基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)

陳 達(dá)，章 順，馬 晨

（南方電網(wǎng)深圳數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，廣東深圳 518053）

0 引言

近年來，南方電網(wǎng)公司在各地均逐步開展智能倉儲(chǔ)、智能急救包的建設(shè)工作，投入逐年增加，在市場(chǎng)的有利驅(qū)動(dòng)下，加速研發(fā)無人值守急救包管理系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目，對(duì)于快速搶占智能配電房低壓監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)起到戰(zhàn)略性支撐作用。同時(shí)南方電網(wǎng)公司積極響應(yīng)國家供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展要求，2020 年制定了《公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)方案》《供應(yīng)鏈創(chuàng)新與應(yīng)用行動(dòng)方案》等相關(guān)管理舉措，加快供應(yīng)鏈創(chuàng)新與應(yīng)用[1]。在此背景下采用了無人值守急救包管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要功能包括倉儲(chǔ)存儲(chǔ)管理、移動(dòng)作業(yè)管理、業(yè)務(wù)報(bào)表、自助作業(yè)臺(tái)、自動(dòng)化設(shè)備硬件調(diào)度等，但是急救包存儲(chǔ)管理一直存在投入大產(chǎn)出低、作業(yè)效率低、賬實(shí)不一致的痛點(diǎn)。傳統(tǒng)的急救包倉庫管理需要專人進(jìn)行值守，管理投入大，用戶迫切需要實(shí)現(xiàn)急救包的智能化管理，以幫助實(shí)現(xiàn)無人值守管理，大幅降低管理投入，同時(shí)保障庫存賬實(shí)相符，為此提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)。通過研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)智能急救包的補(bǔ)貨、領(lǐng)料、貨位分配的自動(dòng)化與智能化。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 視頻監(jiān)控傳感器選型與設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)急救包無人值守管理的功能，此次在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了視頻監(jiān)控傳感器，利用傳感器對(duì)急救包進(jìn)行24 h 不間斷監(jiān)控。由于急救包內(nèi)包含重要的應(yīng)急搶修物資，這些搶修物資長時(shí)間暴露在外，外界環(huán)境的溫度、濕度、煙霧等會(huì)對(duì)應(yīng)急搶修物資的質(zhì)量造成影響，進(jìn)而影響急救包的使用效果，因此此次設(shè)計(jì)了視頻監(jiān)控溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器以及水浸傳感器，采集急救包所處環(huán)境的溫度、濕度、煙霧以及水浸相關(guān)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)信息[2]。根據(jù)實(shí)際需求選取了IHDI4122D 視頻監(jiān)控溫度傳感器、SIKOA5SF 視頻監(jiān)控濕度傳感器、SFHGE25FF 視頻監(jiān)控?zé)熿F傳感器、SGFHA54GA 視頻監(jiān)控水浸傳感器（表1）。

表1 視頻監(jiān)控傳感器參數(shù)表

將視頻監(jiān)控溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器安裝在急救包倉庫四周，將視頻監(jiān)控水浸傳感器安裝在急救包智能存儲(chǔ)柜內(nèi)部，將各個(gè)傳感器的電源與系統(tǒng)電源總線串聯(lián)在一起，并且為每個(gè)傳感器配備1 個(gè)應(yīng)急電源，使用切換器對(duì)2 個(gè)電源進(jìn)行切換，當(dāng)急救包管理倉庫電源自動(dòng)跳閘或者出現(xiàn)電路故障時(shí)，切換器將傳感器的電源自動(dòng)切換到應(yīng)急電源上，保證傳感器對(duì)急救包所處環(huán)境不間斷監(jiān)控管理[3]。利用OOBS 讀卡器將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取，并將讀取的溫度、濕度、煙霧、水浸數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量格式，上傳到TXXT1 文件、TXXT2 文件、TXXT3 文件、TXXT4 文件。

1.2 語音播放器選型與設(shè)計(jì)

語音播放器的作用是播報(bào)當(dāng)前急救包庫存情況，以及近期急救包領(lǐng)取和使用情況。此次選取上海PSDH 公司出產(chǎn)的型號(hào)為OSFA/A2SF4 智能語音播放器，該播放器體積比較小，重量僅為200 g，內(nèi)置ADHU 芯片與4 MB 閃存。將該語音播放器安裝在急救包智能存儲(chǔ)柜上方，使用微型USB 接口與急救包智能存儲(chǔ)柜連接，由通過基于PC 的網(wǎng)絡(luò)端口自動(dòng)更新音頻文件。音頻文件是以急救包智能存儲(chǔ)柜內(nèi)存的數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定音頻文件更新周期以及急救包智能存儲(chǔ)柜內(nèi)存數(shù)據(jù)調(diào)取頻率。由進(jìn)口功放TPA3110 驅(qū)動(dòng)語音播放器內(nèi)置的高音質(zhì)全頻喇叭播放，播放內(nèi)容包括急救包現(xiàn)存數(shù)量、種類、最近補(bǔ)包數(shù)量、急救包領(lǐng)取人姓名、用途等，并通過電位器來自定義設(shè)定播放音量。

1.3 急救包智能存儲(chǔ)柜選型與設(shè)計(jì)

急救包智能存儲(chǔ)柜是系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備，其作用是對(duì)急救包存儲(chǔ)管理。根據(jù)急救包存儲(chǔ)需求選擇型號(hào)為SOFPOWR/65A4F 智能存儲(chǔ)柜，該存儲(chǔ)柜空間比較大，為鋁合金材料，每個(gè)急救包都擁有獨(dú)立的存儲(chǔ)格，為了合理利用智能存儲(chǔ)柜，將存儲(chǔ)柜內(nèi)部的存儲(chǔ)格規(guī)格大小設(shè)計(jì)比急救包長度與寬度大5 cm。此外對(duì)智能存儲(chǔ)柜設(shè)計(jì)了身份驗(yàn)證操作平臺(tái)，用戶在系統(tǒng)上申請(qǐng)急救包領(lǐng)取資格，系統(tǒng)自動(dòng)生成1 個(gè)領(lǐng)取碼，用戶在智能存儲(chǔ)柜身份驗(yàn)證操作平臺(tái)上輸入該領(lǐng)取碼，此時(shí)柜門將自動(dòng)彈開，以避免其他人員冒領(lǐng)急救包，保護(hù)急救包的安全。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的管理功能包括存儲(chǔ)管理、智能調(diào)度、移動(dòng)作業(yè)、自動(dòng)作業(yè)、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)查詢，系統(tǒng)運(yùn)行需要各個(gè)功能單元之間相互通信，為了提高系統(tǒng)功能電源協(xié)作效率，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)通信網(wǎng)關(guān)（圖1）。

圖1 基于物理網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)示意

由于各個(gè)單元均具有各自獨(dú)立的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了4層架構(gòu)的通信網(wǎng)關(guān)，其中包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層以及IEEE 物理層，整個(gè)網(wǎng)關(guān)采用IEEE802.15.4 協(xié)議棧。這樣，通信網(wǎng)關(guān)就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)功能單元之間的通信：

（1）應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)各個(gè)功能單元之間數(shù)據(jù)傳送，為系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)[4]。

（2）網(wǎng)絡(luò)層由各個(gè)單元的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成，如傳輸控制協(xié)議、因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議、局域網(wǎng)協(xié)議等，并為每個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口[5]。

（3）數(shù)據(jù)鏈路層由通信鏈路組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)通信鏈路的管理與控制，根據(jù)就近原則將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罱耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)之間的距離采用歐式距離公式計(jì)算，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的歐式距離選擇通信節(jié)點(diǎn)，從而組建通信鏈路[6]。

（4）物理層由系統(tǒng)硬件設(shè)備組成，采用IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)處理系統(tǒng)各個(gè)硬件設(shè)備的訪問，為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及數(shù)據(jù)鏈路層提供管理服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。利用物理網(wǎng)技術(shù)將系統(tǒng)硬件設(shè)備與急救包倉庫網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)建系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)，為倉儲(chǔ)存儲(chǔ)管理、移動(dòng)作業(yè)管理、業(yè)務(wù)報(bào)表、自助作業(yè)臺(tái)、自動(dòng)化設(shè)備硬件調(diào)度功能實(shí)現(xiàn)提供通信服務(wù)。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

本實(shí)驗(yàn)以南方電網(wǎng)公司急救包為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，急救包倉庫存有653 個(gè)急救包，利用設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)公司急救包進(jìn)行無人值守管理：準(zhǔn)備了8 臺(tái)傳感器，每種視頻監(jiān)控傳感器各2 臺(tái)，以及1 臺(tái)語音播放器和1 臺(tái)急救包智能存儲(chǔ)柜；急救包智能存儲(chǔ)柜存儲(chǔ)格數(shù)量為100 個(gè)，由100 個(gè)用戶向系統(tǒng)提出急救包領(lǐng)取服務(wù)，利用IUD軟件記錄兩種系統(tǒng)每次完成一套管理流程用時(shí)時(shí)間，管理流程包括急救包領(lǐng)取申請(qǐng)、身份驗(yàn)證、領(lǐng)料出貨、語音播報(bào)、補(bǔ)貨等。隨機(jī)抽取8 次管理耗時(shí)數(shù)據(jù)，利用電子表格記錄（表2）。

從表2 可以看出，應(yīng)用此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成一套急救包管理流程時(shí)間比較短，平均耗時(shí)2.06 min，最長耗時(shí)3.14 min，低于傳統(tǒng)系統(tǒng)的最長耗時(shí)和平均耗時(shí)分別為19.23 min、16.42 min。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快了系統(tǒng)之間各個(gè)單元的數(shù)據(jù)傳輸效率，從而加快了系統(tǒng)的管理服務(wù)響應(yīng)速率，使系統(tǒng)具有良好的靈敏性。此次實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)系統(tǒng)更適用于無人值守急救包管理。

表2 兩種系統(tǒng)應(yīng)用下急救包管理耗時(shí)對(duì)比 min

4 結(jié)束語

該急救包倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以智能網(wǎng)關(guān)為核心，實(shí)現(xiàn)了急救包倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)與智能網(wǎng)關(guān)集成，并通過網(wǎng)關(guān)來集成移動(dòng)作業(yè)終端、人臉識(shí)別門禁、智能門鎖、智能回轉(zhuǎn)柜、視頻監(jiān)控溫度傳感器、濕度傳感器、水浸傳感器、煙霧傳感器、語音播放器、無線照明等10 多項(xiàng)智能設(shè)備，開發(fā)設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守急救包管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)急救包的24 h 無人值守自助領(lǐng)料。另外，該系統(tǒng)還有效解決夜間、周末倉庫無人值守時(shí)應(yīng)急搶修物資供應(yīng)不及時(shí)的問題，實(shí)現(xiàn)物資補(bǔ)貨與領(lǐng)用更加高效、便捷，大幅降低急救包管理的人工成本，提升管理效率。