基于GPS和RFID技术的智能巡检系统

摘要：针对企业生产设备的巡检工作中存在人为的错巡、漏巡等问题，设计实现了一种基于GPS和RFID技术的智能巡检系统。该系统以计算机为依托构建中央信息处理系统CIPS(Central Information Processing System)，以Poeket PC作为巡检终端PS(Portable Station)，采用SQL Server2000关系型数据库和SQL Server CE3．0嵌入式数据库技术，集RFID技术、GPS定位技术、信息管理、信息传输等多项技术于一体，完成信息在CIPS和PS之间的交互，实现巡检信息的综合处理。
关键词：智能巡检；嵌入式数据库；GPS；RFID

    传统的巡检方式由于受气候条件、环境因素、人员素质和责任心等多方面因素的制约，巡检质量和到位率无法保证。设备隐患不能及时发现，容易引发生产事故。如何监督巡检人员巡检路线的到位情况和工作状态以及巡检工作的规范化管理已经成为企业生产设备管理者普遍关注和亟待解决的问题。因此，为了保证线路的准确和设备巡检的顺利进行，改革传统落后巡检方式势在必行。利用工厂设备间电力线进行信息传输，噪声干扰大，可靠性得不到保障。巡检时对于设备信息的读取，超声波技术较为复杂。本文通过对大部分企业的调查分析与论证，以VS2005为开发工具设计开发了基于GPS和RFID技术的巡检系统。

1 系统总体架构
    基于GPS和RFID技术的智能巡检系统主要由巡检终端PS和中央处理系统CIPS组成，总体架构如下：运行Windows Mobile嵌入式操作系统的PPC作为基础的巡检终端PS，该PS设置RFID扫描装置，用于定位设备(巡检对象)，同时也被用作到位跟踪。后台管理系统提供设备管理、巡视管理和缺陷管理等功能。并接受来自于巡检终端的巡检资料。

    系统设计以模块化思想为指导分为两大模块：CIPS软件设计和巡检终端PS软件设计，如图1所示。每个子模块都保持相对独立性，使得该系统既具有开放性的特点，又易于维护。整个巡检系统设计完成后，将按照如图2所示的操作流程进行。巡检对象信息通过PS安装的RFID扫描装置读取进终端数据库，并对自动弹出巡检数据录入界面，进行巡检信息的录入。

2 CIPS软件平台
2．1 综合信息管理平台
    CIPS操作界面是各个子模块相互操作的核心，所有的巡检任务都是通过CIPS的综合信息管理平台来分配给各个巡检人员，所有的巡检数据也是由该平台保存到数据库以供分析。该平台的搭建的优劣直接关系到整个系统的正常运行，该系统分为以下几个模块进行设计。
    综合信息显示模块：该模块包括下载巡检资料、上传巡检数据、查看下载的巡检资料以及对下载的巡检资料进行再补充或删除的功能。可以实时监测巡检终端的链接状态并自动连接。
    GPS信息查询模块：该模块用来查询某巡检人员在一次巡检任务中的所走过的路径，作为评价巡检人员工作优劣的指标之一，提高巡检人员的工作效率。
    信息管理模块：负责管理巡检人员、巡检设备和巡检对象的信息录入、修改和删除。信息存储在数据库的Device表、Worker表和Mobile phone表中，每次打开时都从数据库相应表中获取数据，显示给操作管理人员，在该界面还可以完成相应信息的添加、删除和修改，并实时更新至综合信息显示模块。
    数据统计模块：负责对巡检人员工作情况和设备状况进行统计分析，检查巡检人员的任务完成率、为管理人员对每个巡检人员任务完成率做出科学评价；对设备的长期运行的故障率进行统计分析。

2．2 数据库的建立
    数据库的建立为信息的存储提供了便利，不仅在后台支撑整个系统的运行，还保障数据存取的安全性。通过对各种生产企业电力设备的调查研究与对用户需求的分析，以功能丰富、易于扩展以及安全性等原则，数据库采用三层结构设计，降低了对客户端系统配置的要求。该系统主要以SQLSERVER 2000数据库为基础，设计7张数据表，各个表的详细信息如表1所示。使用该数据库的另一个优点为，SQLServer数据库驱动使用一种被称作表数据流的协议和SQLServer进行通信，使用ADO．NET和SQLServer 2000数据库完成巡检信息的存取。

2．3 数据传输
    数据传输模块是PS和CIPS进行信息交换的关键，其可靠性决定了系统能否正常运行。该模块采用OpenNETCF．Desk-top．Communication类库完成CIPS和PS数据的传输，同微软公司的ActiveSync同步工具机理一致，通过数据的复制与CIPS数据库之间数据的交互。对于设备连接与数据复制的控制，通过定时器Timer不间断的搜索连接在CIPS上的设备，查看终端设备是否已经连接CIPS，如果连接成功，则会自动将数据复制到CIPS中，否则继续搜索。

3 巡检终端PS
3．1 RFID信息采集
    RFID信息的采集由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)及应用软件系统3个部份组成，该巡检仪结合提供的RFID应用软件开发出适合Pocket PC的RFID信息采集软件，该软件包括终端信息显示界面和巡检数据录入界面。终端PS信息显示则是以表格的形式显示给用户，包括是否完成、序号、设备ID、设备名称、操作人信息等。由于每个巡检对象上都装有电子标签，通过Pocket PC安装的RFID阅读器，自动将信息扫面进终端数据库，并可激活信息采集软件，根据阅读到的具体ID信息进入相应的巡检数据录入界面。巡检数据录入则是记录数据的关键，主要有两部分组成，即Device Status记录巡检对象故障和正常、Device Record记录该设备的详细说明，如图4所示。

3．2 嵌入式数据库
    SQLServer CE 3．0数据库是一种功能强大、结构紧凑的小型嵌入式数据库，它不仅提供了关系型数据库的基本功能，还支持事务以及混合数据类型，仅占用非常小的内存和其他系统资源。因此，该数据库非常适合嵌入式系统的开发。在PS终端设计一个基于SQL ServerCE 3．0的小型数据库smart．sdf，该数据库设计了四张数据表；表2显示了该数据库中表的用途。

3．3 GPS信息采集
    GPS信息采集用来记录巡检人员的路径信息，具有随PS同时启动功能，并自动运行于后台。利用开发的Microsoft．WindowsMobile．Sam ples．Location类库获取GPS定位信息，包括经度、纬度以及时间。该模块每隔一定时间向数据库中存储定位信息和时间，提供给管理员作为评价巡检人员工作状况的要素。终端向CIPS传输数据或者CIPS机向终端传输数据时，在后台运行的GPS会终止向数据库写入数据，这样可以保证数据在传输过程中不会产生冲突。保证数据传输的安全性。图5显示的是定位信息存储数据。

4 系统测试
    巡检信息管理系统设计完成后，在实验室内部经过高强度测试与改进，已经在山东科技大学的后勤管理上应用了一年。工作人员首先对校区内各个教学楼、实验楼内的小、中型电力设备设置电子标签，将设备信息、工作人员信息和手持终端信息等录入PC端服务器的数据库中。根据现场的工作任务，由工作人员操作分配的手持终端，对从综合信息管理平台下载的设备进行故障巡检。
    在应用的过程中，该系统经过了部分工作人员和上级分配的手持终端互换、设备信息的更改与重新录入以及替检情况的考验。数据库的特殊设计，保证了巡检数据的抗干扰性，在数据库中并没有出现数据混乱的情况，保证了最终人员任务完成率和设备故障率的统计准确性。图4为巡检人员对11号教学楼中4号设备录入的现场信息，图5为巡检人员在11号教学楼测得的定位和时间数据。

5 结论
    基于GPS和RFID技术的巡检系统能够实现对巡视人员工作状态的监控、信息处理的标准化和规范化，避免了错巡、漏巡的发生，可以有效地保证工作人员的巡检质量。作为企业管理人员，可以方便清楚的了解每一次巡检的各个环节，具体到巡检中的每一个工作地点的作业时间，每一台设备的检查项目等。使得管理人员能够及时、准确、全面的了解设备状况，制定最佳的保养和维修方案。实现了“无纸化巡检”模式办公，有效提高了企业生产设备的巡检管理水平，进一步确保企业生产的安全可靠运行。