依托大数据和智能控制技术打通最后一米 实现民爆物品末端管控智能化

毛允德   纪洪广 甘吉平 王清正 叶珊  赵冲
（北京龙德时代技术服务有限公司，北京科技大学 ，北京，100096）

Relying on Big Data and Intelligent Control Technology to Get through the Last Meter Realize intelligent end control of civilian explosives

Mao Yunde  Ji Hongguang  Gan Jiping  Wang Qingzheng  Ye Shan  Zhao Chong
(Beijing Technical Service Co. Ltd. Longde Era, USTB, Beijing,100096）
 

摘要：为了不折不扣地贯彻落实公安部《从严管控民用爆炸物品十条规定》，杜绝类似“9.30”柳州连环爆炸案件、以及各类爆炸案件（事故）的再次发生，实现民爆物品末端管控的本质安全。在山东省公安厅、青岛市公安局精心指导下，经过反复试验完成的“智能云民爆物品管控平台系统”，由“云办公”和“云爆破”两个有机部分组成，具有“九不准，十不能”功能，实现了对流程(流失、盗失）控制、爆破作业、爆破效果全过程数据的智能采集、智能控制;实现了对违法违规的操作指令的自动拦截，强行终止;实现了民爆物品末端管控的智能化和本质安全；打通了末端智能管控的最后一米。
该系统被选为青岛上合峰会安保重要装备。获得山东省公安科技进步二等奖，是落实《十条规定》的高效工具，也是爆破单位提高安全水平、提高爆破效果、实现精细爆破的有效手段。
关键词：民爆物品；末端管控；云计算；大数据；人工智能
Abstract: In order to faithfully implement the " Ten Rules for Strict Control of Civil Explosives" issued by the Ministry of Public Security, prevent the recurrence of serial explosions like the " 9.30" in Liuzhou and all kinds of explosions (accidents), and realize the essential safety of end control of civil explosives. Under the careful guidance of the Shandong Provincial Public Security Bureau and Qingdao Municipal Public Security Bureau, the " intelligent cloud Civil Explosives Control Platform System" completed through repeated tests is composed of two organic parts: " Cloud Office" and " Cloud Blasting". It has the function of " Nine No's and Ten No's" and realizes the intelligent collection and control of the whole process data of process (loss and theft), blasting operation and blasting effect. It has realized the automatic interception of illegal operation instructions and forced termination. The intelligence and intrinsic safety of the end control of civilian explosives are realized. Through the end of the intelligent control of the last meter.
The system was selected as an important security equipment for the Qingdao Shanghai Cooperation Summit. Obtaining the second prize of Shandong province public security science and technology progress is an efficient tool for implementing the " ten regulations" and an effective means for blasting units to improve safety level, blasting effect and fine blasting.
Key words: civilian explosives; End control; Cloud computing; Big data; Artificial intelligence

 
1.     研发背景
 
1.1民爆案件（事故）绝大部分发生在末端
民爆物品引起的案件（事故）绝大部分发生的末端。例如2015年的“9.30”案件，涉爆人员采取私藏方式盗取民爆物品，用于报复社会；再如2018年6月5日发生的辽宁省本溪市南芬区思山岭村一铁矿爆炸事故，造成11人死亡，由操作人员混装炸药雷管野蛮装载引起；再如，2014年8月19日安徽东方煤矿发生的爆炸案件，死亡27人，由于该煤矿集体私藏炸药雷管，违章爆破造成。
1.2 民爆管控聚焦末端，2015年10月“9.30”案件后，公安部迅速出台了《从严管控民用爆炸物品十条规定》，将管控的重点聚焦到末端。
1.3 末端管控包含两个方面的重要内容，一是防止流失、盗失，二是保障爆破安全和效果。
1.4山东省公安厅、青岛市公安局从2012开始，就积极进行民爆大数据、智能化研究，经过多年反复摸索，反复修改完善，终于在2018年，在国内外首次完成了民爆末端管控的流失管控、安全管控、效果管控的云计算、大数据和智能化，为民爆物品管控的智能化，为精细爆破、精细管控趟出了一条新途径。
2.     系统结构与功能
2.1系统原理
   系统工作原理是“本质安全”，“违法违规不能操作，不安全不能爆破”。就是采用云计算、大数据、智能控制等技术，实现对民爆作业流程（存储、运输、交接、发放、装药、爆破、效果检查、清退等）的无缝自动监控，实现“九不准”，“十不能”，进而实现本质安全。
2.2系统结构
  系统由“云办公”+“云爆破”两个部分组成。
2.2.1“云办公”是一个针对民爆物品申请、批准、管控的办公系统，是采用大数据技术、智能技术等的流程控制。首先在“云”中构建法律法规标准、构建涉爆单位人员资质标准、构建项目标准等形成基础数据库。平时的申报、核准等相关工作，按照相关提示和流程进行，对于每一步操作，系统就自动与“云”中的标准进行比对，违犯的就自动拦截不能通过。
 爆破施工单位用户首先将单位资质、人员资质经过审核后入云，爆破项目的位置坐标、从事该项目的涉爆人员、安全距离、振动控制指标、炸药用量等等也要申报、核准。
这样爆破作业时，系统就将相关操作自动与云中的标准比对，不合规的操作被拦截不能执行。爆破施工单位也可以单独组成内部管控系统，实现对多个爆破工地、药库发放、爆破安全和爆破效果的管控。
公安机关对爆破单位申报内容的核准，必须及时、准确、合法，否则，系统自动拒绝、不予核准。系统的使用以地市级公安局为基本单位，县级公安、派出所在系统中负责相应工作（风险评估、用量核准等）。系统可以扩展到省级管控和全国管控，实现秒级快速查询、分析、管控。配送单位只有在接到系统的配送通知后，才能启动发放、装车、运输流程，各个流程都被实时监控。
 
2.2.2 “云爆破”
  “云爆破”管控，一是爆破安全，二是爆破效果。“云爆破”管控是“云办公”控制下的“硬管控”，是软件和硬件的综合管控。“云爆破”的现场硬件包括云起爆器、云虹膜仪、云测振仪、定位器、云瓦斯传感器、以及手持信息终端机等。现场的每一步操作都必须给“云”报告，并自动与“云”中的法律法规标准进比对，违规操作被自动拦截，自动终止作业，不能爆破。
“云爆破”对现场安全数据的采集绝大多数是自动的、智能的，例如人员识别采用虹膜技术、定位和距离控制采用GPS或者井巷内定位器，测震采用测振仪，瓦斯采用云瓦斯传感器等等，从而保证了数据的独立性、可靠性。爆破效果的岩性、落岩量、块度、光爆效果等虽然还是手工录入，但是每次都需要进行检验，也能基本保障数据的真实性。
2.2.3系统的主要硬件
    云服务器+台式电脑+移动终端（笔记本、平板、手机）+云起爆器+云测振仪+云微型虹膜识别仪+其他云安全环境检测传感器（测声仪、瓦斯传感器、安全距离设别器等）等构成了智能云民爆物品末端管控平台系统的硬件系统。其中云起爆器、云微型虹膜识别仪等为专用技术，云测震仪等都是将现成技术加装了WiFi等无线通讯模块后，接入本系统的。
 

 
附图 1“智能云”民爆物品末端管控系统平台示意图
 
 
2.3系统功能
2.3.1“云办公”=“九不准”
就是将申报、审批、监管、监控等全部在云运行，实现全面的网络化、信息化、智能化。实现“本质安全，违法违规就不能操作”。
1）爆破单位第一责任人不同意，不准上报和申请，不准操作。
一是，采用密码控制或者虹膜识别技术，确保第一责任人，审查报送相关的单位信息、人员信息、爆破项目各项参数、用量申报等信息，否则，自动闭锁，不准上报。二是，爆破参数、领用退制度和爆破安全措施等，经过第一责任人批准后，不能更改，不能违犯，自动闭锁，违犯就不能进行相关操作 。
2）爆破单位，不准越级申报和从事爆破工程。
爆破单位只能申请和从事与自己资质级别相当的爆破项目，越级申报系统不接受。
3）爆破项目技术负责人，不准越级作业，不准同时负责其爆破他项目。
越级申报负责的项目，系统不接受。项目技术负责人，只能同时负责一个爆破项目，系统不支持同时负责两个以及以上项目的申请，爆破“五人连锁”、清退“四人连锁”都不支持一人同时从事两个或者多个爆破项目。
4）爆破监理人员，不准为同一单位人员，不准越级监理，不准同时监理其他爆破项目。
本单位技术人员不能做本单位的监理，监理只能监理与自己职称等级相当的项目，越级申报负责的项目，系统不接受，一个项目没有完成，不能申请其他监理项目。
5）不合格的涉爆人员，不准使用。
上报时，没有合格证件的，身份证有问题的不能被选中，审批时，与犯罪数据库联系对比，有问题的不能批准。
6）不“三人连锁”，不准领取，不“四人连锁”，不准清退。
7）不按时清退，不准再领用。不首先用清退的爆炸物品，不准进行下一步操作。
8）爆炸物品流向各个环节的数量、种类、编号有异常，就自动报警，不准下一步操作。
申请、批准、配送、领用、装药、爆破、清退等各个环节的数量、型号、号码自动对比，发现异常，报警，并终止操作，不准进行下一步。
9）风险评估不合格的，自动报警，不准申请爆炸物品，不准爆破作业。
对风险评估的结果进行分类分级处理，不合格停产整顿，自动自动闭锁，不能爆破，严重的吊销执照，自动自动闭锁，不准爆破。同时终止一切申请、审批程序。
 
2.3.2“云爆破”=十不能
1）数量与领用不符，就不能爆破。
爆破前扫描和录入雷管、炸药数量，并与领用数量对比，出现超过数量时，自动闭锁，不能爆破。
2）品类与领用不符，就不能爆破。
爆破前扫描和录入雷管、炸药品类，并与领用的对比，不一致时，自动闭锁，不能爆破。
3）编号与领用不符，就不能爆破。
爆破前扫描和录入雷管、炸药编号，并与领用的对比，不一致时，自动闭锁，不能爆破。
4）不在规定的区域，就不能爆破。
采用GPS定位系统（井下、隧道、地铁等采用定位器），将爆破前标定的起爆范围与批准的爆破项目的范围对比，超出范围的 ，自动闭锁，不能爆破。
5）不在规定时间，就不能爆破。
爆破前，系统自动对比，项目批准的爆破时间，不符合的自动闭锁，终止爆破作业。
6）安全距离不够，就不能爆破。
爆破前，系统自动对比，项目批准的爆破时间，不符合的自动闭锁，终止爆破作业。
7）不“五人连锁”，就不能爆破。
爆破前，参加爆破的项目技术负责人（可以兼职安全员、保管员）、安全员、保管员、爆破员、监理要进行虹膜识别，与云数据库里面录入的人员虹膜信息比对，一致了才能爆破，不一致就自动闭锁，终止爆破作业。
8）紧急命令下达，就不能爆破。
爆破前，起爆器自动与云通讯，询问紧急命令情况，发现有终止爆破作业的紧急命令，就自动闭锁，终止爆破作业。
9）振动超标，下一次就不能爆破。
爆破前，起爆器自动与云通讯，查询上次测振结果，振动速度超过项目批准的标准，就自动闭锁，终止爆破作业。没有测振也将被闭锁，不能爆破。
10）不全程录像，下一次就不能爆破。
爆破前，起爆器自动与云通讯，查询上次录像结果，录像不符合规定，就自动闭锁，终止爆破作业。录像结果与可以监督检查，不合格的给出不合格标志，就可以自动闭锁，不能爆破。
10+1）爆破效果数据没有录入，下次就不能爆破。
爆破完成后，爆破员需要根据系统提示录入岩性、破岩数量、最大块度、光爆效果等信息，用于评价爆破效果。如果没有录入、或者录入的数据不规范，系统自动终止下次爆破。
3.     关键核心技术
3.1 云计算技术
与阿里云深度合作，采用阿里云建立了安全可靠的云计算平台，各项录入、查询、控制、分析速度达到了秒级以上水平，满足了实时反应的需要。防止网络攻击等安全防护采取了最高级别的技术水准，系统经受住了每天数百次的网络攻击，稳定运行可靠。
 
大数据包括数据的采集、传输、储存、应用等方面。重要数据的采集实现了自动化、智能化，避免了人为干扰。数据采集是全方位全流程的，包括下列几个方面，一是溯源数据，就是雷管和炸药在运输、储存、使用、爆破、清退等每一个环节点上的编号、时间、地点、操作人员、视频等。二是环境数据，包括储存、运输、使用中的视频、温度、甲烷、人员以及现场安全风险评价。三是管控流程数据，包括涉爆单位、涉爆人员、审批与管控数据。四是爆破效果数据，起爆成败数据、岩性、落岩数量、块度、光爆效果等。
大数据的积累能够对人工智能的应用提供强力支撑。人工智能技术将从数据挖掘、数据分析学习中不断提高智能控制水平。同时，科研人员将能够通过系统数据分析，提出完善管控、流程、参数的意见，以及对炸药雷管性能要求的意见等，从而促进爆破方案、管控措施、炸药雷管等的优化，促使整个行业水平的提高。
3.2 虹膜设别技术
市场上广泛使用的生物识别技术主要有指纹、脸谱、静脉、虹膜、DNA等。虹膜以唯一性好，相似概率为亿万分之一；虹膜不随年龄变化而改变；技术成熟、稳定；小型化、微型化等优点，被用于民爆物品末端管控平台系统的“连锁”人员识别，杜绝的空岗、缺岗等违规行为。使用前，首先在“云”中建立相关人员虹膜数据库， 人员识别时，现场采集的数据与“云”里面数据自动比对，合格的通过，不合格的拒绝。                                                                    
3.3 智能云起爆技术
 
科技发展到今天，纯软件系统已经不能满足民爆管控新时代的需求。大数据、互联网+、物联网、智能化、区块链等都在催生着一个“无人”管控时代的到来，而这一切都需要有强力的硬件支撑。末端管控平台系统的最重要的控制硬件就是云起爆器，以及与之连接的数据采集、传输、储存、分析等智能化装备组成的一个有机的智能控制系统，替代了原来由人完成的许多工作。随着数据量的增多，以及系统技术的演进，系统将具备深度学习、自动提高等更高级的功能。云起爆器还实现了电雷管、导爆管雷管、数码雷管三种雷管智能起爆的合一，更加方便了用户的使用。云起爆器一方面具有现场数据采集、智能分析功能，另一方面，不停的把现场的每一步操作汇报给“云”，“云”自动判断是否合规合法（相当于公安局、集团公司的监管），合规合法的下达执行指令，云起爆器接到执行指令，继续下一步工作，直到爆破成功；不合规不合法的，“云”下达终止指令，此时，云起爆器终止作业，并报警。这时，需要到公安机关汇报，获得认可后，由公安机关解除终止指令，方可进行后续操作。
 
     
    云起爆器                                                              云测振仪                                     云虹膜仪                             云终端机
附图2 平台系统主要硬件照片

4.     应用情况
平台系统2017年开始在青岛市部分工地使用，2018年应用于231个项目289个工地。爆破工程涵盖了露天、地铁隧道、金矿等。爆破单位使用的有央企、地方国企、民企等。库管、运输等单位和相关环节也同时使用。系统的应用大大提高了监管效率，堵死了监管漏洞，实现了本质安全。系统应用也为爆破施工单位提供了可靠安全管理手段，确保爆破作业合法合规，提高了爆破效率和爆破效果。系统还被推选为新旧动能转换的关键技术。
 
5.     前景与意义
随着《大数据产业发展规划（2016－2020年）》、《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020年）》、《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》等一批国家信息化工程的实施，大数据、智能控制等技术正在快速的促进国民经济各个行业的发展。建立民爆行业大数据、工业互联网因此成为民爆行业的紧迫任务。民爆大数据将是一个从生产、运输、储存、发放、领用、爆破（设计、作业等）、效果检验、清退等全过程的大数据。只有将全过程的数据进行采集、储存、挖掘、分析研究，才能够找到提高安全、提高效果的措施，依此对相关环节进行改进提升，可能创造新的炸药和雷管、创造新的爆破技术、创新新的监管措施等，进而实现大大提高安全水平和爆破效果的期望。
智能云民爆物品管控平台系统采集管理的数据是最末端、最用户、最必须的数据，也是采集最困难的数据，因此该系统必然对民爆大数据系统的建立形成强有力支撑。
平台系统对实现监管智能化、爆破智能化、精细爆破智能化、对于实现民爆本质安全具有强有力的推动作用。因此具有较高的推广应用价值。