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95特种设备智慧监管大数据平台的研究与实现特种设备2023 年4月特种设备智慧监管大数据平台的研究与实现杨巍利（江西省检验检测认证总院检测认证技术发展研究院，江西南昌，330029）摘 要：近年来，随着特种设备的普及，特种设备数量呈几何倍数增长，对特种设备的安全要求越来越高，特种设备的安全日渐成为大家关心的话题，保障特种设备安全俨然已成为事关民生的大事。为了减少特种设备事故的发生，提高对特种设备的监察和检验能力，本文利用大数据分析、云计算技术等信息化系统集成技术，强化特种设备的监管、检验、预测和预警能力，将特种设备数据的价值与监管结合起来，提高工作效能，促进特种设备稳定发展。关键词：特种设备；智慧监管；大数据中图分类号：TP311.5；X924 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）02-0095-05Research and Development of Big Data Platform for Intelligent Supervision of Special EquipmentYangWei-li（JiangxiGeneralInstituteofTestingandCertificationDevelopmentInstituteOfTestingandCertificationTechnology，NanChangJiangxi330029，China）Abstract：Inrecentyears，therehasbeenasignificantincreaseintheuseofspecialequipment，resultinginhighersafetyrequirementsandanincreasedfocusonequipmentsecurity.Asaresult，ensuringthesafetyofspecialequipmenthasbecomeacriticalconcernforsociety.Inordertopreventaccidentsandenhancesupervisionandinspectioncapabilities，thispaperproposestheuseofbigdataanalysis，cloudcomputingtechnology，andotherinformationsystemintegrationtechnologiestoimprovethesupervision，inspection，prediction，andearlywarningcapabilitiesofspecialequipment.Bycombiningthevalueofspecialequipmentdatawithsupervision，wecanimproveworkefficiencyandpromotethestabledevelopmentofspecialequipmentwhilereducingtheoccurrenceofaccidents.Keywords：specialequipment；intelligentsupervision；bigdata作者简介：杨巍利（1982），本科，工程师，主要研究方向为特种设备检验检测特种设备数据的利用。0 引言0.1 研究背景特种设备监管经过 60 多年的发展，已经积累了庞大的数据资源1,2，如何利用信息化手段把这些资源转变成有价值的成果，并用于指导特种设备监管和检验检测工作，显得尤为重要。随着信息化技术水平的不断提升，大数据技术已经在各行各业中发挥着重要的作用，影响也越来越大，随着国务院提出“互联网+”行动计划以来，特种设备大数据时代已经来临。如何在海量数据面前，实现特种设备安全监管数据的有效利用，充分发挥特种设备风险隐患管理的成效，创新监管理念，将成为今后一段时间的重点研究内容。0.2 研究目的及意义特种设备具有在高温、高压、高空、高速条件下运行的特点，是人民群众生产和生活中广泛使用的具有潜在危险性的设备，一旦发生问题，后果十分严重。因此，利用大数据平台及数据挖掘技术对数据进行分DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.02.023962023 年第 2 期（总第 166 期）析，为特种设备安全监管提供决策3支持是提升特种设备安全保障能力和监管水平的有效途径。1 特种设备安全监管现状1.1 特种设备及生产单位基本情况据统计，截至 2021 年底，全国特种设备总量达 1816.23 万 台。其 中：锅 炉 34.71 万 台、压 力 容器 469.49 万台、电梯 879.98 万台、起重机械 273.02万台、客运索道 1114 条、大型游乐设施 2.52 万台（套）、场（厂）内专用机动车辆 156.40 万台。另有：气瓶 2.02 亿只、压力管道 75.75 万公里（在册）。全国共有特种设备生产（含设计、制造、安装、改造、修理）和充装单位 75134 家，持有许可证 76141张，其中，设计单位 2742 家，持有许可证 2747 张；制造单位 16278 家，持有许可证 16783 张；安装改造修理单位 29061 家，持有许可证 29097 张；移动式压力容器及气瓶充装单位 27053 家，持有许可证 27514 张。1.2 特种设备事故情况截至 2021 年底，全国共发生特种设备事故和相关事故 110 起，死亡 99 人，与 2020 年相比，事故数量增加 3 起、增幅 2.80%，死亡人数减少 7 人、降幅6.60%。万台特种设备死亡人数为 0.08。其中，锅炉事故 5 起，死亡 6 人；压力容器事故 7 起，死亡 11人；气瓶事故 1 起，死亡 1 人；场（厂）内专用机动车辆事故 42 起，死亡 34 人；起重机械事故 29 起，死亡 30 人；电梯事故 23 起，死亡 17 人；大型游乐设施事故 2 起；客运索道事故 1 起。其中，场（厂）内专用机动车辆、起重机械和电梯事故占比较大，占事故总起数的 85.5%、死亡总人数的 81.8%。2 特种设备安全监管存在的问题2.1 生产使用单位安全管理水平低大多数企业不同程度地存在缺乏信息化管理意识、安全意识差等问题，个别单位甚至存在非法生产、非法使用、非法充装、无证上岗等现象，安全隐患排查治理和使用单位安全管理标准化创建工作任重道远。由于使用单位沿用传统管理模式，受主动报检意识不强、安全监察和检验力量不足等因素影响，全省特种设备定检率不高、检验不及时等问题比较严重。2.2 检验机构信息化建设落后此外，检验检测机构信息化建设还存在如下问题：一是总局无统一信息管理平台，无法与各省及地方数据实现有效数据交换，各地特种设备安全监管部门存在上报虚假数据的可能。二是无统一的信息数据标准4，由于我国信息化管理意识起步较晚，因此在特种设备数据上的信息化标准程度也较低，无法正常开展标准化作业，很多数据信息无法实现实时、无缝对接。三是检验系统与监察系统难以实现自由对接。一些地方安全监察5和检验检测部门仍是自行建立独立的信息化管理系统6，这使得两个数据库系统无法实现数据对接及共享7，给安全监察工作造成困扰。3 系统架构本文建议建立一套覆盖全国的特种设备智慧监管大数据平台8，全面融合特种设备安全监察、检验、行政执法、使用维保管理、社会监督等业务，将设备状态、检验检测、物联网监测、事故预警、巡回检查等节点信息列入监管范围，实现设备从告知到注销的全过程、全方位监管，以提升设备的运行安全。3.1 技术架构设计图 1 技术架构设计图依托政府云平台，在统一的云保障体系、标准规范体系、规章制度体系保障下，采用云端集中部署，省市县企及成员单位依权限全网应用模式，构建纵向从总局到省、市、县级特种设备安全监管部门，横向到检验机构，前端到企业，涵盖市场监管局、检验机构、企业、社会公众的一体化、集约化、开放包容的架构，同时针对已经建立特种设备信息化系统的，充分考虑对各地现有业务系统、原各部门信息化系统的一体化集成管理，做好数据融合的准备，以大数据资源中心为基础，做好各整合部门原有业务系统数据的采集融合，并充分利用大数据分析工具，从大数据分析层面出发，做好辅助决策支撑，促进业务创新。平台自下而上由硬件基础设施、大数据中心、应标准规范体系安全管理体系多终端接入平板电脑智能手机大屏PC接口业务大厅业务公众业务移动业务智能业务救援业务企业业务维保业务检验业务监察业务基础信息决策分析用户管理工作流程表单管理门户管理设置管理调度监控统计报表数据接口资源目录数据加工数据标准数据资源数据扩展数据服务综合集成大数据中心基础业务数据库大数据主题分析库硬件基础设施基础信息服务器 存储 网络 安全设备物联网终端影音设备 GPS 芯片 传感器 智能终端972023 年4月特种设备智慧监管大数据平台的研究与实现用支撑平台、应用中心、终端服务组成。硬件基础设施：本层依托省政务云系统，包括云服务器、网络、安全等设施和物联网终端。大数据中心：本层主要内容为数据库和存储服务，包括基础业务库和大数据主题分析库等。不只是对数据的存储，还包括对特种设备相关的待建及原有业务系统的数据采集、整合、梳理。应用支撑平台：包括用户管理、工作流、表单、门户管理、设置中心、调度监控、数据接口、报表管理。搭建统一的集成平台，通过提供组件化功能和服务来实现各系统的快速集成，以及实现统一认证、统一登录。应用中心：主要包括决策分析系统、特种设备基础信息系统、特种设备监察业务系统、特种设备检验业务系统、维保业务系统、使用单位业务系统、特种设备应急救援接口、物联网监测系统、燃煤锅炉系统、移动应用软件、公众查询系统（web 和公众号模式）、网上大厅业务系统。依托大数据资源中心的数据支撑和支撑平台的技术支撑，快速实现业务的集成、新建和创新。终端服务：系统整体框架支持 PC、PAD、手机、大屏等多种终端设备的接入，并支持国家、省、市、县四级监管用户及各级检验机构成员用户、企业用户以及社会群众的访问使用。3.2 架构设计特种设备智能监管大数据平台的建设，既涉及总局特种设备局、省局特种设备局、检验机构、企业、社会公众等服务对象，也涉及省市县企业各级各类平台，以及应用系统、数据库、网络、灾备等各方面技术，需合理部署。原则上，国家、省、市、县各级平台以及成员单位、企业等各类门户采用集约化管理，国家级平台统一管理软件和核心数据，支持省、市、县各级平台以及成员单位、企业等各类门户的虚拟部署（虚拟部署基于虚拟基础资源库实现）。同时，支持省、市、县各级平台以及成员单位、企业等各类门户的物理总体架构采用分布式、服务化思路，每一部分都是独立的服务，基于独立的服务资源池构建上层轻应用，但所有的组件服务应用都在统一的管理之下。4 功能模块需求4.1 决策分析体系建设的要求该系统运用大数据、云计算技术和原理，借助商业智能 BI 技术对各业务工作平台的数据进行提取、转换、清晰和呈现，并使用易于领导和管理人员直观理解的表格和图表等表达方式展现数据有用价值，辅助决策和执法检查。大数据系统能对整个大数据平台进行数据汇总并对信息进行查询与展示，为相关管理人员提供辅助决策功能，实现对各个地市现有特种设备的信息实时监控和数据统计。同时，对现有业务进行接口的汇接，提供统一的接口规范和标准，并对外开发相关接口，供第三方接入数据和相关数据查询。另外，对现有数据进行规范地数据存储和整合。该系统主要通过特种设备数量分析、检验数据超期分析、检验报告不合格分析、重点监控设备分析、风险隐患分析、事故隐患分析、维保质量分析等，采用同类对比和综合评估等方式，对各类特种设备进行集群划分，并评价不同集群的综合表现，制定不同的监管方式或频次，更进一步可挖掘造成集群表现不佳的客观原因，从而提升特种设备安全监管水平。4.2 特种设备基础数据应用的要求建立包含设备信息、单位信息、人员信息的基础信息数据库。在确保数据唯一性的条件下，建立信息关联，即：检验与监察信息有机融合，隐患、设备、业务、单位、人员信息有机融合，特种设备监察、检验与GIS信息有机融合，形成江西特种设备数据基础信息系统，实现全国范围内的锅炉、压力容器、电梯、起重机械、场（厂）内机动车辆、大型游乐设施、压力管道、客运索道及气瓶的分类管理、预警提醒、隐患管理，矢量地图展示设备分布以及多种批量修改，方便用户进行操作。4.3 安全监察业务数据应用的要求该系统提供特种设备在安全监察环节中所涉及业务的信息化功能，包含设备从告知到注册登记、监督抽查等的业务流程全过程记录。其间，基于企业的风险等级、信用评级、行政执法、投诉举报、监督抽查及上年度监督检查情况等相关信息智能生成辖区内每家企业的检查频次，并根据企业的检查频次和辖区监管力量情况、企业地理位置分布、企业经营情况、企业所属辖区、证照有效期等信息，由系统自动制定基层监管人，监管单位，国家、省、市局及区县局全年的监督检查任务。同时，年度的检查任务可以逐步细分成季度、月度、日度的检查任务，最终智能地为检查人员安排每天的检查工作。比如相同类型、地理位982023 年第 2 期（总第 166 期）置相近的企业，系统会智能安排在同一天进行检查并自动规划最短的路线，以方便监管人员，提高监管效能；针对辖区新增企业或未完成的任务，智能排程系统会定期自动更新任务，对计划进行重新编排；系统还提供对任务的实时跟踪和每天检查数据的实时汇总统计，方便实时查看计划完成情况，以及查看具体检查的企业情况，自动汇总生成月度、季度、年度检查报告。4.4 检验检测业务数据应用的要求检验检测业务数据应用主要覆盖特种设备检验机构的特种设备检验检测管理全流程，提供特种设备在检验环节所涉及业务的信息化功能，包含报检受理、流转、报告录入、审核、生成报告等功能，能实现设备报检到检验报告归档的全过程记录，以及实现检验工作无纸化办公。系统包含检验业务模块和检验 APP 模块。检验业务模块包含报检受理、流转、原始记录录入、校对、审核、核准、报告生产等流程，同时包含缴费查询、数据统计等子模块；检验 APP 模块主要提供检验人员在现场检验中所涉及业务的信息化功能，包含检验原始记录现场采集、单位信息核实、作业人员信息核实、原始记录生成报告、原始记录打印、检验过程视频监控、照片采集，以及经纬度、海拔数据采集，使用单位现场原笔迹签名确认等功能。系统能使检验业务实现完整的在线业务流程，满足全国各级检验部门的检验业务需求。4.5 企业业务数据应用的要求该系统主要覆盖特种设备在使用环节中所涉及的业务信息化功能，包含特种设备在使用环节中所涉及监察、检验、维保、应急救援等业务的设备信息、档案信息、合同信息。该系统能同时实现面向社会公众进行信息的公开公示，通过公共目录服务系统对数据进行整理、转换、审核，从智慧监管大数据平台中抽取出特种设备相关企业及关键从业人员的申报审批、日常监管、行政执法、监督抽查、检验检测等信息，面向网站、微信号等服务渠道进行信息的公开公示。此外，还要建设质监特种设备网上政务服务应用。推进“互联网+质监”政务服务行动，以政府网站为服务主渠道，充分利用移动 APP、微信公众号等新媒体，建立线上服务与线下服务相结合的新型政务服务模式，实现质监政务服务一体化供给、一站式办理。建立办事服务事项的动态维护机制，实现办事服务事项全程网上办理，搭建“一站式服务”平台，构建起全局统一、方便有效的“网上大厅”。4.6 特种设备应急救援应用的要求该系统通过物联网系统进行数据采集，以 internet网络为数据传输通道，服务于特种设备的应急救援，拥有调度派单、电话呼叫中心、信息管理、系统管理等功能模块。应急救援平台以电梯物联网数据为基础，后期成熟运行后再延伸到其他设备领域。其间，主要通过建立三级救援体系，如救援响应体系、救援工作网点、救援工作管理来为电梯应急救援提供服务。以物联网技术和互联网技术为支持，以汇集电梯设备信息资源为基础，统一规划、分阶段实施。基本功能应涵盖应急救援、设备动态监管、信息共享、数据评估分析等方面，实现对电梯设备的精确化应急管理、集中化数据汇总到大数据平台、对电梯智能化管理、对各应急救援单位的网络化业务处理、对监管部门的监管工作，提升有效性、实时性。该平台的主要业务流程是当电梯出现故障时，通过被困人员的呼救或是物联网智能监控系统的报警，由应急救援平台制定最佳指派单位的方案展开救援。同时迅速让空闲座席接警，通过大数据平台定位故障电梯位置，救援座席指派救援单位进行救援。救援单位实时推送动态到大数据平台，从而使救援平台可以获取救援单位的实时状态与救援状态。4.7 特种设备智能传感技术应用的要求实现特种设备的智能传感技术要求，主要采用物联网监测系统，本文仍以电梯为例，该系统主要通过采集特种设备在使用或运行环节中的设备信息来实现设备状态的监控功能，其中，平台主要采集设备基本信息和设备运行信息，采集的信息数据统一存储到大数据平台，为特种设备应急救援接口提供故障信息来源及为大数据分析系统提供故障数据。由于目前电梯品牌繁多，各大电梯厂家采用的通信标准不统一，因此可以选择使用三种电梯故障信息采集模式：电梯主板直采方式、互感传感器、外装传感器采集故障状态。电梯主板直采：通过与电梯厂家的联合，让其开放相关电梯故障信息参数。电梯采集器直接从电梯控制主板的 RS485 接口获取相关故障信息通过串口发送992023 年4月特种设备智慧监管大数据平台的研究与实现到前端屏幕设备上传到服务器。这种模式安装最为简便，获取信息量丰富、真实。互感传感器：在通过互感传感器读取电梯安全回路的相关电流电压状态来进行分析后，得出相关故障输出信号，并由专用匣子处理后上传到服务器。这种模式安装简便，获取信息量多且能真实还原电梯运行状态。而且这种模式的传感采集可以不接入相关电器系统，只做旁路监测分析的工作，对电梯不存在运行影响。传感器：通过在电梯上安装相关传感器采集电梯的运行状态，并由传感器匣子通过相关故障策略来判断电梯的故障状况，再通过专用匣子发送到服务器。这种模式安装比较复杂，获取信息相对较少，只能做简单的数据分析及故障获取。以上 3 种采集模式，并不对电梯电器线路产生任何控制作用，因此实现了与电梯的安全隔离。4.8 数据接口数据的要求为适应不同省份的数据交换接口的统一管理，需要对接口进行统一的规范。接口的标准化有利于特种设备智能监管大数据平台开发和维护，降低系统开发和维护的成本，避免出现因为标准不统一而导致的系统互联互通不畅、共享程度低的情况，同时保证整个系统的各个不同应用系统开发的 webService 具有良好的互操作性。数据类型及格式是数据项的所有允许取值的数据类型以及格式的表达。DB44/T.6 有关数据类型及字符长度的表示格式适用于本部分，见下表。表 1 数据类型及格式表示字符含义（数据类型）说明C字符型可以包括字母字符、数字字符或汉字等在内的任意字符N数值型通过从“0”到“9”数字形式表达的值的类型D8日期型如 YYYYMMDD 格式的日期表示D14日期时间型如 YYYYMMDDhhmmss 格式的日期时间表示B二进制其最大长度为 8000 个字节数据格式采用以下几种形式：字符型 C 后加一数字表示定长格式。示例：C6 表示一个 6 位定长的字符。字符型 C 后加“x.y”表示从最小 x 到最大长度为 y 的字符，当不约束最小长度时，可以省略 x，表示为“.y”。示例：C3.10 表示最短 3 位、最长 10 位的字符型格式。C.10 表示最长 10 位的字符型格式。数值型 N 后加“x,y”表示小数位，x 表示数字总位数，y 表示小数点后数字位数。示例：N.15,2 是一个最长 15 位、小数点后 2 位的一个数值。5 结论随着我国经济快速发展，特种设备数量不断增多，日益扩大的人机比例给特种设备监管工作带来了严峻的挑战，加之各地信息化建设水平不一，各信息化系统之间存在严重的信息孤岛，因此极大地影响了特种设备监管效率。为加强设备监管，防止和减少事故，保障人民群众生命财产安全，促进经济发展，急需建立一套信息化系统，全面提升设备监管效率，保障特种设备健康高效发展。参考文献1 强克坤.特种设备大数据应用与智慧监管建设分析J.电脑校园，2020（4）：327-328.2 张宏亮，蔡延彬，黄柳元，等.特种设备大数据应用与智慧监管建设的思考J.机电信息，2021（27）：39-41，44.3 吴文祥，岑果，陈少雄，等.电梯大数据决策分析系统的设计及应用J.中国电梯，2021，32（6）：16-21.4 梁运就，黄晓彬，张宏亮.特种设备检验机构数据资产管理方案研究J.中国特种设备安全，2022，38（3）：24-28，65.5 朱益华.大数据背景下特种设备安全监察新思维J.中国市场监管研究，2017（8）：55-57.6 杨旭霞.大数据时代特种设备安全管理创新研究J.中国设备工程，2020（10）：81-83.7 杨静，张莉君.基于特种设备多源大数据的数据质量评价方法研究J.中国电梯，2019，30（18）：36-37.8 王建明.特种设备大数据分析平台的设计与实现J.信息系统工程，2021（4）：88-89.