分析了大數(shù)據(jù)在行業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出其在起重機(jī)監(jiān)管領(lǐng)域應(yīng)用的不足，接著論述了基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機(jī)安全監(jiān)管平臺的組成架構(gòu)，并從數(shù)據(jù)來源、現(xiàn)場采集技術(shù)、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘方法、多類型用戶平臺架構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)等角度分析了該平臺建設(shè)的難點(diǎn)，闡述了建設(shè)起重機(jī)安全監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺的現(xiàn)實(shí)意義。

起重機(jī)械屬于特種設(shè)備的一種，對其的常規(guī)性檢驗(yàn)包括使用單位的自行檢查和法定檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的周期性檢驗(yàn)兩類，安全監(jiān)督管理則是由地方各級人民政府負(fù)責(zé)特種設(shè)備安全監(jiān)督管理的部門負(fù)責(zé)本行政區(qū)域內(nèi)起重機(jī)械的監(jiān)督管理職責(zé)。對起重機(jī)的維保在相關(guān)法規(guī)中并未規(guī)定需由取得資質(zhì)的單位進(jìn)行，故大部分起重機(jī)使用單位采取了自行維保的方式，維保方式包括周期性的預(yù)防性維護(hù)和發(fā)生事故后的恢復(fù)性維護(hù)兩類。此種類型的起重機(jī)械日常維保和檢查方式造成了在用起重機(jī)械的健康程度普遍不高。

針對這一情況，質(zhì)檢總局在《大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案》中，要求有條件的單位可根據(jù)具體情況和工作需要，逐步建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起重機(jī)械安全監(jiān)控管理的局域監(jiān)控平臺和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。在2016 年發(fā)布實(shí)施的TSG Q7015—2016《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》和TSG Q7016—2016《起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》中，針對超過一定額定起重量的大型起重機(jī)，作出了需要安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)定。但其功能要求僅是依據(jù)GB/T 28264—2017《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的內(nèi)容，其中并未對監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)提出任何要求。起重機(jī)械安全監(jiān)控管理的局域監(jiān)控平臺和遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺在各地區(qū)都并未真正建立起來。

1 大數(shù)據(jù)的行業(yè)監(jiān)管應(yīng)用

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)已不僅僅是局限于計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域中的數(shù)值形式，工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、日常生活、氣溫氣象等各行業(yè)各種維度的信息收集與研究促使信息技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了爆炸式的發(fā)展， 進(jìn)而產(chǎn)生了近年來學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的熱點(diǎn)問題——大數(shù)據(jù)。在2015 年5 月全球大數(shù)據(jù)時(shí)代貴陽峰會上，中國政府表示將大數(shù)據(jù)上升到國家戰(zhàn)略高度，積極籌備指定國際大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略與發(fā)展計(jì)劃。大數(shù)據(jù)資源已被認(rèn)為是與自然資源、人力資源同樣重要的戰(zhàn)略資源，包含了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，數(shù)據(jù)為王的大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來臨。目前大數(shù)據(jù)技術(shù)在質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)察、運(yùn)政管理等行業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域都已有一定的應(yīng)用案例。

在質(zhì)監(jiān)領(lǐng)域，國家質(zhì)檢總局2014 年聯(lián)合工信部、發(fā)改委實(shí)施“國家特種設(shè)備安全監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程”，該項(xiàng)目選取部分省市地區(qū)為試點(diǎn)，依托物聯(lián)網(wǎng)、電子認(rèn)證和云計(jì)算等成熟技術(shù)，以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為規(guī)范，以數(shù)據(jù)單向采集、多方校驗(yàn)為數(shù)據(jù)唯一性和可追溯的保障，初步建成以電梯和氣瓶為對象的特種設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)示范工程。以動態(tài)管理和追溯為目標(biāo)，督促各方監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)單位(制造、安裝改造維修、保養(yǎng)、充裝、運(yùn)輸)、運(yùn)行狀態(tài)、從業(yè)人員、檢驗(yàn)質(zhì)量、能耗淘汰、應(yīng)急處置、產(chǎn)品追溯、杜絕假冒、報(bào)廢管理等多項(xiàng)內(nèi)容的適時(shí)、動態(tài)監(jiān)控和預(yù)警，為政府決策、社會管理、行業(yè)規(guī)范、企業(yè)自律、公眾了解提供充分的信息基礎(chǔ)，創(chuàng)新監(jiān)管模式，帶動電梯和氣瓶產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，提升公共安全防范處置能力，加快公共安全保障體系的建設(shè)和完善。

在環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域，2013 年國家環(huán)保部聯(lián)合工信部、發(fā)改委開展了基于物聯(lián)網(wǎng)的“智慧環(huán)保”工程。在無錫開展的項(xiàng)目示范已接近尾聲, 項(xiàng)目完成了“一平臺、一中心、四標(biāo)準(zhǔn)、二十四應(yīng)用”的開發(fā)。所構(gòu)建的在線監(jiān)控平臺運(yùn)用了空間網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理編碼技術(shù)，將移動信息化技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法中。通過與現(xiàn)有的審批系統(tǒng)、行政處罰、排污收費(fèi)、環(huán)境信訪、監(jiān)測數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污申報(bào)等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對污染源基礎(chǔ)信息庫、自動監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫、歷史執(zhí)法信息數(shù)據(jù)庫等的快捷訪問。

在運(yùn)政監(jiān)管領(lǐng)域，寧波市運(yùn)管部門2016 年推出的集裝箱行業(yè)監(jiān)管服務(wù)平臺，將該市所有的集裝箱運(yùn)輸行業(yè)企業(yè)、車輛、人員等監(jiān)管和服務(wù)工作都集中在這個平臺上。通過已獲取數(shù)據(jù)(如集裝箱輸運(yùn)數(shù)量、GPS 平均里程統(tǒng)計(jì)分析、集裝箱提空箱進(jìn)碼頭平均時(shí)間統(tǒng)計(jì)等)來分析行業(yè)的景氣程度，為行業(yè)決策部門提供數(shù)據(jù)，支撐行業(yè)規(guī)劃決策，同時(shí)能優(yōu)化港口、貨代、堆場、運(yùn)輸企業(yè)之間集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程，推進(jìn)港區(qū)、堆場間雙重運(yùn)輸，通過該平臺大大提升集裝箱物流鏈服務(wù)水平。

在起重機(jī)領(lǐng)域，近年來，已有部分起重機(jī)械制造企業(yè)關(guān)注到物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，并已在各自企業(yè)內(nèi)進(jìn)行了一定程度的應(yīng)用嘗試。如三一重工已經(jīng)在該公司生產(chǎn)的設(shè)備上增加了通信功能，目前已經(jīng)有超過10萬臺設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與三一企業(yè)控制中心及快速反應(yīng)團(tuán)隊(duì)連接。企業(yè)控制中心可遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并基于工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，有針對性地提供維修等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)型制造。徐工集團(tuán)成立了國內(nèi)首家工程機(jī)械物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研發(fā)中心，客戶通過手機(jī)可以隨時(shí)隨地查看設(shè)備的地理位置、工作時(shí)間、歷史軌跡、當(dāng)天油耗、健康狀況、保養(yǎng)提醒等信息。近期又打造了徐工工業(yè)云平臺，借助新一代信息技術(shù)，將徐工數(shù)字化工業(yè)能力輸出，打造了一個開放共享共贏的全球云平臺。

此類應(yīng)用針對的多是本企業(yè)生產(chǎn)的起重設(shè)備，只是對其進(jìn)行了狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用的目的是指導(dǎo)生產(chǎn)和服務(wù)用戶，所獲得的數(shù)據(jù)并未為行業(yè)主管部門的安全監(jiān)管所用。大數(shù)據(jù)在起重機(jī)行業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域開展應(yīng)用尚存在缺乏統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、無主管部門統(tǒng)一規(guī)劃、缺乏長效機(jī)制、系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)不明確等諸多問題。

2 起重機(jī)監(jiān)管平臺建設(shè)內(nèi)容

構(gòu)建一套基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的面向起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的安全監(jiān)管平臺，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新興信息技術(shù)，平臺應(yīng)覆蓋起重機(jī)全流程、全環(huán)節(jié)和全生命周期的數(shù)據(jù)鏈。平臺的整體框架如圖1 所示。

圖1 起重機(jī)工業(yè)大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺整體框架

根據(jù)平臺的框架組成及其關(guān)鍵技術(shù)，在建設(shè)過程中需要解決起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜信息的采集方法，起重機(jī)的工業(yè)大數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，起重機(jī)大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)等難點(diǎn)，具體包括：

1)數(shù)據(jù)來源分析及現(xiàn)場采集技術(shù)研究

起重機(jī)使用場所中應(yīng)包括吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)、吊運(yùn)危險(xiǎn)品的起重機(jī)、按要求應(yīng)裝設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)的大型起重機(jī)、防爆環(huán)境起重機(jī)以及重點(diǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備性起重設(shè)備等，根據(jù)各自不同的使用環(huán)境特點(diǎn)、使用特點(diǎn)和自身結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類，制定適用于本系統(tǒng)的不確定數(shù)據(jù)源起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息采集方案，并對多傳感器監(jiān)測優(yōu)化布置方法進(jìn)行研究。大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺的數(shù)據(jù)來源可分為現(xiàn)場應(yīng)用級的起重機(jī)監(jiān)控軟件直接上傳和企業(yè)應(yīng)用級的設(shè)備運(yùn)維平臺上傳兩種類型，需統(tǒng)一兩類數(shù)據(jù)來源的標(biāo)準(zhǔn)，并對數(shù)據(jù)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2)起重機(jī)大數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲技術(shù)

研究大數(shù)據(jù)的預(yù)處理是指用一定的策略對采集到的起重機(jī)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)能夠滿足完整性、一致性、有效性等要求，以提高后續(xù)數(shù)據(jù)分析的正確性。針對起重機(jī)現(xiàn)場的特點(diǎn)，本研究的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要在于缺失值處理和相似重復(fù)記錄處理兩類。缺失值處理是由于現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)傳輸故障等原因，造成的數(shù)據(jù)集中某些字段的確實(shí)，擬采用統(tǒng)計(jì)方法、分類方法以及關(guān)聯(lián)規(guī)則等策略進(jìn)行處理。相似重復(fù)記錄是由于實(shí)際采集的數(shù)據(jù)集中可能包含了表式統(tǒng)一物理意義的重復(fù)記錄，處理時(shí)可采用基于歐幾里得距離、歐式距離和皮爾遜相關(guān)系數(shù)的相似檢測策略。

起重機(jī)大數(shù)據(jù)的存儲的難點(diǎn)在于其存在廣泛的異構(gòu)性，數(shù)據(jù)類型包括有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是以XML、HTML 等格式存儲的數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是文本、文檔、電子表格、圖片等形式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于不同的數(shù)據(jù)庫，需要集成一個統(tǒng)一的訪問接口以實(shí)現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問。

3)起重機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)和挖掘方法研究

對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘的目的是從多角度和切入點(diǎn)對起重機(jī)進(jìn)行有效的監(jiān)管，形成一個全生命周期的監(jiān)管模式。對常用的工業(yè)大數(shù)據(jù)分析和挖掘方法如K均值、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、聚類算法和貝葉斯理論等進(jìn)行比較和研究，從而形成一個統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)挖掘算法庫，將對應(yīng)于起重機(jī)監(jiān)管平臺中不同業(yè)務(wù)應(yīng)用目的的數(shù)據(jù)挖掘算法進(jìn)行集成。通過該數(shù)據(jù)挖掘算法庫的應(yīng)用，獲取相關(guān)的起重設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵特征，并將起重設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入平臺，以自動獲得設(shè)備日常運(yùn)行趨勢和使用維護(hù)建議。

4)面對多類型用戶的大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺架構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)

由于平臺所采集的起重機(jī)數(shù)據(jù)量大，需要采用一種可靠性和容錯性較高平臺架構(gòu)，并且需要具有相對較簡單編程模型的特點(diǎn)，故可采用Hadoop 模型架構(gòu)。Hadoop 是一個開源的可擴(kuò)展的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)分布式文件系統(tǒng)HDFS，跨集群管理存儲資源，適合本系統(tǒng)面對多類型用戶基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機(jī)安全監(jiān)管應(yīng)用。同時(shí)考慮平臺的軟件實(shí)現(xiàn)，可采用ApacheHUE 實(shí)現(xiàn)一個可視化的交互分析界面，平臺的不同類型用戶可通過Web 來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集群管理、數(shù)據(jù)分析結(jié)果可視化展示、數(shù)據(jù)集群狀態(tài)顯示等功能。

3 結(jié)束語

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的起重機(jī)安全監(jiān)管平臺建成后，可重點(diǎn)對大型起重機(jī)械、吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)、吊運(yùn)危險(xiǎn)品起重機(jī)等危險(xiǎn)性較大的起重機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。該平臺可服務(wù)于監(jiān)管部門、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、使用單位、維保單位、制造單位和社會大眾等，是監(jiān)管部門提高監(jiān)管效率、保障特種設(shè)備安全、精準(zhǔn)服務(wù)特種設(shè)備產(chǎn)業(yè)的重要支撐和途徑。此類監(jiān)管平臺的應(yīng)用和實(shí)施，一是有利于實(shí)施精準(zhǔn)監(jiān)管。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的建立，可以促進(jìn)人、機(jī)、環(huán)、管各要素的有機(jī)結(jié)合，通過對起重機(jī)工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、分析、運(yùn)用，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)起重機(jī)智能化安全管理、隱患治理、預(yù)測預(yù)警，促進(jìn)監(jiān)管部門從發(fā)現(xiàn)隱患轉(zhuǎn)變?yōu)橄[患。二是有利于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢驗(yàn)。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，健全完善起重機(jī)從安裝、使用、維保等全過程、全覆蓋的數(shù)據(jù)信息，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的“健康狀態(tài)”，方便檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及時(shí)掌握特種設(shè)備安全和運(yùn)行狀況，為制定精準(zhǔn)的檢驗(yàn)方案提供支持。三是有利于提供精準(zhǔn)服務(wù)。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的互聯(lián)互通，推動各相關(guān)方融合創(chuàng)新，促進(jìn)社會齊抓共管特種設(shè)備安全，進(jìn)一步提升公共服務(wù)能力，同時(shí)可對行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析和評估，進(jìn)而科學(xué)遴選重點(diǎn)企業(yè)、項(xiàng)目、品種，落實(shí)分類幫扶重點(diǎn)。