基于云計算的電梯公共安全研究與應(yīng)用

王立寧，馬慧娟，陳 星，任 亮

（1.西安特種設(shè)備檢驗檢測院，陜西 西安 710077；2.陜西省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，陜西 西安 710054）

從20世紀(jì)60年代發(fā)明互聯(lián)網(wǎng)以來，先后經(jīng)過了三次重大的“互聯(lián)網(wǎng)革命”，分別產(chǎn)生了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子商務(wù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計算及人工智能技術(shù)等。從定義看，云計算被界定為“一種對計算資源提供網(wǎng)絡(luò)訪問技術(shù)”，內(nèi)容極其豐富。首先，它以IT資源作為使用對象，通過分布式計算方式可以實現(xiàn)虛擬化、動態(tài)可擴(kuò)展化方面的網(wǎng)絡(luò)計算需求。其次，在部署、安全、性價比方面具有明顯優(yōu)勢，平臺化應(yīng)用時主要包括如下步驟：①設(shè)置用戶界面；②提供服務(wù)目錄；③建立管理系統(tǒng)；④按需部署工具；⑤實施在線監(jiān)控；⑥通過服務(wù)集群提供服務(wù)等。從近幾年的應(yīng)用現(xiàn)狀看，在各行業(yè)、領(lǐng)域?qū)υ朴嬎愕膽?yīng)用相對增多，而且形成了多元化應(yīng)用趨勢。

1 云計算的主要分類及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 主要分類

從分類方面看，采用不同的劃分方式可以將云計算分為不同的類型。從國內(nèi)的應(yīng)用情況看，一般按照云計算的使用范疇及部署模式將其分為公共云、私有云、混合云。在宏觀層面的應(yīng)用多以公共云為主，私有云多用于企業(yè)類組織，混合云則適用于計算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)相對較好的領(lǐng)域。從國外的應(yīng)用情況看，十分看重云服務(wù)層次，通常將其劃分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（PaaS）。

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用時則通過關(guān)聯(lián)方案進(jìn)行實施。從應(yīng)用現(xiàn)狀看，無論采用哪種分類方式，實際應(yīng)用時既要選擇云類型，也要根據(jù)其服務(wù)層次操作。以現(xiàn)階段部分地區(qū)電梯物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)控中云技術(shù)的應(yīng)用為例，主要是以電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，在“大平臺+小系統(tǒng)”基本框架下按數(shù)據(jù)管理需求制定諸如“基礎(chǔ)設(shè)施層-數(shù)據(jù)中心層-平臺服務(wù)層-平臺應(yīng)用層-大數(shù)據(jù)表現(xiàn)層”為主的技術(shù)方案。具體包括：

①基礎(chǔ)設(shè)施層設(shè)置大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，可以結(jié)合物聯(lián)設(shè)備構(gòu)成相應(yīng)的管理模塊。②數(shù)據(jù)中心層設(shè)有多個數(shù)據(jù)庫，包括維修保養(yǎng)數(shù)據(jù)庫、地理數(shù)據(jù)庫、電梯數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控數(shù)據(jù)庫等，通過各數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)共同組成電梯業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)體系。③平臺服務(wù)層主要負(fù)責(zé)處理各項數(shù)據(jù)，分為數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)共享、服務(wù)總線、數(shù)據(jù)管理中心各個模塊。④平臺應(yīng)層的服務(wù)對象較多，根據(jù)其職能需求設(shè)置檢查監(jiān)察、維修保養(yǎng)、應(yīng)急事故處理、電梯異常數(shù)據(jù)獲取、大數(shù)據(jù)預(yù)警、地理信息應(yīng)用各個模塊。⑤大數(shù)據(jù)表現(xiàn)層主要用于報表管理，可通過數(shù)據(jù)與各模塊間的關(guān)聯(lián)，借助可視化統(tǒng)計分析滿足電梯相關(guān)信息的監(jiān)測、評價、預(yù)警、投訴、監(jiān)察、廣告等數(shù)據(jù)顯示要求等。

2 電梯公共安全中對云計算的應(yīng)用模式

根據(jù)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)電梯質(zhì)量安全工作的意見》（國辦發(fā)〔2018〕8號）與《電梯安全筑底三年行動方案（2023—2025年）》（國市監(jiān)特設(shè)發(fā)[2023]46號）中的內(nèi)容看，新時期的電梯公共安全管理要求越來越高，把“重點任務(wù)”工作重點集中到了電梯質(zhì)量安全、隱患治理與更新改造、追溯體系與應(yīng)急救援平臺、維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量水平等方面。事實上，電梯行業(yè)自2018年全面實施“互聯(lián)網(wǎng)+”至今，已建成了與市場需求相適配的電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺，但是隨著采集數(shù)據(jù)類型增加、數(shù)據(jù)存儲需求擴(kuò)大、數(shù)據(jù)分析難度上升、數(shù)據(jù)價值挖掘等新問題與新需求的出現(xiàn)，現(xiàn)用平臺并不能滿足其實際應(yīng)用需求。因而，各地區(qū)根據(jù)上述“三年行動方案”在電梯公共安全管理方面擴(kuò)大了對技術(shù)要素的配置比例，其中云計算以其豐富內(nèi)容與應(yīng)用優(yōu)勢躋身應(yīng)用前列并且形成了兩種比較常用的應(yīng)用模式。具體如下：

2.1 經(jīng)典化模式

該模式主要是在GIS技術(shù)基礎(chǔ)上獲取電梯公共安全管理相關(guān)數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，采用“UI界面顯示層——BLL業(yè)務(wù)邏輯層——DAL數(shù)據(jù)操作層”構(gòu)成的經(jīng)典三層技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用。在云平臺計過程中，工作人員往往會選擇模塊化設(shè)計思想，設(shè)置電梯數(shù)據(jù)歸集模塊、數(shù)據(jù)接口模塊及若干云服務(wù)功能（如業(yè)務(wù)信息歸集、故障信息歸集、風(fēng)險評估數(shù)據(jù)歸集、電梯大數(shù)據(jù)應(yīng)用及其他功能），然后創(chuàng)建經(jīng)典的云平臺架構(gòu)（如圖1）。但是，在應(yīng)用該模式時，實踐主體需要對應(yīng)用對象所在地區(qū)的大量電梯數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析，然后在集成嵌入式操作系統(tǒng)下，結(jié)合多種GIS與標(biāo)準(zhǔn)通用的Web Service接口，保障內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)實時交互并通過云平臺為其提供標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用方法，才能保障云平臺功能獲得有效應(yīng)用，滿足維修單位、政府部門、監(jiān)管單位、運營企業(yè)、保險公司等多主體的數(shù)據(jù)共享、調(diào)用等要求。

圖1 云平臺經(jīng)典三層架構(gòu)示意圖

2.2 虛擬化模式

云計算屬于分布式計算范疇，本身帶有虛擬技術(shù)的本質(zhì)特征。近幾年大部分地區(qū)建設(shè)電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺后，一方面在終端配置了大量物聯(lián)設(shè)備，借助5G技術(shù)實現(xiàn)了對多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入及同步采集。另一方面通過每日海量數(shù)據(jù)的生成，數(shù)據(jù)存儲問題日益凸顯，加上物理服務(wù)器建設(shè)投入成本費用較大。在這種現(xiàn)狀下，此類地區(qū)選擇了具有虛擬化技術(shù)優(yōu)勢的云計算，可以采用私有云的方式在“大平臺+小系統(tǒng)”框架下快速將云資源池、云安全防護(hù)技術(shù)，接入電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺并透過配置虛擬服務(wù)器的方式，幫助實踐主體解決數(shù)據(jù)資源占用內(nèi)存大、數(shù)據(jù)資源存儲困難、數(shù)據(jù)資源分析處理速度下降等實際問題。例如，在上文提及的“基礎(chǔ)設(shè)施層-數(shù)據(jù)中心層-平臺服務(wù)層-平臺應(yīng)用層-大數(shù)據(jù)表現(xiàn)層”技術(shù)方案即屬于虛擬化應(yīng)用模式，第一層可通過聚合部署的方式提高其系統(tǒng)運行能力，然后通過第二層為電梯綜合服務(wù)提供經(jīng)過快速處理的數(shù)據(jù)，進(jìn)入第三層后則可以提高各用戶的應(yīng)用軟件使用效率。尤其是第四層的異常數(shù)據(jù)獲取、應(yīng)急事故處理、維修保護(hù)、定檢監(jiān)察等系統(tǒng)的接入，能力同時獲取與各自業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，最終將第五層分布式挖掘后可視化呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果加以利用等。

3 電梯公共安全中對云計算的具體應(yīng)用

在電梯公共安全中應(yīng)用云計算時，無論采用經(jīng)典化模式，還是虛擬化模式，均可以輔助電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺提高數(shù)據(jù)管理效率，進(jìn)而為其安全監(jiān)控等提供科學(xué)依據(jù)。進(jìn)入中國式現(xiàn)代化改革時期，通過建設(shè)全國統(tǒng)一大市場進(jìn)一步推進(jìn)了城市與鄉(xiāng)村資源的雙循環(huán)、雙流通，新一輪城市更新與城鎮(zhèn)化建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行，在這種發(fā)展趨勢下必然會持續(xù)增加電梯使用數(shù)量，而且隨著電梯數(shù)量的增長必然會擴(kuò)大電梯安全相關(guān)的風(fēng)險事件或事故發(fā)生率。以東南沿海某省為例，2021年上半年全省電梯累計故障就達(dá)到了2.5萬起，而且造成故障發(fā)生的人為原因占到的50%之多，其余原因主要來自外部與電梯本身的故障。在這種現(xiàn)狀下，有必要吸收前兩種應(yīng)用模式積累的經(jīng)驗，進(jìn)一步把“電梯物聯(lián)網(wǎng)+云”擴(kuò)展到“云+邊+端”方面，創(chuàng)建可以同步解決數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、挖掘、報表管理等多重功能的電梯公共安全管理大數(shù)據(jù)平臺。具體如下：

3.1 背景技術(shù)

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)中的大數(shù)據(jù)清洗技術(shù)、數(shù)字存儲引擎技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法及一些比較成熟的大數(shù)據(jù)軟件已在電梯公共安全管理中獲得了應(yīng)用。而且物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合，使電子標(biāo)簽式的數(shù)據(jù)跟蹤、智能化的數(shù)據(jù)處理成為現(xiàn)實。同時，云計算的應(yīng)用相對增多并且出現(xiàn)了把云中心服務(wù)轉(zhuǎn)移到邊緣節(jié)點的需求。旨在縮短物理空間距離與解決網(wǎng)絡(luò)時延問題，使整個應(yīng)用平臺獲得更好的應(yīng)用。在這種背景技術(shù)俱備與需求出現(xiàn)的現(xiàn)狀下，有必要在云邊協(xié)同理念下推進(jìn)“云+邊+端”方案研究與應(yīng)用。下面僅從技術(shù)方案、系統(tǒng)架構(gòu)、模塊功能三個方面做出具體探討。

3.2 技術(shù)方案

電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎(chǔ)上創(chuàng)建“云+邊+端”方面的電梯公共安全管理大數(shù)據(jù)平臺時，本次研究提出了邊緣感知層-網(wǎng)絡(luò)傳輸層-云服務(wù)層-應(yīng)用層的技術(shù)方案。其中，邊緣感知層以物聯(lián)設(shè)備為基礎(chǔ)，涉及內(nèi)置AI識別功能的監(jiān)控探頭，并把當(dāng)前電梯物聯(lián)網(wǎng)平臺配置的資源作為感知設(shè)備，進(jìn)行視頻與語音采集等。邊緣感知層采集到各項數(shù)據(jù)后可以在第一時間通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層設(shè)置的通信協(xié)議與電梯終端設(shè)備進(jìn)行通信并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行計算與分類存儲。云服務(wù)層則把集成后的邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)放入大數(shù)據(jù)與云中心資源，利用其中的算法（如深度學(xué)習(xí)、決策樹、邏輯回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、處理、分析、OLAP聯(lián)機(jī)處理及其他管理。應(yīng)用層的各大主體僅需根據(jù)該平臺提供的數(shù)據(jù)分析與挖掘結(jié)果即可快速完成各項業(yè)務(wù)管理。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方面，本次研究吸收前期實踐中形成的模塊化設(shè)計思想，在該平臺中設(shè)置多個模塊（即子系統(tǒng)），具體包括：①數(shù)據(jù)采集模塊；②數(shù)據(jù)治理與存儲模塊；③數(shù)據(jù)分析挖掘模塊；④智能算法模塊；⑤應(yīng)用模塊等。當(dāng)終端設(shè)備采集到的多元異構(gòu)靈氣經(jīng)過通信方式上傳到邊緣節(jié)點后，邊緣節(jié)點的計算與分類存儲功能可以在第一時間發(fā)揮作用，并將處理后的數(shù)據(jù)與云平臺協(xié)同，為上述各模塊進(jìn)一步處理進(jìn)行數(shù)據(jù)管理奠定堅實基礎(chǔ)。

3.4 模塊功能

考慮到該系統(tǒng)架構(gòu)中設(shè)置了若干模塊，數(shù)量較多且存在功能多元化應(yīng)用的實際情況，為論述清晰性，下面僅對其中的部分模塊功能做出說明。

以電梯數(shù)據(jù)采集模塊為例，它由終端、非終端數(shù)據(jù)采集兩大部分組成，前者主要為物聯(lián)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，后者主要為電梯相關(guān)的靜態(tài)數(shù)據(jù)、維保數(shù)據(jù)、投訴數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等，云端離線方式下進(jìn)行分類存儲。以數(shù)據(jù)治理與存儲模塊為例，邊緣節(jié)點的引入縮短了距離與時延，云中心利用聚合部署方式能夠快速治理其初步處理的數(shù)據(jù)，并通過ETL（抽取、轉(zhuǎn)換和裝載）處理后，借助Spark Streaming進(jìn)行批處理，存儲時可借助HBase-分布式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類存儲。以電梯數(shù)據(jù)分析挖掘模塊為例，重點放在對數(shù)據(jù)的梳理、探索、統(tǒng)計、分析、建模等方面，為了挖掘海量數(shù)據(jù)中潛在的規(guī)律并使其轉(zhuǎn)化為具有實用價值的知識，云中心可以利用描述統(tǒng)計分析、推動統(tǒng)計分析及關(guān)聯(lián)規(guī)則與聚類分析等方法進(jìn)行操作。以智能算法模塊為例，具體功能設(shè)置后可以按實際項目中的應(yīng)用需求選擇相應(yīng)算法，常用算法可選擇深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，進(jìn)行異常路徑追溯與故障分類、監(jiān)測、預(yù)警、識別、分析、處理、結(jié)果反饋等。

4 結(jié)束語

總之，電梯屬于高危場所，應(yīng)用云計算后可以滿足新時期電梯物聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量建設(shè)中所需的資源部署與數(shù)據(jù)處理需求。由于該領(lǐng)域建設(shè)中的側(cè)重點存在差異，形成了對云計算的經(jīng)典化、虛擬化、協(xié)同化應(yīng)用模式，而且經(jīng)過近幾年應(yīng)用后實現(xiàn)了對電梯技術(shù)、GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算等不同技術(shù)資源的融合應(yīng)用，因而在這種背景技術(shù)下，有必要在電梯公共安全管理中繼續(xù)沿著技術(shù)賦能路徑與“并聯(lián)式”發(fā)展方法，加強(qiáng)對各類技術(shù)資源的整合，推進(jìn)對“云+邊+端”方案的研究及推廣應(yīng)用。建議在實踐過程中，一方面加強(qiáng)對不同地區(qū)計算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀的調(diào)查，另一方面應(yīng)根據(jù)實際調(diào)查結(jié)果選擇適配性較高的方案為其高質(zhì)量建設(shè)提供技術(shù)支撐。