基于物聯網技術民爆器材管理系統開發與研究

摘 要：為了提高民爆器材企業的安全管理水平，減少安全事件發生，提升民爆器材存儲、運輸的安全性以及使用周轉的高效率和可控性。基于物聯網技術架構，研究并開發適用民爆經營企業的智慧民爆管理系統。本系統的底層為感知層，負責采集數據；中間層將采集的數據傳輸匯總到平臺并進行處理；應用層實現數據應用，由此形成管理一體化。系統利用嵌入式技術、大數據分析和AI技術進行數據分析與提取，實現數據可視化，輔助用戶決策，在安全管理、生產調度、經營管理等方面為用戶提供重要的技術支持。

關鍵詞：物聯網技術；人工智能；民爆器材；管理系統；數據采集；可視化

中圖分類號：TP39；G482；TN99 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）07-0-04

0 引 言

隨著我國經濟的增長，工程建設企業和礦山企業的生產體量不斷增大，規模也越來越大，且呈持續增長趨勢。在工程建設和礦山開采過程中，民爆物品是不可或缺的重要物資，能夠極大地提升企業的生產效率和效益[1]。當前，民爆物品的供應鏈不斷延伸，已覆蓋礦山、水電、石化等各類社會工程建設領域，社會對爆破器材的需求量顯著增加[2]。然而，民爆器材的儲存、運輸和使用卻是一項不小的挑戰[3]。“5·20山東保利民爆濟南科技有限公司特別重大爆炸事故”“4·20寧夏物華集團爆破有限責任公司民爆事故”表明，傳統的管理模式已無法滿足現代社會的需求[4-6]。爆破器材企業必須進一步完善管理模式，才能更好地防范和化解系統性安全風險，減少爆破器材事故數量，遏制重特大事故的發生[7]。

民爆物品易燃、易爆、有毒有害，這些固有特點必然要求民爆物品運輸系統具備精細化的管理能力、科學嚴謹的物品調度能力以及安全有效的監管能力。當前，民爆器材管理系統面臨的主要問題是智能化程度不高，在數據處理、現場監測和車輛監控等方面還有提升空間[8]。由于民爆物品的特殊性，民爆物品企業需要從粗放型向精細化升級。物聯網技術具有高度的連接性和智能化特性，為解決上述問題提供了有效途徑。它能夠實時連接并與眾多傳感器設備通信，從而使收集、處理和分析大量能源使用數據成為可能，提升了數據收集和分析的效率。這使得系統能夠依據實時數據快速做出反應，優化民爆器材管理策略，實現高效率管理[9]。本文研究應用物聯網技術與信息技術，打造現代民爆物品智慧服務云平臺，對民爆器材從存儲、運輸到使用進行科學有效的管理。

1 系統架構分析與設計

1.1 設計的目標與原則

民爆器材具有特殊的物理化學特性，所以建立民爆器材管理系統非常必要。物聯網監控管理系統是針對民爆物品存儲和供應鏈安全管理而設計的，它能夠對民爆物品的存儲、運輸、使用等各個環節進行高效且精準的管理。該物聯網管理系統以現代信息技術為基礎，整合了民爆物品倉儲、運輸以及使用過程安全管理的核心需求，目的在于提高爆破器材存儲、運輸、使用的安全性、效率和可控性。通過利用物聯網技術，可以實現對民爆器材的實時監控與遠程管理，提高監控效率并降低事故率，進而提升企業經濟效益。在設計民爆器材管理系統時，需要考慮快速、安全、可靠、可擴展等性能，這樣才能確保設備數據的實時采集和傳輸，從而適應不斷變化的需求。基于物聯網系統，民爆器材的倉儲和運輸使用能夠得到有效管理和跟蹤，業務得以優化，地域跨度較大、協調難度較高等問題也能得到系統的處理[10-11]。

1.2 系統網絡結構設計

民爆器材管理系統整體架構分為四個層次：數據采集層、信息傳輸層、網絡層（平臺業務）、應用層（應用服務）。系統整體框架如圖1所示。數據采集層借助嵌入式設備或者微控制器系統，從現場采集/收集數據，再通過無線通信協議，按照約定的數據格式，將數據上傳至網絡層（平臺業務層）[12]。信息傳輸層負責傳輸底層嵌入式設備或者微控制器系統采集到的數據。傳感器采集的數據首先由嵌入式設備或者微控制器系統進行簡單處理，例如先對冗余數據和不合規范的數據進行剔除和壓縮，把無效的和重復的數據刪除，以減輕數據傳輸壓力。此系統會依據監測環境對象以及數據重要性采用兩種不同的壓縮方式，例如智能傳感器采集的數據比較單一，形式均為文本，且所占空間比較小，所以采用無損壓縮方法—— Huffman編碼。網絡層負責接收、存儲、處理和分析來自傳輸層的數據，并為上層系統提供相應的服務和功能。物聯網平臺通常具備數據存儲和管理、數據分析和挖掘、設備管理、安全認證、遠程控制等功能[13-14]。在應用層，數據經過網絡層處理后，通過各種應用服務和應用程序向用戶展示數據，以便用戶了解現場情況并及時作出判斷，實現用戶對物聯網系統（平臺）的遠程監控和管理。

網絡層位于整個系統框架的中間層，其主要負責信息的傳輸。民爆器材企業存在多種不同的應用環境，所以會使用如WiFi、ZigBee等不同無線通信協議，見表1。網絡層由傳感器節點、路由器以及網關等網絡設備連接而成，其主要任務是把感知層收集的數據傳輸到應用層，同時支持遠程控制命令的下發，以確保信息高效、安全地傳遞。

物聯網智能監控系統融合了計算機、通信工程、信號處理、互聯網等技術。因需監控不同作業現場，該系統運用不同傳感器獲取現場數據，如手持終端、紅外熱成像設備、IRFPA傳感器、MediaTek公司的GPS接收器、RFID設備等。在民爆器材企業管理系統開發與研究方面，所需的底層關鍵技術如下：

（1）人臉識別：用于驗證作業人員身份，確保是本人操作，加入了個人實名認證，確保人證合一。

（2）活體檢測：用于防止他人使用圖片、視頻進行欺騙。

（3）衛星定位：用于對比人員和項目、庫房、車輛的位置，確保人員和設備處于既定的位置范圍。

（4）物聯網：通過對作業現場、物品倉庫、運輸車輛、起爆器等進行深度融合，實現管控與數據采集。之后，對所有數據進行重新清洗、加工、關聯，再集中展示。

（5）實時消息通知：通過對接微信、電子郵件、手機短信等通知渠道，向用戶發送即時的業務消息通知。

（6）互聯互通：整合第三方平臺或設備，高效利用第三方平臺數據，并向第三方平臺推送數據，將數據價值最大化，以解決數據孤島難題。

（7）大數據分析：對數據進行深度挖掘、再次加工、趨勢性分析、預測性分析等，并將數據進行可視化展現。

2 系統設計

2.1 系統應用總體設計

目前，物聯網監測平臺通常利用各個監測模塊，借助傳感器采集現場環境信息，并將數據上傳至平臺層。本管理系統的監測模塊運用手持終端、紅外熱成像設備、智能巡更設備等采集數據。采集節點會對采集到的數據進行簡單預處理，之后按照設定的傳輸層協議進行端到端的數據傳輸。傳輸層負責確保數據可靠地從一個設備傳輸到另一個設備；網絡層負責數據包在不同網絡間的傳輸和路由選擇，確保數據從源設備傳輸到目標設備；應用層主要負責處理數據并與用戶交互，是人與物聯網設備交互的重要一環。系統應用總體設計如圖2所示。

2.2 系統的功能模塊設計

管理系統包含數據感知模塊、平臺業務模塊。平臺業務模塊主要分為運營管理、爆破作業、爆破管理三個核心業務，如圖3所示。運營管理涵蓋財務管理、人力資源、協同審批。爆破管理涵蓋預警平臺、智慧大屏、經營管理、安全管理、項目管理。爆破作業涵蓋民爆庫房管理、車輛運輸管理、爆破作業管理。

（1）財務管理：項目合同管理、項目檔案管理、項目施工進度管理、項目作業面管理（坐標定位、項目負責人管理、所屬分公司管理）、物品臨時存放管理、項目人員管理、合同結算。

（2）人力資源：持證人員登記，作業人考勤，人員執業證書等級、繼續教育、爆破業績登記，人員培訓，確保作業人員合規。

（3）協同審批：實現對民爆物品供應鏈全流程的實時監控與精準分析，幫助企業提升作業效率，優化資源配置，確保作業安全。

（4）爆破作業管理：爆破任務、簽到管理（用戶簽到記錄、現場人員驗證記錄、GPS坐標定位、人臉識別）、現場監理、爆破記錄、施工報告。

（5）民爆庫房管理：庫房盤點、庫存管理、物品采購、物品入庫、物品出庫。

（6）車輛運輸管理：運輸路線規劃、車輛管理、運輸任務、車輛監控接口、運輸過程監控、運輸工作量統計、運輸車輛調度。

（7）安全管理：雙控管理模塊、檢查巡更模塊、安全培訓模塊。

（8）預警平臺：預警類型、預警分級管理、預警處理（權限管理）、微信同步推送。

（9）智慧大屏：企業綜合大數據展示屏、爆破作業指揮中心大屏、庫房實時監控大屏、運輸實時監控大屏、項目/庫房分布圖。

（10）經營管理：包括費用結算（總體經營情況、應收賬款預警、企業利潤目標、本年用量統計、本月經營情況）、費用管理、統計報表等功能，對企業的經營情況進行全面、準確的監控和管理。

（11）項目管理：是集合同管理、檔案管理、進度監控、作業面管理、物品存放管理、人員管理以及結算管理于一體的綜合性項目合同管理系統。

3 軟件流程設計

系統軟件流程如圖4所示。在現場部署傳感器并進行傳感器初始化后，傳感器將自組織形成網絡，自動尋找數據傳輸鏈路，同時設置系統相關參數的閾值或范圍。傳感器與鄰近的節點建立網絡，選出協調器作為數據收集中心，之后協調器會命令終端節點開始采集數據。如果后面有新的節點加入，則開始新一輪的協調器選拔，然后建網并允許終端節點加入。將采集到的數據經鏈路傳輸，接入服務器后對數據進行清洗、處理和分析，并以圖表、文本等方式呈現，供用戶參考，輔助用戶決策。在對數據進行分析時，會根據當前狀態判斷是否需要定位發送、報警及語音提示，最終數據將被傳給協調器，由協調器決定是否啟動執行器以停止現場作業。

4 結 語

鑒于爆破器材的特殊性，開發基于物聯網技術的爆破器材管理系統，以實現對爆破器材倉儲、運輸、使用等環節的安全管控。該系統是先進的數字化、智能化安全管理系統，能夠促進多個項目、多個倉儲點和運輸點的協同管理，使數字信息流量形成新質生產力。本系統可縮短爆破物品出入庫時間與運輸周期，解決在生產現場等貨影響施工效率的問題，使成本大幅下降。而且，爆破器材儲運的安全風險與流通時間成正比，縮短周轉周期能夠大大降低安全管控成本。本平臺的信息具有實時性、可視化、智能化的特點，解決了不同項目點和庫房安全監管難的問題，還實現了安全監管與企業經營管理的數據協同。

注：本文通訊作者為葉雪云。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-28 修回日期：2024-07-30

基金項目：廣西重點研發計劃項目（桂科AB25069127）；廣西自然科學基金面上項目（2022GXNSFAA035582）；防城港市科技計劃項目（防科AB24002009）