基于GPS和RFID技術(shù)的智能巡檢系統設計

摘要：針對企業(yè)生產(chǎn)設備的巡檢工作中存在人為的錯巡、漏巡等問(wèn)題，設計實(shí)現了一種基于GPS和RFID技術(shù)的智能巡檢系統。該系統以計算機為依托構建中央信息處理系統CIPS（Central InformatiON Processing System），以Poeket PC作為巡檢終端PS（Portable STation），采用SQL SERver2000關(guān)系型數據庫和SQL Server CE3.0嵌入式數據庫技術(shù)，集RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)、信息管理、信息傳輸等多項技術(shù)于一體，完成信息在CIPS和PS之間的交互，實(shí)現巡檢信息的綜合處理。

　　傳統的巡檢方式由于受氣候條件、環(huán)境因素、人員素質(zhì)和責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。設備隱患不能及時(shí)發(fā)現，容易引發(fā)生產(chǎn)事故。如何監督巡檢人員巡檢路線(xiàn)的到位情況和工作狀態(tài)以及巡檢工作的規范化管理已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)設備管理者普遍關(guān)注和亟待解決的問(wèn)題。因此，為了保證線(xiàn)路的準確和設備巡檢的順利進(jìn)行，改革傳統落后巡檢方式勢在必行。利用工廠(chǎng)設備間電力線(xiàn)進(jìn)行信息傳輸，噪聲干擾大，可靠性得不到保障。巡檢時(shí)對于設備信息的讀取，超聲波技術(shù)較為復雜。本文通過(guò)對大部分企業(yè)的調查分析與論證，以VS2005為開(kāi)發(fā)工具設計開(kāi)發(fā)了基于GPS和RFID技術(shù)的巡檢系統。

1 系統總體架構

　　基于GPS和RFID技術(shù)的智能巡檢系統主要由巡檢終端PS和中央處理系統CIPS組成，總體架構如下：運行Windows Mobile嵌入式操作系統的PPC作為基礎的巡檢終端PS,該PS設置RFID掃描裝置，用于定位設備（巡檢對象），同時(shí)也被用作到位跟蹤。后臺管理系統提供設備管理、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。

　　系統設計以模塊化思想為指導分為兩大模塊：CIPS軟件設計和巡檢終端PS軟件設計，如圖1所示。每個(gè)子模塊都保持相對獨立性，使得該系統既具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，又易于維護。整個(gè)巡檢系統設計完成后，將按照如圖2所示的操作流程進(jìn)行。巡檢對象信息通過(guò)PS安裝的RFID掃描裝置讀取進(jìn)終端數據庫，并對自動(dòng)彈出巡檢數據錄入界面，進(jìn)行巡檢信息的錄入。

圖1 系統總體架構

圖2 系統現場(chǎng)操作

2 CIPS軟件平臺

　　2.1 綜合信息管理平臺

　　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來(lái)分配給各個(gè)巡檢人員，所有的巡檢數據也是由該平臺保存到數據庫以供分析。該平臺的搭建的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統的正常運行，該系統分為以下幾個(gè)模塊進(jìn)行設計。

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

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

　　信息管理模塊：負責管理巡檢人員、巡檢設備和巡檢對象的信息錄入、修改和刪除。信息存儲在數據庫的Device表、Worker表和Mobile phone表中，每次打開(kāi)時(shí)都從數據庫相應表中獲取數據，顯示給操作管理人員，在該界面還可以完成相應信息的添加、刪除和修改，并實(shí)時(shí)更新至綜合信息顯示模塊。

　　數據統計模塊：負責對巡檢人員工作情況和設備狀況進(jìn)行統計分析，檢查巡檢人員的任務(wù)完成率、為管理人員對每個(gè)巡檢人員任務(wù)完成率做出科學(xué)評價(jià)；對設備的長(cháng)期運行的故障率進(jìn)行統計分析。

圖3 設備故障統計

　　2.2 數據庫的建立

　　數據庫的建立為信息的存儲提供了便利，不僅在后臺支撐整個(gè)系統的運行，還保障數據存取的安全性。通過(guò)對各種生產(chǎn)企業(yè)電力設備的調查研究與對用戶(hù)需求的分析，以功能豐富、易于擴展以及安全性等原則，數據庫采用三層結構設計，降低了對客戶(hù)端系統配置的要求。該系統主要以SQLSERVER 2000數據庫為基礎，設計7張數據表，各個(gè)表的詳細信息如表1所示。使用該數據庫的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，SQLServer數據庫驅動(dòng)使用一種被稱(chēng)作表數據流的協(xié)議和SQLServer進(jìn)行通信，使用ADO.NET和SQLServer 2000數據庫完成巡檢信息的存取。

表1 CIPS數據庫表

　　2.3 數據傳輸

　　數據傳輸模塊是PS和CIPS進(jìn)行信息交換的關(guān)鍵，其可靠性決定了系統能否正常運行。該模塊采用OpenNETCF.Desk-top.Communication類(lèi)庫完成CIPS和PS數據的傳輸，同微軟公司的ActiveSync同步工具機理一致，通過(guò)數據的復制與CIPS數據庫之間數據的交互。對于設備連接與數據復制的控制，通過(guò)定時(shí)器Timer不間斷的搜索連接在CIPS上的設備，查看終端設備是否已經(jīng)連接CIPS,如果連接成功，則會(huì )自動(dòng)將數據復制到CIPS中，否則繼續搜索。

3 巡檢終端PS

　　3.1 RFID信息采集

　　RFID信息的采集由閱讀器（Reader）與電子標簽（TAG）及應用軟件系統3個(gè)部份組成，該巡檢儀結合提供的RFID應用軟件開(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據錄入界面。終端PS信息顯示則是以表格的形式顯示給用戶(hù)，包括是否完成、序號、設備ID、設備名稱(chēng)、操作人信息等。由于每個(gè)巡檢對象上都裝有電子標簽，通過(guò)Pocket PC安裝的RFID閱讀器，自動(dòng)將信息掃面進(jìn)終端數據庫，并可激活信息采集軟件，根據閱讀到的具體ID信息進(jìn)入相應的巡檢數據錄入界面。巡檢數據錄入則是記錄數據的關(guān)鍵，主要有兩部分組成，即Device Status記錄巡檢對象故障和正常、Device Record記錄該設備的詳細說(shuō)明，如圖4所示。

圖4 信息顯示界面

　　3.2 嵌入式數據庫

　　SQLServer CE 3.0數據庫是一種功能強大、結構緊湊的小型嵌入式數據庫，它不僅提供了關(guān)系型數據庫的基本功能，還支持事務(wù)以及混合數據類(lèi)型，僅占用非常小的內存和其他系統資源。因此，該數據庫非常適合嵌入式系統的開(kāi)發(fā)。在PS終端設計一個(gè)基于SQL ServerCE 3.0的小型數據庫smart.sdf,該數據庫設計了四張數據表；表2顯示了該數據庫中表的用途。

表2 終端數據庫表

　　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)運行于后臺。利用開(kāi)發(fā)的Microsoft.WindowsMobile.Sam ples.Location類(lèi)庫獲取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)間向數據庫中存儲定位信息和時(shí)間，提供給管理員作為評價(jià)巡檢人員工作狀況的要素。終端向CIPS傳輸數據或者CIPS機向終端傳輸數據時(shí)，在后臺運行的GPS會(huì )終止向數據庫寫(xiě)入數據，這樣可以保證數據在傳輸過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生沖突。保證數據傳輸的安全性。圖5顯示的是定位信息存儲數據。

圖5 獲取的定位信息

4 系統測試

　　巡檢信息管理系統設計完成后，在實(shí)驗室內部經(jīng)過(guò)高強度測試與改進(jìn)，已經(jīng)在山東科技大學(xué)的后勤管理上應用了一年。工作人員首先對校區內各個(gè)教學(xué)樓、實(shí)驗樓內的小、中型電力設備設置電子標簽，將設備信息、工作人員信息和手持終端信息等錄入PC端服務(wù)器的數據庫中。根據現場(chǎng)的工作任務(wù)，由工作人員操作分配的手持終端，對從綜合信息管理平臺下載的設備進(jìn)行故障巡檢。

　　在應用的過(guò)程中，該系統經(jīng)過(guò)了部分工作人員和上級分配的手持終端互換、設備信息的更改與重新錄入以及替檢情況的考驗。數據庫的特殊設計，保證了巡檢數據的抗干擾性，在數據庫中并沒(méi)有出現數據混亂的情況，保證了最終人員任務(wù)完成率和設備故障率的統計準確性。圖4為巡檢人員對11號教學(xué)樓中4號設備錄入的現場(chǎng)信息，圖5為巡檢人員在11號教學(xué)樓測得的定位和時(shí)間數據。

5 結論

　　基于GPS和RFID技術(shù)的巡檢系統能夠實(shí)現對巡視人員工作狀態(tài)的監控、信息處理的標準化和規范化，避免了錯巡、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，具體到巡檢中的每一個(gè)工作地點(diǎn)的作業(yè)時(shí)間，每一臺設備的檢查項目等。使得管理人員能夠及時(shí)、準確、全面的了解設備狀況，制定最佳的保養和維修方案。實(shí)現了"無(wú)紙化巡檢"模式辦公，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)設備的巡檢管理水平，進(jìn)一步確保企業(yè)生產(chǎn)的安全可靠運行。