基于盾构施工管理的物联感知平台
一、方案背景
该方案基于盾构施工业务需求建设一套适合工程施工（主要为盾构工程）的工业物联网平台，平台具备云-边-端的体系架构，具有协议解析、数据处理、数据标准化，远程管理、远程运维等能力。能够快速开发、生成各类应用场景下的数据采集应用系统，整体具有易用、易维护、可扩展、高安全等特性，最终实现整个大数据项目平台有数据的目标。
二、实施内容
图1 平台整体架构
分布式采集端主要提供数据采集服务，并将各类协议转换为标准统一接口，向边缘端发布数据。此外，为保证远程运维和系统的稳定性，采集端提供了远程诊断/维护接口和软件看门狗。
边缘端主要用于实现数据的汇聚、清洗、计算和标准化，进行数据的一致性审查和校验，过滤无效数据和处理缺失数据。为方便用户自定义进行计算，提供脚本运算引擎接口。
云平台服务端主要用于用户管理、授权管理、工程管理、部署管理、边缘端管理、采集端管理、远程运维等，同时提供与对其他平台进行数据交换的接口。
2.1 采集端功能模块
采集端采用分布式部署方式，支持多种通信链路接入平台服务端，包括有线网络、4G、Wifi等，支持高频采集。
该部分包含相关设备驱动组件库、设备连接管理、采集模式管理和采集工程管理。支持线性转换、非线性表转换、平方根转换、直接累计、差值累计等固定可配置转换模式，以及文件的数字化转换等；
施工现场通过采集端应用实现对施工现场盾构机、电瓶车、全站仪、水准仪、水表、电表、胶轮管片车、环境监测设备、打卡闸机、地磅、人员定位、拌合站及龙门吊等相关设备的数据采集；
图2 采集端工程管理
图3 水表、环境监测设备采集现场
图4 龙门吊、拌合站、水准仪等现场采集
2.2 边缘端功能模块
边缘端做为云平台的数据子节点，承担数据清洗和边缘端数据计算的任务，用于缓解云平台大数据服务的压力。该模块提供脚本计算引擎，可运行自定义脚本，脚本支持逻辑运算、公式计算和数据计算相关算法。与数据库交互，可调用第三方模块、请求式计算等；实现数据分析建模能力，对企业中的海量数据进行计算、加工，从简单运算到复杂算法，最终实现数据的应用、分析和深度挖掘。
通过边缘端应用实现了盾构机运行数据标准化及设备停机时对无效数据的清洗，对龙门吊运行档位与速度的换算，对水电表按环、日，周，月统计分析及众多业务场景下的数据的分析和挖掘应用。
图5 边缘计算开发系统
图6 边缘计算运行系统
2.3 服务端功能模块
服务端的管理配置模块，提供对采集端和边缘端的管理功能，包含登录权限管理、授权管理、工程管理、部署管理、边缘端管理、采集端管理、远程运维、 提供全组态开发功能，可快速开发BS客户端工程、手机app应用，通过拖拉拽方式、可视化开发；无需专业程序员，工业人通过简单培训，即可自主开发、运维，大大降低开发周期，开发周期缩短30%；
通过该模块，全组态方式实现对盾构机、电瓶车、全站仪、水准仪、水表、电表、胶轮管片车、环境监测设备、打卡闸机、地磅、人员定位、拌合站及龙门吊等相关设备的远程监控。
图7 服务端主页
图8 泥水盾构远程监控
图9 环境监测水电表设备远程监控
三、方案核心价值
1、实现了对盾构机、电瓶车、全站仪、水准仪、水表、电表、胶轮管片车、环境监测设备、打卡闸机、地磅、人员定位、拌合站及龙门吊相关设备的数据采集，基于业务需求对各类设备进行数据挖掘分析，能够快速组态业务界面。
2、平台实现行业内“全组态”技术，无需专业程序员，广泛的工业人通过简单的培训即可根据需求自主开发的解决方案。实现行业内“模型”技术（数据模型、计算模型、图形模型），工程开发和维护的工作量颠覆式降低到原来的30%-70%，真正的做到了随需而变。
3、实现企业管理各环节的互联互通，推动施工企业向互联网迁移，提升网络化协同生产水平。最终大限度提高生产运营效率，降低企业运营成本，增强企业盈利能力和市场的核心竞争力。
