今年參加計算機設計大賽軟件應用與開發獲得了國賽一等獎。
參加了兩屆計算機設計大賽，個人感覺拿獎還是比較容易。目前了解的幾個參賽項目獲獎級別都比較高，但是感覺幾個項目實際也都沒有什么特別之處，使用的技術棧也都比較平常。最重要的是我自己的參賽項目的開發投入也比較低（自己做的自己肯定最清楚嘍）。并且，看下來985參賽隊伍比較少（頂尖學校好像不參加？），所以競爭壓力并不大。
但是因為我個人水平較低，大學四年就拿了這一次計算機設計大賽國獎，所以特地寫下這篇博客以作紀念。

一、計算機設計大賽國賽一等獎

二、項目背景

近年來，全國化工安全生產形勢持續穩定向好，但高風險性質沒有改變，長期快速發展積累的深層次問題尚未根本解決，部分企業安全基礎薄弱，安全管理水平低，防范化解重大安全風險任務艱巨復雜。
國務院辦公廳印發了《關于全面加強危險化學品安全生產工作的意見》，要求加強源頭治理、綜合治理、精準治理，著力解決基礎性、源頭性、瓶頸性問題，加快實現危險化學品安全生產治理體系和治理能力現代化，為經濟社會發展營造安全穩定環境。
綜合利用電子標簽、大數據、人工智能等高新技術開展全過程信息化管理和監控，實現危險化學品來源可循、去向可溯、狀態可控；建立化工園區安全生產信息化智能化平臺，實現對園區內企業、重點場所、重大危險源、基礎設施實時風險監控預警，對于有效提升化工園區數字化、精準化和系統化安全管理水平具有重要意義。

三、項目簡介

本項目基于多端融合、數據可視化與計算機視覺技術，設計并實現了一款化工安全生產監管可視化系統。該系統包括Web端、微信小程序端、安卓端與硬件監測端四類終端。Web端包括安全生產監控平臺、基礎數據管理、安全風險分區管理、危險源監測預警、生產全流程管理以及在崗在位管理六大子系統。微信小程序端包括安全隱患隨手拍、安全生產知識測驗等模塊。安卓端負責數據上報，上報數據包括企業基礎數據、危險源數據等。硬件監測端為其它各端提供硬件設備實時檢測數據。多端的融合提高了用戶體驗、化工企業效率以及系統數據安全性。此外，該系統的火苗實時檢測算法能夠高效、準確地實時檢測視頻監控畫面是否出現火苗，達到了人工檢測難以達到的精度和效率，實現了計算機視覺算法與實際應用場景的緊密結合。

四、系統架構

系統數據存儲采用Mysql+Redis+七牛云聯合存儲模式。
系統包含四類終端：Web端、微信小程序端、移動端以及硬件監測端。
第一，Web端面向園區安全生產監管部門使用，負責各項事務的審批及系統數據的管理、統計及可視化等。
第二，微信小程序端面向企業用戶及社會人員使用，負責數據上報及反饋。
第三，安卓端面向企業用戶使用，負責數據上報及反饋等。
第四，硬件監測端為其他各端提供數據服務。

五、系統功能結構

系統面向四類終端、三類用戶，包含十八個功能模塊，業務涵蓋安全生產監督、管理、預警、考核全流程。

六、項目特色

（1）多端融合

系統實現了Web端、安卓端、微信小程序端、硬件監測端等各類終端的無縫連接，有效發揮各類終端優勢，提升了用戶使用體驗。

（2）數據可視化

數據可視化采用了Sugar BI、Echarts、百度地圖實現了安全生產實時監控平臺，用戶可以實時、動態、高效、直觀地查看化工安全生產全階段的數據。

（3）計算機視覺（目標檢測）

系統將目標檢測技術有機融入安全生產監管全過程，顯著地提升了系統的智能化水平，實現了算法理論與實際應用場景緊密結合。
YOLOv5部署，并實現Java客戶端向Python服務端發送請求進行圖片火苗檢測

七、系統界面設計

（1）視頻監控平臺

（2）可燃氣體濃度監測

（3）危險源管理

（4）安全知識考核題庫管理

（5）事故上報管理

（6）人員在崗在位管理

（7）危化品運輸車輛管理（車輛實時位置跟蹤）

八、系統界面實現

九、答辯PPT

十、答辯臺詞（九分三十秒）

（1）PPT臺詞

各位老師好，我們是基于多端融合的化工安全生產監管可視化系統項目小組，我是匯報人邢立豹。
下面我將從以下四方面進行匯報。
安全生產監管工作涉及方方面面，各類風險相互交織疊加，只有堅持系統思考，科學統籌，才能形成強大合力，在盡可能提高化工生產效率的同時，保障化工生產安全。
系統數據存儲采用Mysql+Redis+七牛云聯合存儲模式。系統包含四類終端。第一，Web端面向園區安全生產監管部門使用，負責各項事務的審批及系統數據的管理、統計及可視化等。第二，微信小程序端面向企業用戶及社會人員使用，負責數據上報及反饋，包含安全隱患隨手拍等模塊。第三，安卓端面向企業用戶使用，負責企業數據上報及反饋等。第四，硬件監測端為其他各端提供數據服務。
系統面向四類終端、三類用戶，包含十六個功能模塊，業務涵蓋安全生產監督、管理、預警、考核全流程。
Web端采用SpringBoot框架、Shiro安全控制框架以及Thymeleaf模板。
微信小程序端使用WXML、WXSS以及云開發技術。
安卓端采用Android四層架構、SQLite、Okhttp框架開發。
硬件監測端的視頻監控模塊使用GB28181推流至七牛云服務器，系統通過視頻流地址播放視頻監控畫面。
硬件監測端的GPS定位模塊采用車載北斗GPS追蹤定位器，可以實時定位上傳車輛位置等信息。
硬件監測端的可燃氣體傳感器實現了室內可燃氣體濃度實時監測以及可視化大屏展示.
系統的核心功能之一是數據分析可視化。系統將數據以圖表的形式多維度地展現在可視化大屏上，增強了數據的直觀性。
系統的核心功能之二是火苗實時監測與預警。系統視頻監控平臺實現了生產過程實時監控、視頻監控畫面火苗檢測，以及檢測到火苗后自動發布預警信息。
系統的核心功能之三是可燃氣體濃度實時監測。系統配備的可燃氣體傳感器可以實時檢測上傳周圍環境中可燃氣體的濃度。
項目特色與創新主要包括以下三點。第一，系統實現了多端的無縫連接，有效發揮了各類終端優勢。第二，系統采用數據可視化技術實現了安全生產實時監控平臺，用戶可以實時、動態、高效、直觀地查看化工安全生產全階段的數據。第三，系統將目標檢測有機融入安全生產監管全過程，顯著地提升了系統的智能化水平，實現了算法理論與實際應用場景緊密結合。
這是團隊成員部分獲獎及證書情況。
這是團隊成員發表的論文與知識產權情況。
這是團隊成員發表的論文。
這是團隊成員取得的軟件著作權以及發明專利證書。
下面進入系統展示環節。

（2）Web端演示臺詞

首先進行系統Web端的展示。
安全生產監控平臺主要包括以下模塊。安全生產監管一張圖基于百度Sugar BI實現，采用數據可視化大屏展示化工園區實時監測數據以及系統統計數據。這是視頻監控平臺，視頻監控平臺實現了生產車間實時監控、火苗實時檢測與預警。
下面進行火苗檢測功能展示，點擊添加按鈕上傳圖片后，系統將使用YOLOv5模型對該圖片進行高效目標檢測。該功能通過數據增強優化了模型泛化性能，并且利用GPU加速和模型量化等技術實現了實時推理。同時，對模型進行了壓縮和剪枝等優化，以適應特定場景和硬件設備需求。該功能為火災監測和消防安全提供了強有力的支持。
基礎數據管理子系統實現了企業及人員等信息的管理與維護。
危險源監測預警子系統包括以下功能模塊。可燃氣體濃度監測模塊實現了可燃氣體濃度實時檢測、可視化，以及歷史數據查看。在硬件設備與服務器通信方面，通過采用線程池技術，避免了線程頻繁創建和銷毀帶來的性能消耗，避免了過多的線程會占用過多的內存等資源，以及帶來的過多的上下文切換，導致系統不穩定的問題。
危險源管理模塊實現了危險源備案信息登記與管理等功能。企業向應急管理局備案的危險源信息需要通過移動端上報至系統。在Web端，通過表格展示危險源檔案詳細信息，通過百度地圖展示危險源分布位置情況，點擊危險源標記可以查看該危險源的相關信息，使用微信小程序掃碼即可查看詳細信息。
生產全流程管理子系統主要包括以下功能。其中設備巡檢模塊實現了設備信息管理及設備統計大屏，此外該模塊整合了Quartz框架實現了定時生成巡檢任務的功能。系統能夠按預定時間自動創建巡檢任務，確保巡檢工作高效有序地進行。
隱患排查治理實現了安全隱患舉報、審批與處理業務全流程。移動端設有安全隱患隨手拍模塊，用戶可方便快捷地將隱患信息提交到系統。
八大作業票管理模塊實現了八大作業票的登記、監管和預警功能。
安全知識考核模塊。實現了考試題庫管理、考試任務管理、考試成績管理。用戶通過微信小程序進行安全生產知識定期考核。
生產事故上報管理模塊，企業通過安卓端進行生產事故上報，Web端實現了通過百度地圖API實現了事故發生地點熱力圖，通過將上報的事故發生地點轉化為經緯度，進而轉化為熱力圖圖層，從而可以直觀地發現事故多發區域，輔助制定針對性整治策略。
在崗在位管理子系統包含以下兩個模塊。人員在崗在位管理模塊實現了關鍵場所場所碼管理以及人員進出記錄管理。點擊添加按鈕輸入信息即可自動生成進出二維碼，使用微信小程序掃碼自動上傳進出記錄信息。
危化品運輸車輛管理模塊整合了百度鷹眼軌跡。實現了車輛實時位置以及歷史軌跡查看，并且通過軌跡糾偏功能消除GPS誤差，確保了軌跡數據的準確性。該模塊為企業提供了高效的車輛監控和安全管理手段，優化了運輸效率，確保危化品運輸的安全合規性。

（3）微信小程序端演示臺詞

下面展示的是微信小程序端，微信小程序端包括以下三個模塊。
第一個模塊是小程序的首頁，包括應急視頻查看，安全測驗，點擊立即交卷即可查看當前測驗正確率等功能。這里是事故案例與一些新聞資訊。
第二個模塊是安全隱患隨手拍，該模塊包含一鍵上報、上報說明、隱患公示、我的上報四大功能，通過安全隱患隨手拍的一鍵上報功能，用戶可方便快捷地將隱患信息提交到系統。通過隱患公示可以查看化工園區內的隱患公示信息，我的上報功能可以展示當前用戶歷史上報隱患信息及隱患消除狀態。
第三個模塊是危險源分布可視化，該模塊將用戶周邊的危險源分等級展現在地圖。同時，用戶可以通過點擊危險源標點查看危險源的詳細信息。

（4）安卓端與硬件展示臺詞

我們通過播放視頻的方式展示安卓端與硬件。

十一、QA準備

（1）你們為什么想起來做這個題目？

首先是近年來，我國化工行業安全生產形勢持續穩定，但化工行業高風險特性并未改變，化工安全生產事故頻發。為了解決長期快速發展所積累的深層次問題，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于全面加強危險化學品安全生產工作的意見》，要求通過源頭治理、綜合治理、精準治理，解決基礎性、源頭性、瓶頸性問題，防范和化解重大安全風險。
并且，我們XXX市當地有較多的化工園區和化工企業，我們學校XXX學院與XXX學院老師也共同承接了相關的產學研、校企合作項目。因此我們團隊學生，在學校老師以及XXXX網絡科技有限公司的技術總監需求與技術的指導下，獨立開發了此項目。
此項目對提升化工安全生產監管數字化、精準化、系統化水平，加速危險化學品安全生產治理體系的現代化，以及對經濟社會發展營造安全穩定環境具有重要意義，具有一定的推廣與應用價值。

（2）系統開發周期有多長時間，每人的分工是什么

系統自去年十月份開始開發，目前以及完成項目一期，屬于內部測試階段，可以接入企業數據。我主要負責項目需求分析與調研、服務器運維、系統Web端開發、系統各端對接、項目相關文檔撰寫、項目進度推進等工作。XX負責微信小程序端與安卓端的開發。XX負責的是硬件開發。

（3）系統主要面向的用戶（使用者）有哪些？做了哪些前期調研工作

系統面向的用戶包括化工園區安全生產監管部門、化工企業以及社會人員。我們做了如下調研工作，首先我們閱讀、分析并參考了《危險化學品企業雙重預防機制數字化建設工作指南（試行）》、《連云港經濟技術開發區智慧應急信息平臺建設方案》、《2023年危險化學品企業重大危險源企業雙重預防機制數字化應用管理指南》等官方文件，并且在老師的幫助下前往連云港板橋工業園以及江蘇三吉利、江蘇豐益等化工企業進行了實地調研，充分進行需求分析，在XXX學院與XXX學院老師以及XXXX網絡科技有限公司的技術總監負責需求與技術上的指導下，進行項目的獨立開發。

（4）系統目前數據量有多少？是否有推廣應用？應用前景如何？

目前剛剛結束項目一期開發，正處于化工園區、企業內部使用、測試階段，需要進一步進行功能的調整和優化，并未正式投入使用，但是已經可以接入企業現有平臺系統的數據，并且產生了一部分實際生產數據。目前系統數據庫文件有9MB，但是因為數據的隱私性，不便對外公開展示。系統推廣應用價值極大，應用前景非常良好。舉例來說，（回答第11問答案）。

（5）系統數據來源于哪里，如何獲取的？

我們系統數據來源主要來自互聯網官方公開知識庫數據，XXX工業園以及園內部分化工企業。數據組成主要包括以下三個方面。一是在調研時該園區與企業提供的脫敏數據。二是該園區與企業使用系統產生的實際生產數據。三是因為數據比較私密，不適合對外展示，因此我們模擬了一部分數據。

（6）火苗識別的是圖片，應該能檢測視頻更合理吧？

是的，實際應用場景應該是視頻流實時檢測。但是因為我已經大四離校，其他兩位隊員分別在外實訓，我們的硬件設備在學校宿舍，目前學校宿舍已經關閉，無法取得我們的視頻監控攝像頭，所以原有的視頻流實時檢測功能暫時無法使用，臨時修改為圖片檢測供各位評委老師查看檢測效果。

（7）火苗識別算法用的是什么？為什么要選擇這個算法？

火苗識別采用的是YOLOv5模型。因為YOLOv5是一種高速、輕量級、準確且易用的目標檢測算法。其快速推理速度和較小的模型結構使其在嵌入式設備和邊緣計算平臺上具備良好的部署能力。同時，它通過改進模型結構和訓練策略，提供了優越的檢測準確性，適用于多種應用場景，如工業自動化、無人駕駛、人臉識別和行人檢測等。

（8）系統要想推廣應用還需要解決哪些方面的問題？

目前系統推廣主要是有兩方面的問題。第一個問題是與園區、企業現有平臺系統的對接問題。（此處回答第9問的內容）。第二個問題是目前系統是單租戶的設計，在推廣之前需要升級系統架構為多租戶架構。我打算在數據庫隔離層面實現多租戶。為每個租戶創建獨立的數據庫實例。每個租戶都有自己的數據庫，數據表以及對應的連接憑據。從而確保每個租戶的數據在物理存儲層面得到分離，防止不同租戶之間的數據混淆。并且在此基礎上要增強處理更多租戶、更大數據量和更高并發等方面的能力。

（9）目前化工企業是否已經有類似的平臺系統，你們如何接入這些系統或推廣你們自己的系統？

我們的系統開發依據《危險化學品企業雙重預防機制數字化建設工作指南（試行）》、《XXX經濟技術開發區智慧應急信息平臺建設方案》、《2023年危險化學品企業重大危險源企業雙重預防機制數字化應用管理指南》等官方文件進行開發，數據規范程度較高，所以可以與數據規范程度較高的企業平臺系統對接。我們的對接方式主要包括以下兩種，第一種是系統互相對接接口進行數據的傳輸，第二種是以數據庫或者是excel文件的方式，在數據進行預處理后，進行導入和導出。

（10）你們的系統，有沒有考慮保障企業用戶的數據安全。

考慮到了，我們系統采用Shiro安全控制框架保護系統安全，并且我們的系統主要為化工園區安全生產監管部門、化工企業內部使用，僅僅為社會人員開發了微信小程序端的安全隱患隨手拍功能，僅開放了少量的接口，并且社會人員上傳的隱患信息會由相應的值班人員審核，在判斷隱患信息合理的情況下，才會進行下一步的處理。

（11）你們認為系統最大的特色有哪個？系統的優勢在哪里？

我認為我們系統特色主要包括多端融合、數據可視化以及計算機視覺。我認為最大的特色是應用了目標檢測技術，實現了火苗實時檢測功能，該功能具有非常大的實際應用價值，并且完全可以從當前系統中分離出來，落地使用。通過該功能的應用，可以確保火災得到及時發現和應對，從而最大程度地減少火災造成的損失。其次，還可以提高化工廠的生產效率和降低運營成本。傳統上，人工巡視和監控是發現火苗的主要手段之一，但這種方法往往耗時耗力且不夠及時。通過自動化的火苗識別系統，可以實現全天候、持續不斷的監控，及時預警火災風險，有效避免因漏檢而導致的事故和停產。總的來說，該功能為化工廠提供了高效、智能的火災預警和監控能力，將安全風險降到最低，提高了生產效率和合規性，為化工企業的可持續發展和員工的安全健康保駕護航。這一技術的應用價值不僅在于保護企業自身利益，更涉及到對整個社會的安全和穩定作出貢獻。

（12）你們發表的論文和專利和本項目有什么關系？

我們發表的論文和專利都是我們的積累，論文與專利中涉及的系統的架構基本與本系統一致，為本系統的開發提供了技術基礎。

（13）你們的作品除了參加這個比賽，之前還參加過哪些比賽？

我們的項目是2022年立項的江蘇省省級重點大創項目，在十月份開始設計與開發，并且于今年五月份完成結題答辯。所以我們的項目目前主要是參加了計算機設計大賽。

（14）你們的系統，用戶能否在此基礎上進行自主編輯和開發。

我們的系統自去年十月份開始開發，目前剛結束項目一期開發，正處于園區、企業內部測試階段，目前尚不支持進行用戶自主編輯和開發，不過老師提到的這一功能對我們后續的開發具有非常大的指導意義，我們在系統內部測試完畢，發布穩定版本后，在項目二期開發中進行該功能的設計與開發。