基于RFID/GPRS/GIS的特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董天東

(河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院,河南 鄭州 450004)

基于RFID/GPRS/GIS的特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董天東

(河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院,河南 鄭州 450004)

本文結(jié)合特種設(shè)備安全檢驗(yàn)工作的特點(diǎn)和設(shè)備具體使用環(huán)境,分析基于射頻標(biāo)識(shí)技術(shù)和無線通信技術(shù)的特種設(shè)備互聯(lián)技術(shù)以及在安全檢驗(yàn)的應(yīng)用,把基于RFID自動(dòng)識(shí)別和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為特征的檢驗(yàn)業(yè)務(wù)管理延伸到特種設(shè)備檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng),并依托地理信息系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了特種設(shè)備的地理空間分布管理,為依靠信息技術(shù)提升特種設(shè)備安全檢驗(yàn)提供一種思路。

射頻標(biāo)識(shí);地理信息系統(tǒng);特種設(shè)備;安全檢驗(yàn)

特種設(shè)備是指國家認(rèn)定的,因設(shè)備本身和外在因素影響容易發(fā)生事故,且一旦發(fā)生事故會(huì)造成人身傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失的危險(xiǎn)性設(shè)備,包括電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施、鍋爐、壓力容器、壓力管道等,尤其是最近媒體報(bào)道的多起“吃人電梯”事件,給人民的生活帶來了負(fù)面影響,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的今天,依靠目標(biāo)識(shí)別和無線互聯(lián)技術(shù)隨時(shí)隨地了解這些設(shè)備的安全運(yùn)行狀況,以便加強(qiáng)安全檢驗(yàn)就顯得非常重要,而目前的情況是：①對(duì)使用這些設(shè)備的人或者乘坐這些設(shè)備的人來說,根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局的要求,必須在顯著位置張貼“安全檢驗(yàn)標(biāo)志”,標(biāo)志內(nèi)容包括設(shè)備注冊(cè)代碼、維保單位名稱、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)名稱、檢驗(yàn)人員以及下次檢驗(yàn)日期等,這些信息都是靜態(tài)的,反映的是檢驗(yàn)時(shí)的設(shè)備安全狀況,對(duì)設(shè)備的詳細(xì)信息、不合格信息、企業(yè)整改信息無法全部顯示出來,在發(fā)生安全事故時(shí)(如電梯關(guān)人、公園游樂設(shè)施卡人、起重機(jī)傾覆等),現(xiàn)場(chǎng)無法方便快捷地獲取緊急救援方式和求救信息；②對(duì)安全監(jiān)管部門來說,檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)的歷史信息保存在檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中,現(xiàn)場(chǎng)無法確切知道歷史檢驗(yàn)信息和企業(yè)的維護(hù)信息,加上企業(yè)普遍對(duì)特種設(shè)備安全意識(shí)淡薄、檔案資料丟失嚴(yán)重,不只是檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)此感覺麻煩,安全監(jiān)察部門和執(zhí)法部門也甚為頭痛,這些機(jī)構(gòu)之間更是缺少必要的信息溝通渠道,使得特種設(shè)備安全監(jiān)察、執(zhí)法監(jiān)督和安全檢驗(yàn)工作脫節(jié),借助RFID對(duì)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別,同時(shí)配合電信運(yùn)行商的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把信息推送到用戶智能手機(jī)上或者監(jiān)管人員專用PDA中可以解決上述這些問題,本文基于此理念設(shè)計(jì)了特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),經(jīng)過實(shí)際運(yùn)用,較好地解決了這個(gè)問題。

1 目標(biāo)識(shí)別和信息推送技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)研究的特種設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的特種設(shè)備目標(biāo)識(shí)別,主要采用將印刷好的“安全檢驗(yàn)標(biāo)志”和RFID技術(shù)結(jié)合,其中RIFD技術(shù)主要是滿足安全檢驗(yàn)部門的設(shè)備注冊(cè)登記信息以及安全檢驗(yàn)信息的讀取和寫入,使用的掌中設(shè)備為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)專用的PDA,考慮到設(shè)備標(biāo)簽的粘貼位置不方便PDA近距離操作,增加了藍(lán)牙讀卡器,這樣使PDA和RFID標(biāo)簽的距離可以延伸到10m左右；PDA讀取設(shè)備的特征碼后通過GPRS無線通訊技術(shù)從特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)中獲取該臺(tái)設(shè)備的相關(guān)信息,并回傳到檢驗(yàn)人員手中,實(shí)現(xiàn)了檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互,把檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)部門的檢驗(yàn)業(yè)務(wù)管理延伸到檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。同樣安全監(jiān)察人員、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法人員、用戶或者乘客獲取設(shè)備安全信息只需要使用掌中設(shè)備,通過GPRS技術(shù)從安全可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫提取歷史檢查和維護(hù)資料,真正實(shí)現(xiàn)了特種設(shè)備的安全狀況公開透明。

實(shí)現(xiàn)過程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)RFID系統(tǒng)的選擇,這是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),能夠用射頻方式向待識(shí)別設(shè)備發(fā)射識(shí)別代碼,待識(shí)別設(shè)備上粘貼有記錄設(shè)備特征代碼的RFID標(biāo)簽,通過標(biāo)簽上的天線發(fā)送和接收射頻數(shù)據(jù),藍(lán)牙讀卡器將收集到的信息傳送到用戶的PDA上處理和存儲(chǔ)［1］。該技術(shù)通過將“安全檢驗(yàn)標(biāo)志”與電子標(biāo)簽相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)無線即時(shí)讀取、大容量和高速數(shù)據(jù)處理以及高度自動(dòng)化等功能,極大地方便現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員讀寫設(shè)備相關(guān)檢驗(yàn)信息。

射頻標(biāo)簽使用的工作頻率各不相同,主要有三種基本頻率,決定著讀取距離：①低頻(125/134kHz)常用于訪問控制,如牲畜跟蹤和資產(chǎn)跟蹤；②高頻(13.56mHz)用于中速讀取數(shù)據(jù),讀取距離約1.5m。這一頻率具有不受水和金屬影響的特點(diǎn)；③超高頻(850mHz～950mHz)讀取距離最長(zhǎng),可達(dá)3m,用于高速讀取。

而標(biāo)簽的讀取方式有兩種：一種是主動(dòng)的,一種是被動(dòng)的。主動(dòng)標(biāo)簽用電池驅(qū)動(dòng),向讀碼器發(fā)射信號(hào),傳輸距離通常到100m。被動(dòng)標(biāo)簽沒有電池,靠讀碼器發(fā)出信號(hào)的能量工作,讀取距離大約只有3m。主動(dòng)標(biāo)簽比被動(dòng)標(biāo)簽的個(gè)頭大并且貴。

本次應(yīng)用技術(shù)研究中對(duì)標(biāo)簽的選擇主要考慮三個(gè)因素：①電子標(biāo)簽的粘貼部位；②電子標(biāo)簽的使用環(huán)境；③電子標(biāo)簽的讀取距離。對(duì)電梯、游樂設(shè)施、客運(yùn)索道來說,這些設(shè)備均有人可以方便、安全接觸到的部位,可以選擇讀取距離近的低頻或者高頻標(biāo)簽,粘貼在比如電梯轎廂、客運(yùn)索道上下站、游樂設(shè)施入口等處,而對(duì)有些不方便靠近的設(shè)備,比如無限遙控橋式起重機(jī),就要有針對(duì)性開展研究,解決標(biāo)簽粘貼部位的選擇問題。試用過程中我們選擇13.56mHz的高頻被動(dòng)式電子標(biāo)簽,對(duì)于不方便靠近的設(shè)備則另外增加藍(lán)牙讀卡器,通過該讀卡器讀取RFID信息,然后通過藍(lán)牙協(xié)議傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員的掌中設(shè)備。

特種設(shè)備使用環(huán)境相當(dāng)惡劣,尤其是起重機(jī)械,如此惡劣的環(huán)境中,RFID的使用效果和產(chǎn)品的穩(wěn)定性大打折扣。因此射頻標(biāo)簽要能經(jīng)受著大范圍溫度差的變化,潮濕的環(huán)境和載荷的沖擊,安裝位置必須可靠,對(duì)封裝材料的選材上,更要注意防爆、防壓、耐酸堿、防日曬等。

另外本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中還考慮了射頻標(biāo)簽的損壞或者丟失,對(duì)電梯、游樂設(shè)施和客運(yùn)索道可以和印刷的“安全檢驗(yàn)標(biāo)志”結(jié)合在一起,粘貼在乘客明顯可見的部位,而對(duì)作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣的起重機(jī)械來說,情況較為復(fù)雜一些,對(duì)電動(dòng)葫蘆、地面跟隨方式操作的起重機(jī)可以把電子標(biāo)簽做成卡片吸附在手電門上,對(duì)于有操作室的可以把標(biāo)簽粘貼在司機(jī)操作的地方,而對(duì)于無線遙控又不方便近距離接觸的起重機(jī)則要具體場(chǎng)合決定,甚至可把射頻標(biāo)簽芯片安裝在吊鉤、吊環(huán)等零件里。

射頻識(shí)別技術(shù)的使用將標(biāo)簽芯片安裝在特種設(shè)備上后,檢驗(yàn)員就可以利用PDA將直接讀取芯片上的記錄,使用GPRS技術(shù)從安全可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫提取歷史檢查和維護(hù)資料,真正實(shí)時(shí)了解設(shè)備的安全狀況,并馬上按照檢驗(yàn)規(guī)程的要求開始本次檢驗(yàn)工作,以標(biāo)準(zhǔn)掌上電腦PDA為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)記錄軟件可以非常容易地輸入檢驗(yàn)情況,大大減輕檢驗(yàn)員的工作量。當(dāng)檢驗(yàn)員按下存儲(chǔ)指令后,檢驗(yàn)記錄就通過電信網(wǎng)絡(luò)傳送到檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)基于互聯(lián)網(wǎng)上的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中,完成檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部的報(bào)告流轉(zhuǎn)與審批,要是熟練使用的話,這一系統(tǒng)能夠?qū)⒖倷z驗(yàn)時(shí)間減少65%［2］。效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于過去檢驗(yàn)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,先查看特種設(shè)備的出廠編號(hào)和設(shè)備注冊(cè)登記號(hào),找用戶索要?dú)v年檢驗(yàn)報(bào)告,然后開始檢查工作并手工記錄的檢驗(yàn)方法。

2 基于GPS/GPRS/RFID應(yīng)用的特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)國家特種設(shè)備相關(guān)法律,從設(shè)備投入使用、期間定期檢查、報(bào)廢都有嚴(yán)格的管理流程,本次實(shí)現(xiàn)的特種設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)安全檢驗(yàn)系統(tǒng)要做到全過程管理,必須借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù),另外其PDA具備GPS定位模塊,非常容易地采集到設(shè)備定位信息,從而生成特種設(shè)備安全監(jiān)管地理信息系統(tǒng)(GIS),通過電子地圖平臺(tái)顯示特種設(shè)備的基本信息、設(shè)備的分類、安全狀態(tài)等等。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于GPS/GPRS/RFID的特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

本系統(tǒng)的特點(diǎn)是：①使用RFID目標(biāo)識(shí)別出設(shè)備的注冊(cè)登記號(hào),即設(shè)備擁有的唯一的“身份證”,然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)安全檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部檢驗(yàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與特種設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)智能終端之間的鏈路,實(shí)現(xiàn)設(shè)備基本信息、歷次檢驗(yàn)信息、不合格信息等數(shù)據(jù)的推送；②可以根據(jù)訪問權(quán)限和信息公開設(shè)定內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備使用單位、安全監(jiān)察單位、安全檢驗(yàn)單位以及普通百姓對(duì)相關(guān)安全信息的獲取,營造監(jiān)督氛圍,擴(kuò)大監(jiān)管效果；③特種設(shè)備安全檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以把指定信息投遞給WebService接口,然后再推送到檢驗(yàn)人員掌中的終端程序。檢驗(yàn)人員可以在終端上進(jìn)行填寫檢驗(yàn)記錄,然后通過GPRS把數(shù)據(jù)回傳給特種設(shè)備安全檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。極大地節(jié)省檢驗(yàn)員的檢驗(yàn)時(shí)間,檢驗(yàn)結(jié)果網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳,緩解特種設(shè)備高速增長(zhǎng)和檢驗(yàn)人員不足的緊張局面［3一6］。

3 基于GPS/GPRS/RFID應(yīng)用的特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和大量安全檢驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入的實(shí)際情況,特種設(shè)備安全檢驗(yàn)系統(tǒng)采用多層分布式應(yīng)用體系MIDAS(MultitieredDistributedApplicationServices),其中客戶端采用Delphi進(jìn)行界面開發(fā),服務(wù)器為Delphi開發(fā)的COM+/DCOM組件,數(shù)據(jù)庫為SQL SERVER2000版。把傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的C/S模式擴(kuò)展為客戶層、中間層和數(shù)據(jù)層三層模式,客戶層主要負(fù)責(zé)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入和顯示,中間層負(fù)責(zé)訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,為客戶層提供遠(yuǎn)程調(diào)用接口,是整個(gè)系統(tǒng)的核心,數(shù)據(jù)層則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和管理等［7一8］。

用戶界面中的電子地圖的顯示、編輯、漫游以及空間檢索使用地圖控件實(shí)現(xiàn),空間數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)在本地客戶端,包括行政區(qū)劃層、道路層、水系層以及地名層,格式使用ESRI (Environmental Systems Research Institute)的shape文件,實(shí)現(xiàn)的檢索功能包括通過機(jī)電類特種設(shè)備的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)檢索空間地理分布,如2015年7月26日湖北荊州“電梯吃人”事故發(fā)生后,某品牌同類型電梯在鄭州的分布情況,在第一時(shí)間內(nèi)檢索出這些電梯的分布,及時(shí)安排復(fù)查,極大地方便了安全監(jiān)察。在各檢驗(yàn)部門負(fù)責(zé)檢驗(yàn)區(qū)域分布方面,通常不是嚴(yán)格意義上的行政區(qū)劃分布,那么使用電子地圖的空間檢索技術(shù)可以方便地增加檢驗(yàn)區(qū)域分布檢索,增加各部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的地理空間特征,為檢驗(yàn)業(yè)務(wù)的管理提供了極大的便利。

4 結(jié)束語

此項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)的研究能完成設(shè)備信息登記與統(tǒng)計(jì)、當(dāng)前狀態(tài)顯示等方面的管理,使主管部門可以方便實(shí)時(shí)了解特種設(shè)備的安裝信息、檢測(cè)結(jié)果、使用狀況、歷史記錄與當(dāng)前狀態(tài)等,為地方政府在發(fā)生特重大事故時(shí)的緊急救援以及事故防范、控制和最大限度減輕特大和重大事故災(zāi)害提供先進(jìn)的管理手段,能有效地對(duì)特種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督與管理,彌補(bǔ)當(dāng)前管理上的不足,實(shí)現(xiàn)“特種設(shè)備安全監(jiān)察無死角”的目標(biāo)。

［1］譚民,等.RFID技術(shù)系統(tǒng)工程及應(yīng)用指南［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

［2］Tagging towers·《Cranes Today》·17 September 2007.

［3］Barcodes on steroids·《Cranes Today》·15 November 2007.

［4］王來忠.射頻識(shí)別車輛信息管理系統(tǒng)［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,16(4):76一80.

［5］王來忠.GPS車輛行駛記錄定位監(jiān)控信息管理系統(tǒng)［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2008,18(6):89一94.

［6］陸文昌,徐賢,修彩靖.基于GPS與GSM的交通事故自動(dòng)呼救系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2008,18(4):94一98.

［7］王斌,魏慶朝,楊松林.G3技術(shù)集成及其在青藏鐵路信息化中的應(yīng)用研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005,15(5):71一74.

［8］張乃祿,張?jiān)?徐競(jìng)天,等.基于通用無線分組業(yè)務(wù)(GPRS)的油田生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2006,16(8):124一127.

Design and ImPlementation of SPecial EquiPment Safety InsPection System Base on RFID/GPRS/GIS

Dong Tiandong
(Henan Special EquipmentInspection Institute,Zhengzhou Henan 450000)

On basis of the characteristics of special equipment safety inspection and the specific application environment of equipment,this paper studiedspecial equipment interconnection technology and its application in safety inspection based on RFID and wireless communication technology,thus extending the inspection management characterized with RFID automatic recognition and computer networking technology to the on一site inspection.Geographic spatial distribution management of special equipment is also realized by GIS technology,thus providing a new method for improving special equipment safety inspection by information technology.

RFID;GIS;Special Equipment;Safety Inspection

TP311.52

A

1003一5168(2015)07一0037一3

2015一6一28

董天東(1966一),男,大專,研究方向:特種設(shè)備安全檢驗(yàn)。