，從我國歷年安全事故數據發現，平均每10天發生一起特重大事故，這個頻率是特別難以容忍的，重特大安全事故的預防工作是當前安全生產領域最大的短板。2016年，習近平總書記在中共中央政治局常委會會議上提出雙重預防體系的理念，采用風險分級管控和隱患排查治理的雙重預防機制，真正做到關口前移，將隱患消滅在萌芽中[1-4]。隨后國務院安委辦、河南省人民政府先后出臺建設雙重預防體系的要求，2018年11月，河南省人民政府印發的《河南省深化安全生產風險隱患雙重預防體系建設行動方案》明確提出，各行業在2020年底實現雙重預防體系穩定運行。一些西方國家目前已經形成立法監察、事故預防、工傷保險“三位一體”安全生產工作格局，保險機構不是被動地辦理事故傷亡賠償，而是主動對企業安全實施監督指導，從源頭上降低事故風險和保險賠付。顯然，國外對安全生產監管也相當重視，但尚未出現雙重預防的概念及系統建設[5]。

在河南省地礦局建立適用的風險管控與隱患治理雙重預防體系，按照雙重預防體系建設“五有”標準，具備PC端、手機端、大屏端，實現全天候動態管控和全員參與隱患上報和實時預警功能，重點解決地礦行業安全管理工作中信息甄別難、監督反饋難、工作協同難、分析決策難、制度落實難等痛點問題，實現風險管控與隱患治理的法治化、常態化、標準化、清單化和信息化，確保風險有效控制、隱患及時消除，最大限度防范安全事故發生。河南省地礦局雙重預防體系安全監管平臺基于項目管理為重點的信息化管理模式，充分體現了地勘行業的作業特點，系統邏輯從業務場景出發，結合需求，實現線上線下結合、實時監控、動態管理等功能，真正為雙重預防體系建設和安全生產賦能，并實現了五級管控，在國內居于領先，可為地勘行業及其他省份建設類似系統提供參考。

1 技術路線與工藝方法

雙重預防體系建設工作程序主要包括前期的準備工作，資料收集、核實與整理，前期專題研究，組建工作機構；全員培訓，劃分和確定風險點，風險辨識，風險分級，制定風險分級管控措施，編制風險管控崗位責任清單(臺賬)，排查隱患，治理隱患，持續改進等內容，通過持續的改進與動態評估減少事故的發生[6-9]。雙重預防體系建設工作程序如圖1所示。

圖1 雙重預防體系工作程序Fig.1 Working procedure of dual prevention system

2 系統架構與功能設計

2.1 數據傳輸設計

為滿足應用層交換和數據層交換，交換代理必須有應用層和數據層的連接和接口適配功能，數據代理必須有數據格式的轉換功能[10-11]。主要包括：數據匯總、數據分發、數據存取訪問、數據轉換、任務定制、支持用戶自定義接口、支持監控管理，如圖2、圖3所示。

圖2 數據傳輸設計Fig.2 Data transmission design

圖3 系統交互架構Fig.3 System interaction architecture

2.2 技術架構設計

系統采用多層次架構模型，總體架構劃分為綜合展現層、應用服務層、應用支撐層、信息資源層和基礎硬件感知層5個層次，同時還包含標準規范體系、安全與運營保障體系。

2.3 信息共享與信息接口設計

要實現系統各終端的信息共享，首先要解決終端的接入問題，本系統采用基于PKI/CA技術為基礎架構的統一身份認證服務平臺，以PKI/CA技術為核心，結合國內外先進的產品架構設計，實現集中的用戶管理、證書管理、認證管理、授權管理和審計等功能，為多業務系統提供用戶身份、系統資源、權限策略、審計日志等統一、安全、有效的配置和服務。

2.4 硬件感知層設計

感知數據的采集依賴物聯網技術，數據來源所涉及硬件包含各類傳感器、RFID設備、視頻攝像頭設備，利用校驗算法驗證工作人員生物特征信息，可保證所采集數據真實可靠無篡改，大量原始的感知數據通過4G網絡或藍牙等無線傳輸技術匯總至數據服務器，服務器通過圖片識別、安全風險評估算法等數據處理方式，輸出更加直觀的可視化圖標，并根據風險等級將結果推送至不同級別責任人，做到隱患精準推送，責任層層落實。技術架構設計如圖4所示，感知數據流向如圖5所示。

圖4 技術架構設計Fig.4 Technical architecture design

圖5 感知數據流向Fig.5 Perceived data flow

3 平臺搭建及編碼測試

為滿足系統跨平臺運行、跨客戶端訪問、數據高并發訪問、系統安全性等要求，選擇開發語言為Java，Web 服務器為Tomcat，數據庫為MySQL，采用大數據和Web GIS集成式平臺，能豐富地展示單位風險地圖，支持多區域、多維度、多屏展示，實時展示單位安全生產狀況及預警，同時支持基于地理位置的各種業務擴展。采用微服務架構模式，Web服務器通過OAuth 2.0對接入端進行認證管理，支持多種終端的訪問控制，采用全面、靈動的軟件架構設計，支持按具體業務靈活定義角色，分配職能權限[12-14]。

3.1 監管層設計

監管層可以實時監管下屬單位風險總數、隱患總數、隱患整改狀態、單位分布、監管平臺風險指數、監管平臺安全指數、下級單位風險指數、下級單位安全指數，并可通過單位分布圖直接跳轉至下級單位。數據均采取實時刷新的方式傳輸，保障監管及時快捷。

3.2 雙重預防體系執行層設計

平臺支持計算機端、監控預警大屏、手機端和專用終端(平板電腦或手持機)使用，滿足用戶在室內和室外的使用場景。計算機端提供平臺業務管理所有功能，手機端或專用終端用于滿足現場管理需求。通過不同終端使安全管理更加方便，可隨時隨地進行管理[15]。通過數據大屏實時展示單位安全生產相關的信息，展示的信息包括但不限于實時展示單位的風險與隱患分布信息、各中心或地區的風險，隱患排查及整改信息，各中心或地區的風險指數或安全分值，單位發生隱患的同比環比分析等，安全預測預警信息，集成式查看現場監管視頻信息等，實時切換查看各生產單位的四色風險分布地圖。

3.3 管理平臺功能實現

(1)風險分級管控：讓各級人員基于管控層級和范圍實現高效管控，同時明確主體責任制。

(2)作業活動庫管理：辨識生產作業活動中的危險源，系統對這些數據進行管理。

(3)設備設施庫管理：辨識設備設施中的危險源，系統對這些數據進行管理。

(4)風險管理：對單位風險數據庫的管理。

(5)風險導入導出：單位通過Excel模板整理風險數據，批量導入系統。同時支持從系統批量導出風險數據到Excel，修改更新后再批量導入系統，實現風險數據的更新。

(6)風險點管理：按照現場作業活動的崗位位置和設備設施的安裝位置形成現場風險點的管理。

(7)四色風險地圖：在滿足政府要求的四色風險電子地圖的基礎上進行擴展，從風險和隱患2個維度實時展示單位安全狀況。

(8)風險分級管控：對不同等級的風險實現責任分配到不同的管控層級，在每個管控層級下，要求責任具體到人。

(9)風險分級管控的閉環處理：平臺基于風險點狀態的動態管控，較好地實現了崗位人員安全工作的過程化管控，只有把日常安全工作按期做好，風險點才不會失控。

(10)隱患排查治理，知識庫和績效考核等。

3.4 系統的測試與應用

(1)系統測試。系統測試包括系統功能測試和系統性能測試，系統采用黑盒測試的方法，測試系統的用戶登錄、風險分級管控、隱患排查管理、數據分析預測、文件中心和權限控制等模塊，經過功能測試之后，各項功能基本達標，滿足系統的操作需求，并且系統相對穩定。隨后，選用 LoadRunner 軟件對系統進行性能測試，總結和評估系統的整體性能指數，以此為依據來判斷系統的質量。設定正常情況下并發用戶約200人，使用高峰期上線人數為1 000人，模擬并發用戶200人、1 000人來進行測試后，頁面響應時間均小于2 s[16](表1)。系統運行穩定，可滿足1 000人同時在線要求。

表1 模塊測試記錄Tab.1 Module test log

(2)平臺培訓應用。雙重預防機制概念提出時間較短，我國地礦行業尚未形成有效的雙重預防管理系統，為使地礦系統子屬單位能夠快速地使用該平臺，省地礦局計劃分批次對局屬單位相關人員進行培訓，并下發安全雙預防用戶使用手冊，目前基于雙重預防機制的地礦智慧安全平臺系統處于試運行階段。

(3)現場應用。在傳統地礦項目中，野外地勘工程風險點尤為隱蔽，在開展業務工作中常會運用到各種大型機械設備，監督工作人員嚴格執行標準的設備操作規程，提前發現并有效規避風險點變得十分重要。在實際應用中，系統平臺可通過檢測海量視頻圖片識別違規操作；分析大型機械設備傳感器傳輸的運行數據，可實時掌握設備健康狀況；利用系統平臺來約束規定的人在規定的時間、地點對規定的對象進行規范的安全風險檢查，將巡檢數據匯總至平臺，平臺再將項目風險值水平推送至相關負責人，依照規章制度，對不同等級風險進行不同處置。

4 結論

本文歸納了雙重預防機制信息化建設的研究成果，明確了適用于河南地礦系統雙重預防機制建設的管理流程，分析了基于雙重預防工作機制的地礦安全智慧監管系統整體需求及數據邏輯，設計了基于雙重預防機制的地礦智慧安全管理系統的各項架構及功能模塊，解決了地礦行業安全管理工作中信息甄別難、監督反饋難、工作協同難、分析決策難、制度落實難等痛點問題。經測試，上述系統滿足要求，實現了基于雙重預防機制的地礦安全動態監管的信息系統搭建。