基于GPS和RFID技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)

呂文紅，田昌英

（山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，山東 青島 266590）

傳統(tǒng)的巡檢方式由于受氣候條件、環(huán)境因素、人員素質(zhì)和責(zé)任心等多方面因素的制約，巡檢質(zhì)量和到位率無(wú)法保證[1]。設(shè)備隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，容易引發(fā)生產(chǎn)事故[2]。如何監(jiān)督巡檢人員巡檢路線的到位情況和工作狀態(tài)以及巡檢工作的規(guī)范化管理已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理者普遍關(guān)注和亟待解決的問(wèn)題。因此，為了保證線路的準(zhǔn)確和設(shè)備巡檢的順利進(jìn)行，改革傳統(tǒng)落后巡檢方式勢(shì)在必行。利用工廠設(shè)備間電力線進(jìn)行信息傳輸，噪聲干擾大，可靠性得不到保障[3]。巡檢時(shí)對(duì)于設(shè)備信息的讀取，超聲波技術(shù)較為復(fù)雜[4]。本文通過(guò)對(duì)大部分企業(yè)的調(diào)查分析與論證，以VS2005為開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于GPS和RFID技術(shù)的巡檢系統(tǒng)[5]。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于GPS和RFID技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)主要由巡檢終端PS和中央處理系統(tǒng)CIPS組成，總體架構(gòu)如下：運(yùn)行Windows Mobile嵌入式操作系統(tǒng)的PPC作為基礎(chǔ)的巡檢終端PS，該P(yáng)S設(shè)置RFID掃描裝置，用于定位設(shè)備 （巡檢對(duì)象），同時(shí)也被用作到位跟蹤。后臺(tái)管理系統(tǒng)提供設(shè)備管理、巡視管理和缺陷管理等功能。并接受來(lái)自于巡檢終端的巡檢資料。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)以模塊化思想為指導(dǎo)分為兩大模塊：CIPS軟件設(shè)計(jì)和巡檢終端PS軟件設(shè)計(jì)，如圖1所示。每個(gè)子模塊都保持相對(duì)獨(dú)立性，使得該系統(tǒng)既具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，又易于維護(hù)。整個(gè)巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將按照如圖2所示的操作流程進(jìn)行。巡檢對(duì)象信息通過(guò)PS安裝的RFID掃描裝置讀取進(jìn)終端數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)自動(dòng)彈出巡檢數(shù)據(jù)錄入界面，進(jìn)行巡檢信息的錄入。

2 CIPS軟件平臺(tái)

2.1 綜合信息管理平臺(tái)

CIPS操作界面是各個(gè)子模塊相互操作的核心，所有的巡檢任務(wù)都是通過(guò)CIPS的綜合信息管理平臺(tái)來(lái)分配給各個(gè)巡檢人員，所有的巡檢數(shù)據(jù)也是由該平臺(tái)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)以供分析。該平臺(tái)的搭建的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，該系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 System architecture

圖2 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操作Fig.2 Scene operation

綜合信息顯示模塊：該模塊包括下載巡檢資料、上傳巡檢數(shù)據(jù)、查看下載的巡檢資料以及對(duì)下載的巡檢資料進(jìn)行再補(bǔ)充或刪除的功能?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巡檢終端的鏈接狀態(tài)并自動(dòng)連接。

GPS信息查詢模塊：該模塊用來(lái)查詢某巡檢人員在一次巡檢任務(wù)中的所走過(guò)的路徑，作為評(píng)價(jià)巡檢人員工作優(yōu)劣的指標(biāo)之一，提高巡檢人員的工作效率。

信息管理模塊：負(fù)責(zé)管理巡檢人員、巡檢設(shè)備和巡檢對(duì)象的信息錄入、修改和刪除。信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的Device表、Worker表和Mobilephone表中，每次打開(kāi)時(shí)都從數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中獲取數(shù)據(jù)，顯示給操作管理人員，在該界面還可以完成相應(yīng)信息的添加、刪除和修改，并實(shí)時(shí)更新至綜合信息顯示模塊。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊：負(fù)責(zé)對(duì)巡檢人員工作情況和設(shè)備狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查巡檢人員的任務(wù)完成率、為管理人員對(duì)每個(gè)巡檢人員任務(wù)完成率做出科學(xué)評(píng)價(jià)；對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行的故障率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為信息的存儲(chǔ)提供了便利，不僅在后臺(tái)支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，還保障數(shù)據(jù)存取的安全性。通過(guò)對(duì)各種生產(chǎn)企業(yè)電力設(shè)備的調(diào)查研究與對(duì)用戶需求的分析，以功能豐富、易于擴(kuò)展以及安全性等原則，數(shù)據(jù)庫(kù)采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了對(duì)客戶端系統(tǒng)配置的要求。該系統(tǒng)主要以SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)7張數(shù)據(jù)表，各個(gè)表的詳細(xì)信息如表 I所示。使用該數(shù)據(jù)庫(kù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)使用一種被稱(chēng)作表數(shù)據(jù)流的協(xié)議和SQL Server進(jìn)行通信，使用ADO.NET和SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)完成巡檢信息的存取。

圖3 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)Fig.3 Failure rate of devices

表1 CIPS數(shù)據(jù)庫(kù)表Tab.1 Table of database on CIPS

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸模塊是PS和CIPS進(jìn)行信息交換的關(guān)鍵，其可靠性決定了系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。該模塊采用OpenNETCF.Desk-top.Communication類(lèi)庫(kù)完成CIPS和PS數(shù)據(jù)的傳輸，同微軟公司的ActiveSync同步工具機(jī)理一致，通過(guò)數(shù)據(jù)的復(fù)制與CIPS數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)的交互。對(duì)于設(shè)備連接與數(shù)據(jù)復(fù)制的控制，通過(guò)定時(shí)器Timer不間斷的搜索連接在CIPS上的設(shè)備，查看終端設(shè)備是否已經(jīng)連接CIPS，如果連接成功，則會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)復(fù)制到CIPS中，否則繼續(xù)搜索。

3 巡檢終端PS

3.1 RFID信息采集

RFID信息的采集由閱讀器（Reader）與電子標(biāo)簽（TAG）及應(yīng)用軟件系統(tǒng)3個(gè)部份組成，該巡檢儀結(jié)合提供的RFID應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)出適合Pocket PC的RFID信息采集軟件，該軟件包括終端信息顯示界面和巡檢數(shù)據(jù)錄入界面。終端PS信息顯示則是以表格的形式顯示給用戶，包括是否完成、序號(hào)、設(shè)備ID、設(shè)備名稱(chēng)、操作人信息等。由于每個(gè)巡檢對(duì)象上都裝有電子標(biāo)簽，通過(guò)Pocket PC安裝的RFID閱讀器，自動(dòng)將信息掃面進(jìn)終端數(shù)據(jù)庫(kù)，并可激活信息采集軟件，根據(jù)閱讀到的具體ID信息進(jìn)入相應(yīng)的巡檢數(shù)據(jù)錄入界面。巡檢數(shù)據(jù)錄入則是記錄數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，主要有兩部分組成，即Device Status記錄巡檢對(duì)象故障和正常、Device Record記錄該設(shè)備的詳細(xì)說(shuō)明，如圖4所示。

圖4 信息顯示界面Fig.4 UI information

3.2 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)

SQL Server CE 3.0數(shù)據(jù)庫(kù)是一種功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，它不僅提供了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能，還支持事務(wù)以及混合數(shù)據(jù)類(lèi)型，僅占用非常小的內(nèi)存和其他系統(tǒng)資源。因此，該數(shù)據(jù)庫(kù)非常適合嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[6]。在PS終端設(shè)計(jì)一個(gè)基于SQL Server CE 3.0的小型數(shù)據(jù)庫(kù)smart.sdf，該數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了四張數(shù)據(jù)表：表II顯示了該數(shù)據(jù)庫(kù)中表的用途。

表2 終端數(shù)據(jù)庫(kù)表Tab.2 Table of database on PPC

3.3 GPS信息采集

GPS信息采集用來(lái)記錄巡檢人員的路徑信息，具有隨PS同時(shí)啟動(dòng)功能，并自動(dòng)運(yùn)行于后臺(tái)。利用開(kāi)發(fā)的Microsoft.WindowsMobile.Samples.Location類(lèi)庫(kù)獲取GPS定位信息，包括經(jīng)度、緯度以及時(shí)間。該模塊每隔一定時(shí)間向數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)定位信息和時(shí)間，提供給管理員作為評(píng)價(jià)巡檢人員工作狀況的要素。終端向CIPS傳輸數(shù)據(jù)或者CIPS機(jī)向終端傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，在后臺(tái)運(yùn)行的GPS會(huì)終止向數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，這樣可以保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生沖突。保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴D5顯示的是定位信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

巡檢信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度測(cè)試與改進(jìn)，已經(jīng)在山東科技大學(xué)的后勤管理上應(yīng)用了一年。工作人員首先對(duì)校區(qū)內(nèi)各個(gè)教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)的小、中型電力設(shè)備設(shè)置電子標(biāo)簽，將設(shè)備信息、工作人員信息和手持終端信息等錄入PC端服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作任務(wù)，由工作人員操作分配的手持終端，對(duì)從綜合信息管理平臺(tái)下載的設(shè)備進(jìn)行故障巡檢。

圖5 獲取的定位信息Fig.5 GPS information

在應(yīng)用的過(guò)程中，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了部分工作人員和上級(jí)分配的手持終端互換、設(shè)備信息的更改與重新錄入以及替檢情況的考驗(yàn)。數(shù)據(jù)庫(kù)的特殊設(shè)計(jì)，保證了巡檢數(shù)據(jù)的抗干擾性，在數(shù)據(jù)庫(kù)中并沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的情況，保證了最終人員任務(wù)完成率和設(shè)備故障率的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性。圖4為巡檢人員對(duì)11號(hào)教學(xué)樓中4號(hào)設(shè)備錄入的現(xiàn)場(chǎng)信息，圖5為巡檢人員在11號(hào)教學(xué)樓測(cè)得的定位和時(shí)間數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

基于GPS和RFID技術(shù)的巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巡視人員工作狀態(tài)的監(jiān)控、信息處理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，避免了錯(cuò)巡、漏巡的發(fā)生，可以有效地保證工作人員的巡檢質(zhì)量。作為企業(yè)管理人員，可以方便清楚的了解每一次巡檢的各個(gè)環(huán)節(jié)，具體到巡檢中的每一個(gè)工作地點(diǎn)的作業(yè)時(shí)間，每一臺(tái)設(shè)備的檢查項(xiàng)目等。使得管理人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的了解設(shè)備狀況，制定最佳的保養(yǎng)和維修方案。實(shí)現(xiàn)了“無(wú)紙化巡檢”模式辦公，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的巡檢管理水平，進(jìn)一步確保企業(yè)生產(chǎn)的安全可靠運(yùn)行。

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