基于物联网的安全生产隐患实时监控服务平台的构建

朱建淼，汪圣华，张金峰

（浙江省安全生产科学研究院，浙江　杭州　310012）

摘要：基于物联网的安全生产隐患实时监控服务平台是集传感器、测控、通信、计算机应用等技术为一体，采用云平台数据中心的策略开放平台。平台可方便接入各类基于真实传感数据，实现对生产经营活动中安全要素、职业危害因素及重大危险源中的电流、剩余电流、线缆温度、环境温度、设备温度、粉尘、有毒有害气体、压力、液位、流量等重要数据进行实时在线监控，建立基于真实传感数据的预警模型，为安全生产实时监测控制提供科学依据，提升企业事故预防预警和应急处置能力。

关键词：安全生产　物联网　云平台　监控

1.引言

2013年《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》明确指出要“深化安全生产管理体制改革，建立隐患排查治理体系和安全预防控制体系，遏制特大安全事故，健全防灾减灾救灾体制”。2014年12月新《安全生产法》正式实施，新《安全生产法》中重点突出事故隐患排查治理和事前预防。在事故预防以及危险源“辨识-评价-分级管理-监控-规划-应急”技术体系中，“监控”占有至关重要的地位和作用。

安全生产隐患实时监控服务平台在物联网先进感知技术的基础上，充分利用网络技术、数据库技术、Web发布技术，以智能传感器为基础，结合云平台的设计方式，对安全生产隐患进行实时监测。通过提供不同级别的账户，实现分层次的监控服务，达到“测得准、传得快、说得清和管得好”的目标。

2.安全生产隐患实时监控服务平台结构

2.1　整体架构

安全生产实时监控服务平台由数据采集层（感知层）、通信传输网络（数据传输层）、数据存储层、应用支撑层、业务应用层等5层组成。平台的运行服务提供不同级别的账户实现分层次的监控服务，构建现场传感终端实时监测报警、责任主体的短信通知预警以及第三方专业服务机构跟踪服务的三层监控预警模式。实现定时、成熟、有效地对事故隐患进行监管，第一时间发出数据异常报警，以手机短信、电子邮件等方式提醒或通知安全管理人员事故隐患点。通过历史数据进行技术分析，评估和预测企业监控对象的风险，大大降低发生安全事故的概率，提高安全生产管理水平。

基金项目：国家安全生产监管总局科技计划项目作业场所铝粉尘浓度监测与危害评价关键技术研究.（编号：201308）

通讯作者：张金峰，1976年，男，博士，高级工程师。

平台结构见图1。

2.2　总体功能

实时监控服务平台以对重点监控部位的监测、管理和预警业务需求为依据进行设计，分平台基础应用和专业应用两部分。平台基础应用包括数据采集和处理、数据库管理、数据查询、图表展示、综合统计、格式化报表等；专业应用功能包括用电安全监测、有毒有害气体监测、职业卫生环境监测预警、液体储罐等重大危险源趋势分析等。平台支持的主要业务见图2。

3.安全生产隐患实时监控服务平台设计

安全生产隐患监控在线服务平台主要由现场传感器数据采集与发送系统和基于云平台的安全生产隐患监测与预警分析系统两大部分组成，分别完成现场监控和远程监测分析功能。

3.1　现场监控系统

（1）传感器的选择与安装　传感器的选择最基本的要求是抗干扰性强，在工作范围内线性度好，并输出标准的电流或电压信号，保证数据的有效性。安全生产监控危险对象主要有液态、气态和粉尘等形式。监测目标分为两类，一类是对象自身的量，如危险物质浓度、含量、分布等；另一类是影响监控对象危险的因素，包括环境因素、工艺因素、危险物质状态等，比如温度、湿度、流量、压力、液位等参数气态检测，选用检测稳定和选择性好的气体传感器；液态检测，主要可通过监测液位、重量的方式来判定危险物质的量，比如选择液位超声波传感器；粉尘目前标准中选用的是称重法，但是该方式不适用于传感器现场检测，借用环保监控方式，采用激光传感器检测法。

同时，传感器的安装位置也往往会影响监控的有效性。在现场监测系统中，特别是气体检测中，我们采用当传感器测得的浓度值在某一时刻的平均值达到某一给定值（临界值）时，所对应传感器放置点为最佳传感器放置点^［3，4］。

（2）传感终端的功能及技术特点　传感终端安装在现场，是传感数据监控、收集、转发以及构建现场综合报警系统的重要设备。传感终端采用模块化设计，将采样、监测、通信等功能单元模块化，集成Modbus协议、HJ/T 212—2005、OPC（用于过程控制的OLE）通信协议等多种协议，可同时探测多路、多种类型的传感数据，最终将数据打包以GPRS、IP/TCP等传输方式转发给监控数据云。终端通对传感器数据进行实时监测，当数据出现异常，达到报警值时，终端可以启动现场接入的报警器并触发监控平台，以短信、邮件等方式告知责任安全管理人员，实现隐患预警功能。

3.2　安全生产隐患监测与分析系统

在线监控服务系统采用基于目前面向网络最新计算机软件技术，具有优良的可扩展性。系统软件设计和开发基于J2EE的分布式计算技术、中间件技术及Web Service的应用系统集成技术，采用B/S架构及统一的系统接口的数据交换标准（XML），保证配置、数据、应用的充分分离，满足安全生产监测中心构建分布式实时监控系统的需要。

（1）数据采集、交换与通信　数据采集所选用的传感器符合业内高新技术，从根本上解决了“测得准”的问题，做到智慧的感知。每个监测点有1套或多套传感终端，分别连接所需监测参数的传感器，数据经传感终端整合、封装，传送至数据中心。平台网络层通信手段采用基于公共传输频段的无线通信网络GPRS或3G技术，解决由于监测站点分散、分布范围广、无线通信环境恶劣而带来的监测数据发送及时性问题，提高环境管理部门工作效率。数据交换主要实现实时监测与分析系统及异构信息系统之间数据的传输和交换。

（2）在线监控及预警　在线监控是安全生产隐患监测与分析系统开发和运行的基础，负责为各类应用的开发、运行和系统管理提供技术支撑。在线监控平台围绕数据服务组件部署各应用功能，使各应用系统成为一个整体，将各主要事故隐患的监测、统计、分析、预警等数据集中管理起来，使数据中心管理人员、各级监管部门、企业安全管理人员通过统一的界面进行管理、查询、分析大量的监测数据，降低监测数据管理的难度，提高数据管理的水平，实现对各类数据的动态查询、变化趋势分析、各类数据之间的相关性分析等功能。

在线监控提供数据采集、在线监测、统计分析、综合应用、在线报警、分析预警、系统管理、接口服务等功能，对事故隐患实现实时监测、工况监控及分析预警，从不同角度把握企业隐患状态及隐患排查情况。

（3）业务数据中心　通过对业务需求、数据流、应用逻辑功能及安全需求的规划，以企业安全生产标准化的要求进行设计，体现存储到业务数据中心的各类数据进行海量存储、实时计算和处理功能。物联网数据实时性强、数据量大、数据种类多、并发性大，计算量巨大，因此系统采用负载均衡技术，有效地分配各种数据类型计算处理的负载分配，提高环境数据业务中心的数据处理能力。

4.安全生产隐患监测与分析系统应用功能

安全生产隐患实时监控服务平台，集成包括用电安全监测预警评价、危险性气体环境监测评价、液体储罐风险监测评价和工作环境职业卫生监测评价在内的监测及分析系统应用功能模块，着重对业务数据进行分析，挖掘数据间的内在联系，为提高企业安全生产管理及安全生产管理部门监察监管能力提供科学依据。

4.1　用电安全监测预警评价

用电安全监测预警评价是基于实时采集的电气线路电流、剩余电流、环境温度、导线温度等参数开展的评价应用功能。通过对电气火灾隐患重点部位的实时监控（如剩余电流互感器、温度传感器等）利用电磁感应原理、温度效应的变化对电气设备中的电流、温度等参数进行采集，并对变化幅度进行分析、判断，并与报警设定值进行比较，实现现场报警提醒。同时数据也传输到预警分析平台，通过平台预先设计的预警模型，进行数据预警分析报告。实现电气安全防护变被动为主动的“预防为主，综合防护”的用电安全理念。

4.2　危险性气体环境监测评价

危险性气体环境监测评价是基于有限空间危险性气体监测和职业环境监测等应用场景产生的评价应用功能。针对危险性气体的特征、气体的辨识、来源和危险性分析，确定其危险性，并建立危险性气体的风险评估指标库。根据实时监测数据进行数据分析，对特定的有限空间、职业场所进行科学定量描述和评定，包括有限空间及职业场所的可燃性气体、有毒气体和窒息性气体的危害风险评价。

4.3　液体储罐风险监测评价

液体储罐风险监测评价是基于液体储罐工艺参数、液位、温度、压力、流量和储存物质特性等要素在内的储罐风险评价应用功能。通过储罐区相关安全设施和企业安全管理要素的动态管理指标，结合液位、温度、压力、流量、环境温度、环境风向等实时监测数据，形成液体储罐的风险等级评价，为企业安全管理提供科学预警依据。

4.4　工作环境职业卫生监测评价

工作环境职业卫生监测评价是根据《职业病防治法》、《使用有毒物品作业场所劳动保护条例》及《工作场所有害因素职业接触限值》等文件的有关规定，重点对粉尘、常见的有毒有害气体、噪声等环境指标进行实时监控记录，通过指标对比评价，实现在线即时监督监测，加强非现场监管执法。

5.结语

物联网是经济发展的新引擎，是转型升级的助推器，将物联网技术与安全生产要素的融合，充分监测各类隐患的实时状态，建立基于真实传感数据的分析模型，创新安全生产的工作模式，提高各类事故和隐患排查的科学性，已成为安全生产新的发展趋势^［5］。基于物联网的安全生产隐患实时监控服务平台，通过建立安全生产隐患监控数据中心、系统平台和专业应用分析这一完整的解决方案，利用信息化和多种通信技术手段的结合，实现大数据的共享与分析，将有效推动安全生产由人防向技术防范的智慧安全转变。

参考文献

［1］　袁帅，李漱宜，白玉梅等.册田水质自动监测系统的建设与运行［J］.水电自动化与大坝监测，2008，32（2）：62-65.

［2］　国家环境保护总局.HJ/T 419—2007环境数据库设计与运行管理规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［3］　王小平，齐欢.密闭空间内的传感器最佳放置位置研究［J］.华中科技大学学报（自然科学版），2004，32（6）：52-57.

［4］　黄文宏，李学盛，王海龙等.典型石化有限空间危险气体在线监控系统构建［J］.浙江化工，2011，42（6）：25-27.

［5］　徐敏，孙海林.从“数字环保”到“智慧环保”［J］.环境监测与管理技术，2011，23（4）：5-7，26.

作者简介：朱建淼，1980年，男，硕士，工程师。