高速公路建設拌合站生產數據在線預警系統的開發

文｜長沙云軟信息技術有限公司 肖利君 王海紅；安徽省交通控股集團有限公司 許澤寧

1.開發背景

“半剛性基層+瀝青面層”是我國高速公路的經典結構，高速公路營運期的使用性能以及使用壽命等都受半剛性基層的施工質量的影響，而對半剛性基層的質量有關鍵性作用的是拌合站對原材料的加工[1]。為了保證拌合站對原材料的加工質量，實時監控其加工過程則是最為直接的方法。

傳統的對原材料的質量監控更多的是依靠人工監督，現場查看拌合站是否根據試驗室事先給出的配方進行拌合的[2]，無法共享原材料信息及拌合過程，亦無法對問題數據進行實時預警。由于未記錄生產用途，一旦出現問題，無法對數據進行溯源，影響后續的管理過程[3]。智慧管控是大勢所趨，從近幾年國家以及交通運輸部在這方面的探索以及取得的成果就可見一斑[4]。智慧管控技術依托于移動互聯網傳輸以及傳感技術，可實時采集、分析、評價材料生產過程中的數據，并實時預警潛在的風險，以適應國家政策要求，打造品質工程[5]。

高速公路對原材料的拌合主要涉及到水泥穩定土、瀝青、混凝土，本文介紹的拌合站管理系統主要對這三種原材料的拌合過程進行監控與預警。具體來說，系統在實時提取數據的基礎上，通過一定的算法對其進行分析，得出拌合過程中較為重要的配合比數據，通過配合比數據可以精確的查看各材料的用量及產量等綜合信息。在初次分析數據的基礎上，系統自動將材料實際用量與理論用量進行對比，分析兩者之間的誤差比例，若誤差比例達到預警限制則通過微信、短信等方式提醒相關管理人員。此系統既順應了信息化的發展潮流，又能動態評價和預警安全生產情況以及道路施工質量，使得相關人員及時準確地判斷施工中遇到的問題，從而保證道路施工質量，支持工程管理的綜合決策。

2.系統的開發與實現

2.1 數據采集過程

數據采集過程由客戶端、數據傳輸以及數據服務器組成，依次負責數據的收集、傳輸及存儲。

首先，客戶端對拌合站生產控制計算機進行監聽并對數據進行獲取；其次，在獲取數據的基礎上，對數據進行封裝，進而將數據包通過串口通信發送至數據傳輸單元；最后，數據服務器通過多種工具技術接收并驗證上報的數據，最終將其存入數據庫。

為了提升系統的可靠性、安全性及優化系統的性能，采用了基于DNS 的負載均衡。其實現原理如下：第一，數據傳輸單元通過DNS 解析獲取IP 發送心跳包至服務器，服務器數據中心響應后返回允許采集的狀態碼，建立TCP 連接。第二，客戶端采集軟件監聽允許采集狀態碼后根據配置文件中的時間點采集控制計算機中的數據，并將數據封裝成json 包通過串口發送到數據傳輸單元，并將采集時間點寫入配置文件。第三，數據傳輸單元將采集的數據通過TCP 協議發送到數據服務器。第四，數據服務器解析數據包，驗證其合法性，并對合法的數據存入數據庫并顯示到軟件界面上，非法數據記錄到異常日志庫。

2.2 智能預警

智能預警由模型庫子系統和觸發中心組成，模型庫子系統通過使用html5、Visualstudio2012、.net framework3.5、ajax、C#、SQLServer 2012 等工具技術，對拌合站設置監控參數模型，設置拌合站原材料生產誤差率的上限與下限百分比以及預警方式如色彩、彈框、短信、微信等，當數據在預警范圍內立即采用上述預警方式進行報警。

預警最重要的一方面是報警的實時性，本系統的預警平臺通過實時訪問數據預警表以及多方式的預警模式實現了實時預警。首先，實時對寫入數據庫的數據與模型庫中的參數對比；其次，對在預警范圍內的數據實時寫入數據預警表；最后，預警平臺以秒為單位實時訪問數據預警表，通過多種調用接口（如短信API、微信公眾號API）以及預警方式（如色彩、彈框、短信、微信等）實現預警。

為了提高安全性，該平臺在角色和數據方面使用多種安全措施：首先，將訪問權限與角色相匹配，達到保護重要數據的目的；其次，對關鍵數據使用RSA 加密；再者，在數據傳輸過程中，采用HTTP 的安全版，即HTTP 下加入SSL 層；最后，在數據的訪問過程中，使用參數化傳值防止SQL 注入攻擊。

2.3 大數據分析報表展示

大數據分析報表通過使用SQLServer 2012、Visualstudio2012、Json 等工具技術對數據進行處理、分析和展示，具體流程如下：

首先，對數據進行預處理，即對采集的數據進行加工，如提取、格式轉換以及加載等；隨后存儲預處理之后的數據即建立數據倉庫，利用ROLAP 通過多種維度形成數據集；最后展現處理加工后的數據，實現過程如下：ajax 向服務器發送請求，服務器接收到請求查詢數據庫將數據轉換成json格式返回，ajax 接收到數據利用Echarts 在界面上顯示拆線圖、柱狀圖、餅圖、散點圖等，并能根據時間動態變化。

3.系統功能

此拌合站管理系統可實時監測各拌合機的生產狀態，并監控每一盤的生產數據，對其產量、用量、超差等數據進行分析，當分析的結果在預先設置的預警范圍內即啟動預警機制。

3.1 數據的采集及分析

該系統主要對水泥穩定土、瀝青、混凝土三種原材料的數據進行采集和分析，項目管理人員可隨時隨地查詢任一時間段內的拌合數據如原材料數量、拌合材料用量、拌合時間等，提供質量追溯依據，實現事后監控。

圖1 拌合站管理系統功能模塊圖

圖2 拌合站數據查詢

圖3 拌合站統計表

表1 拌合站預警設置表

圖4 預警數據篩選

水穩拌合站系統不僅對水穩關鍵數據（用水量、骨料用量、水泥量）進行采集，并對采集的數據進行精確分析，以此監測生產過程中的關鍵信息（材料用量、誤差分析、生產記錄、產量查詢）。瀝青拌合站系統通過對每盤生產料的質量數據（摻配比、油石比、拌合溫度、級配）進行分析達到對生產過程的全流程監控和控制，在數據真實可靠數據的基礎上提供準確的質量數據跟蹤分析報告，在數據方面為決策者提供依據。混凝土拌合站系統運用質量動態管理的方法，對混凝土拌合站生產數據進行有效監測，實時采集混凝土拌合站生產的每盤混凝土的數據信息，其中包括水膠比、參配比、水泥量、骨料配比、拌合產量等信息。

圖5 原材料分析統計表

3.2 數據的評定及預警

該系統自動分析材料實際用量與理論用量偏差數值，按照后臺設定的誤差范圍進行初級、中級、高級三個等級的預警，將對應誤差值分別標以綠色、黃色、紅色底紋進行預警，并提交給對應人員，及時發現不合格材料，并對數據進行統計篩選，可詳細查看預警數據的具體超標數值。預警設置如1 表所示。

3.3 應用優勢

本系統已應用于滁州至天長高速公路、岳西至無為高速公路桐岳段等多項高速公路建設項目中，在與傳統的采用人工監控拌合過程的方式相比，采用智慧化的拌合站管控具有如下優勢：

首先，通過對拌合過程的動態監控，可保證配合比的嚴格執行。在傳統的交通建設中，對材料的拌合主要是與第三方攪拌站廠家進行合作，拌合配方由試驗室提供，同時分配技術人員現場對其拌合過程及質量進行監控。由此可見，整個過程都是人為對其進行控制的，甚至存在修改拌合數據、減少拌合時間的現象。該系統可對拌合時間、配合比、原材料等數據進行實時動態監管，并將其存入數據庫。數據 的可視化操作可在源頭確保數據的準確性，降低人為修改的可能性。

其次，提升數據安全性、實現數據共享。在傳統的拌合站管理模式下，拌合數據存儲于拌合站控制電腦中，且數據內容和格式受限，不能及時備份數據，數據丟失將會給工程核算帶來極大的不便。該系統在采集數據的同時，可實時對數據進行備份。工程管理的相關人員只要有平臺權限，都可通過登陸賬號實時查看相關數據，實現了數據共享。

最后，實現了拌合數據的智慧化分析和預警化管理。該系統可對水穩拌合數據、混凝土拌合數據、瀝青拌合數據進行全方位的分析，包括原材料用量分析、生成材料用量分析、產能分析、材料誤差分析等。比如在原材料統計表中，以圖表形式展現各材料的消耗用量，并給出現階段庫存用量，它為施工方補給材料提供了依據。預警化管理體現在系統可自動分析材料實際用量與理論用量偏差數值，判斷偏差數值是否在誤差范圍內，如果在誤差范圍內，則根據偏差數據大小進行預警，預警級別分為初級、中級、高級，并根據系統內的預警設置，通過短信、微信等方式提醒相關負責人對偏差數據進行整改。

4.結語

此系統真正實現了對拌合站生產過程前（事前預控）、生產過程中（事中監控）、生產過程后（事后分析）各階段的全方位管理。事前預控體現在生產前期，管理員在系統中輸入各級允許的誤差范圍以及生產配合比信息，拌合站的組織生產只能按照系統設定的標準來進行；事中監控體現在生產過程中，系統服務器可實時接收每一盤拌和稱量數據，形成海量數據庫。當其誤差超出允許的范圍時，相關管理人員可收到系統發送的實時報警信息，以便管理者及時發現和解決問題。事后分析體現在生產完成后，用戶登錄系統后，可查詢各拌合站混合料超標信息情況、各類型材料用量及誤差情況、配比數據、生產歷史數據、產量和產能等內容。綜上所述，該系統可對拌合站生產的過程進行全程化、系統化、深入化的管理，使得各生產階段的管理形成一個閉環。

圖6 拌和站預警級別設置