基于互联网的煤样流转控制技术及其应用.pdf

第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读陈海林，刘旭东，康菲，等 基于互联网的煤样流转控制技术及其应用 煤质技术，（）：，（）：基于互联网的煤样流转控制技术及其应用陈海林，刘旭东，康 菲，房立冬，王桂影，魏海龙，徐大伟，安秋鸽（中国检验认证集团河北有限公司，河北 石家庄）摘 要：为增加检测过程中的安全性和保密性，需研发基于互联网技术的煤样流转控制系统以优化业务管理流程。介绍 种集成实验室信息管理软件，研究建立更为安全、智能化的基于互联网技术且适用于煤炭检测样品流转全过程管理的系统，即利用 射频识别技术实现在系统中对样品的信息加密、流转跟踪以及关键信息获取。从总体设计思路、实现目标、系统集成关系等方面阐述煤样流转控制系统总体框架，结合工作流设计与日志管理剖析系统架构设计，基于样品信息管理系统的主要功能通过对样品桶的设计与开发、信息传输加密技术从而达到煤样流转控制系统的技术实现，并针对样品信息的安全保证、基于角色的访问控制、移动轨迹的实时控制及回放查询、样品桶锁的状态反馈功能和使用记录查询功能对系统安全性能进行探讨。为实现该系统样品流转过程的样品身份的唯一识别，研制用于煤样运输的智能样品盛放装置兼具信息传输和监控功能，可确保样品按照预定时间和路线运输并有专人操控样品运输装置。基于互联网的样品流转控制技术和样品桶的研发，将互联网技术和标准 系统有效结合，从而实现权限、电子围栏、轨迹等有机结合。对整个过程全方位的实时监控及信息查询可有效控制煤样流转过程的风险，实现样品状态数据的溯源并增加检测结果的可靠性。关键词：煤样流转控制技术；互联网技术；智能化；样品信息管理系统；样品桶；电子围栏；信息传输加密技术中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：责任编辑：何毅聪 ：作者简介：陈海林（），男，河北唐山人，工程师，主要研究方向为煤质研究。：，（，）：，煤 质 技 术 年第 卷，：；引 言煤炭企业是我国经济的重要支柱，煤炭质量是煤炭企业发展的基础。煤炭检测为企业提供准确可信赖的煤炭质量报告是煤炭检测机构的核心工作内容。为了提高煤炭检测质量，我国煤质检测技术和管理技术不断更新，如开滦集团提出基于局域网的检测信息管理系统开发，西安科技大学完成了企业内部各部门之间的信息流转系统，随之可使用 技术实现采样技术，智能化、标准化的全过程管理系统被应用于煤炭检测行业，煤炭检测行业现已实现采制化一体的无纸化办公系统。相对煤炭制备和化验，煤炭采样及样品运输过程中存在样品实时状态监管困难、人员操作溯源能力弱等问题，已成为煤检发展须解决的问题。用于物联网与车联网平台并利用电子围栏和北斗定位技术的 种监控方式在生活中广泛应用，高精度的定位系统和远程监控技术在我国电力和信息行业迅速发展。将基于以上技术的煤样流转系统应用于煤炭检测采样运输工程，可实现远程与实时监控、操作信息监管与溯源，同时将该系统对接 控制系统，进而实现企业内各部门一体化办公。煤炭检验工作需经历客户委托、缴费、任务下达、样品交接、实验室检验检测、弃样处理、检测结果报告发出和归档、统计报表等环节。为提高检测过程中的安全性和保密性，在已有研究成果基础上，笔者提出基于互联网技术的煤样流转控制系统研发项目，以优化业务管理流程。建立基于互联网平台具有煤样信息加密、煤样交接、煤样监控、煤样分样、煤样流转等功能的管理系统，并研发适用智能型设备，对样品状态和采样信息进行收集和记录，加密处理样品，同时动态监控样品流转过程，结束后汇总所有信息以备被授权人查阅，从而可提高效率以及杜绝人为干扰因素。煤样流转控制系统总体框架概述 设计思路在充分调研煤炭检测样品流转业务的基础上，集成实验室信息管理软件相关业务功能，建设基于互联网运行的样品流转保密及在线监控平台。通过开发建设专业信息化管理系统和研制专用样品存放装置，实现对样品的采样、送样、收样过程的跟踪管理，采集每一步操作的相关信息，强化样品运输的保密管理，提升质量溯源能力。样品管理系统总体框架如图 所示。通过实施样品流转信息管理平台，打造 个满足煤炭产品线上被检样品在线交接与管控平台，同时配套使用智能样品桶实现样品运输管理的流程化、标准化、业务覆盖全面化、信息共享高效化的信息化建设。煤样流转系统由样品管理信息系统、智能样品桶装置 个部分组成。信息管理平台主要针对业务数据管理（采样计划、样品信息、样品桶流转信息）、实验室信息管理系统接口及样品桶管控，包括 端系统和移动端系统（）；智能样品桶是利用 射频识别技术以实现随时随地采集样品信息（位置与作业信息），实现样品在存入、运输、取出、制样、化验过程中的电子身份证识别。第 期陈海林等：基于互联网的煤样流转控制技术及其应用图 煤样流转管理系统总体框架 煤样流转整体系统利用互联技术、通讯技术、电子芯片，实现以中国检验认证集团煤炭检测室为中心、以客户为工作站的协同作业模式，以蓝牙和北斗定位技术实现样品的权限管理和运行轨迹跟踪，以工作流为驱动进行检测过程信息记录。技术要点通过煤样流转控制系统研发成果的应用，解决现有样品管理过程中运送、交接、存储与溯源等方面管理问题，改变传统实验室样品管理模式，使实验室样品在流转交接过程中不混淆、不丢失，始终处于受控状态，实现样品在接收、流转、存储、分析、统计等各个环节达到智能化、可视化、可追溯的闭环管理目标，以便更好地服务客户。具体目标包括建设 个共享平台，能满足煤炭产品线信息化水平不同的实验室信息系统接入，解决其样品流转的实际需求；通过移动管理系统实现现场采样的信息填写、影像记录、及样品信息源头加密；样品运输电子围栏管理可实现样品的存取操作和运输路线的轨迹管理和敏感区域预警；样品运输全程加密和轨迹跟踪，通过技术手段强制约束样品交接的人员、地点、时间等。煤样流转控制系统基于互联网部署方式设计研发。系统具备开放性，既能满足已实施实验室信息管理系统的检测机构在线数据交互的需求，同时也可不依赖实验室信息管理系统独立运行，实现对样品运送、交接、存储过程的在线监管。系统流转部分以接口内容和实现方式为主要内容。接口部分主要设计 个标准接口，实现与实验室信息管理系统或其他业务系统对接，接口调用过程如图 所示，首先是采样任务信息推送接口程序，进行信息录入收集，其次是样品状态信息及流转信息回传各单位实验室信息管理系统接口程序，备份、监管样品信息，最后系统设有预警信息的推送管理接口程序，以备突发情况处理。图 接口调用图 为实现解决信息保密管理技术问题，接口程序为访问者提供统一的 作为唯一访问入口，参数中指定具体接口标识和接口参数，其优点包括提升接口规范性、效率及管理能力，即由平台分配的接口调用方标识、令牌用于生产签名，根据调用方标识进行接口权限和限制控制。总体框架煤样流转控制系统紧密结合检测行业信息化建设当前需求，以“大平台、微应用”为导向，采用云原生、微服务架构建设样品管理系统，实现与“云、大、物、移、智”新技术融合创新，保证样品管理系统具备可长期持续运营级别的稳定性和高性能性，其符合中检集团信息化规划要求，可提供内容丰富且符合业界主流发展趋势的业务功能和丰富的扩展接口，具备较强的兼容性和集成能力，流转系统基础构架图如图 所示。基于图 设计的基础框架自主设计开发工作流引擎，用于设置管理权限、灵活授权，并支持多端方式审批，实现数据全面同步，还可以自定义业务流程、自定义角色和权限等，以满足不同实验室自定义流程的管理需求。系统内日志包括系统日志、应用程序日志和安煤 质 技 术 年第 卷图 流转系统基础构架 全日志。所有日志均包含时间戳、主机名、使用者及操作行为等相关的记录，系统运维和开发人员可通过日志了解服务器软、硬件信息，检查配置过程中的错误及错误发生的原因，并可通过分析日志了解服务器的负荷及安全问题，及时处理问题、追踪溯源。煤样流转控制系统的技术实现 样品信息管理系统依照煤样采集移动端系统处理样品信息，当煤样放入样品桶，手动按上桶盖实现机械锁上锁。机械上锁后，操作人员使用掌上电脑或手机 扫描二维码（或 芯片），在 上单击【上锁】按钮，实现样品系统锁定。上锁同时更新芯片记录的桶状态，并与移动系统采样模块对接，在系统内录入采样的垛位、时间点、吨数等样品采集信息。在系统定位模块的监控下，样品桶运输至指定地点。由操作人员使用手机 扫描样品桶的二维码（或 芯片），单击【解锁】按钮打开样品桶。同时与中检河北实验室信息管理平台系统（）对接，向制样工作人员传递制样所需的相关信息。在制样完成时向实验室化验人员传递化验所需信息，最后该系统与集团系统有机结合实现数据传递。其数据传递过程如下：（）实验室信息管理系统依据委托信息生成采样任务通知单，通过接口程序上传至样品信息系统任务池中；（）采样人员 程序获取分配给自己的任务，接收任务和记录采样过程；（）煤样桶装入煤样后，手持机扫描样品的 电子标签实现样品信息管理和上锁操作；（）样品到达制样室，使用手持式 手机读写器扫描电子封签，根据 查询采样编号，分组（区域）存放；（）接口程序获取待制样数据（样品随机码、区域编号、袋数、接样时间）和检测任务，完成样品交接工作。在样品信息管理系统中搭建煤炭品质检验样品流转管理平台，整合现有实验室信息管理软件功能，建立具有煤样信息加密、煤样交接、煤样监控、煤样分样、煤样流转等功能的互联网平台和配套智能设备研发工程，实现信息的交互和对业务的动态监管，其业务功能分布情况如图 所示，样品管理系统完成后的功能包含业务受理、样品存取（移动端）、样品桶管理、样品管理、电子围栏等功能。在业务受理模块主要包括样品信息、样品类型、子样数、检测项目、样品接收时间、要求化验日期等。业务发起功能模块，数据来源包含 种方式分别为实验室信息管理系统（）和录入方式填报。样品桶管理模块包括样品桶的注册、样品桶运行轨迹、样品桶使用日志、样品桶状态查询以及全部样品桶的 在线监控平台等功能模块。实现样品桶的使用情况、运行情况的全生命周期管理，样品桶实时监控情况如图 所示。样品管理模块中整体展示了样品流转全过程如图 所示，整体过程中系统可依据样品维度查看信息，包括采样过程、存取和运输过程中人员、样品桶、时间等关键信息，以确定样品动态监管和完成后的溯源查询。第 期陈海林等：基于互联网的煤样流转控制技术及其应用图 样品信息管理系统功能架构 图 样品桶监控中心 图 煤样流转过程 电子围栏技术主要在于电子围栏管控区域的设定和控制，如图 中显示电子围栏管控区域包括样品采制交接作业点、敏感区域和样品运输路线等场所，基于样品桶的 定位可以准确的记录，样品进、出相关区域的具体时间和停留时间。电子围栏此一功能可有效地对所属样品进行管控，防止样品的非正常运输和样品桶的开启。最后一部分是移动应用，样品信息管理系统通过移动端应用实现利用射频识别、二维码、摄像头、传感器、移动互联网等感知、捕获的技术手段，随时随地对样品进行信息采集和获取。通过共享电子锁实现样品的存入、运输、取出、制样、化验过程的电子身份加密，同时实现以样品流转为主线，相关系统及工作站协同的作业模式。样品桶的设计与开发样品桶是自主设计的、适用于煤样存储和转运的样品盛放容器。桶体采用不锈钢材质，桶盖采用尼龙材质设计。搭配自主设计研发的低功耗锁控制煤 质 技 术 年第 卷图 电子围栏管控范围示意 器，可实现在线状态监管和无线远程开锁，实时获取控制板全球坐标。使用低功耗技术，省电节能，非常适用于对坐标和运动轨迹敏感的样品的运输。智能样品桶整体设计包括结构、原理、功能参数等方面的技术设计点。样品桶内部构造主要有主控制单元、北斗 定位模块、无线移动通信模块、电子锁装置、电池、充电管理模块等。集成 北斗 多重定位功能，避免盲区，实时监控样品位置，定位精度小于 。容积大于 ，满足人工采样和机械采样时样量盛放要求。样品桶的工作原理由主控制单元通过无线移动通信模块与后台管理系统进行连接，把从定位模块获取的位置信息发送给后台管理系统，后台系统标识成功后通过通信模块向主控制单元发送解锁指令。接收到后台发送的电子锁开、关状态信息后开启电子锁的控制插销开锁成功，当用户使用完成后锁桶时，会触发电子控制模块的锁桶控制开关，然后主控制器通过无线移动通信模块通知后台管理系统锁桶，确认成功后标记样品桶的当前状态。样品桶的工作流程如图 所示。图 样品桶工作流程 智能样品桶参数使用射频识别技术获得，射频识别码相当于样品桶的身份证，它包括样品桶编号、定位、请求解锁动作等内容。如图 中所示手机 远程向云端服务器请求样品桶进行识别，确认之后发送开锁命令，指定编号发送指令。手机 监控样品桶电池电量，平台具备电量预警功能，确保样品桶使用过程中无断电情况发生。煤样流转系统和智能样品桶的结合使用煤样流转系统是样品信息管理系统和智能样品桶共同使用的 个管理系统，该系统的使用可避免当前使用的采样、流转过程中的一些问题。现阶段采样、流转过程中分为以下步骤，样品采取、样品贴标、样品运输、制样室接收 步。此一部分样品编号承载着样品所有信息的传递功能，采用显性记录是公开信息，一旦泄露，封样（盲样管理）将失去意义，不利于检测公正性，存在廉政安全风险。煤样流转系统为采样、流转过程提供 种煤炭样品信息不被泄露的保障，还将样品流转便捷化。其中涉及的样品送检管理及装置的技术解决方案，是 种专门适用于煤炭检验，能够实现煤样信息加密流转、隐藏信息现场获取样本、运输轨迹实时监控的基于物联网技术的智能加密取样送检系统及方法。其步骤如图 所示。图 采送样加密示意 图 中的采样人员可通过移动终端与管控平台相连接，以获取由管控平台下达的采样任务单。样品装入桶后信息填写、样品桶上锁等操作须在规定的电子围栏内由具备权限的人员完成，上锁以后的第 期陈海林等：基于互联网的煤样流转控制技术及其应用样品桶不能二次打开和获取任何关于样品信息的资料，以此达到实现加密的目的，即在样品运输过程中全程加密并在线记录运行轨迹。样品到达制样场所，系统自动定位电子围栏信息，只有具备响应权限的人员账号方可扫描以获得样品归批信息和开启样品桶操作，进而实现制样过程信息加密，从而完全实现盲样检测。信息传输加密技术要求煤样流转控制系统安全登记要求满足国家信息安全等级保护制度（二级）相关要求包含技术要求和管理要求。技术要求包含物理安全、网络安全、主机安全、应用安全及数据安全及备份恢复，管理要求则包含安全管理机构、安全管理制度、人员安全管理、系统建设管理、系统运维管理。为满足该要求，系统通过建立访问终端白名单制，须通过认证的移动终端具有访问权限，在煤样桶与服务端通讯，部署 服务器。是 个基于客户端服务器的消息发布 订阅传输协议，对数据传输采用 算法加密，权限验证采用单向加密方式，其他业务数据交互采用双向对称性加密算法。煤样流转控制系统安全性能探讨 样品信息的安全保证该系统从源头上控制样品信息录入情况，保证样品信息的安全。任意 个对应样品信息的电子标签，必须经管理人员在系统终端进行录入操作，后续操作人员才能将其领用作为某一样品的唯一标识。此一标识贯穿于整个样品检测过程，不同岗位的工作人员使用 扫码所得信息仅为工作岗位所需的，权限允许范围呢信息。整个过程即确保了样品识别码不可替换的唯一性，又将各个岗位所得信息完美区分，实现了样品信息的保密性。基于角色的访问控制使用软件是煤样流转程序及整个系统中十分关键的工具，保证 的安全性已成为目前的关注重点。针对此种情况，系统不仅需对注册进行限制且还应对已注册的人员进行角色分控。首先，煤样流转程序仅可扫描固定二维码下载，安装后的程序不支持个人注册，只有当管理员将个人资料录入系统后才能登录流转系统，可登录人员名单即为系统白名单。其次在系统内，基于系统使用权限可添加多个角色，管理员分别为不同的角色赋予限定的权限。将该程序的使用人员依据岗位需要分别添加为对应角色的用户，因而只有被列入系统白名单，才能查看或操作系统内对应角色的权限或者功能，从而确保样品的安全性和保密性。移动轨迹的实时控制及回放查询因为样品桶被植入蓝牙模块、北斗定位模块以及电源模块，所以既可在过程中实时在线监控煤样状态及运行轨迹，又可在过程完成后对运行轨迹进行回放查询。在样品轨迹实时监控步骤，系统设有电子围栏，可预先设置预运行轨迹，当样品位置离开既定位置时，系统会发出警报，提醒样品状态，以便管理人员及时进行检查。样品桶锁状态反馈功能和使用记录查询功能样品桶的锁具有双重保险。当样品放入后可手动按上盖实现机械锁上锁，然后由工作人员使用手机 扫描样品桶二维码（或 芯片）单击上锁，实现样品电子锁定；一旦样品被电子锁定后，除在规定地点或有权限人员以外则不可二次打开和获取样品信息。系统操作版面有上锁状态的提示信息，成功上锁后相应样品桶的指示灯显示绿色，反之显示红色。当样品每次放入、上锁和开锁、取出时，系统均会同步更新芯片记录的桶信息和样品信息。此部分信息即可实时监控又可在过程完成后进行查询，从而保障样品的安全性。结 语以上详细介绍基于互联网的煤样流转控制系统设计开发、技术实现、现场应用及使用中的要求和技术保密问题。煤样流转控制系统包含样品信息管理系统和设计开发的智能样品桶，在煤炭检测中共同使用完成采样及采样后流转过程的动态监控、数据溯源、数据汇总、信息保密等多项工作。将互联网技术和标准 系统有机结合，可实现权限、电子围栏、轨迹等结合，从而完善标准 系统，进而可实现“检测业务”和“人、机、环”全面管理，推动煤炭检验行业进一步系统化、智能化发展。检测行业以可信性作为发展的基础，对检测结果的准确性、检测信息的可靠性不断提高要求。检测行业对智能性可随时监控、管理，并可对进行溯源查询的系统和设施不断提出要求，即煤样流转控制技术在实际应用中可不断被更新和完善。参考文献（）：赵琰 煤炭检测实验室 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