基于藍牙定位技術(shù)的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張貴強，戴毅茹，王堅

（同濟大學(xué)CIMS研究中心，上海　201804）

基于藍牙定位技術(shù)的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張貴強，戴毅茹，王堅

（同濟大學(xué)CIMS研究中心，上海201804）

為了加強?；吩谑褂孟M過程中的監(jiān)控管理，論文提出了一種基于藍牙定位的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)。首先介紹了基于藍牙定位的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計和功能模塊設(shè)計，然后重點介紹了藍牙定位技術(shù)、藍牙信號衰減模型、藍牙定位服務(wù)器的搭建，最后對功能模塊進行了介紹。

藍牙定位；?；?；MVC架構(gòu)

0　引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，焊接、噴涂等現(xiàn)代工藝已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用，?；吩诠S日常生產(chǎn)制造中的應(yīng)用日益廣泛。?；肪哂幸兹肌⒁妆?、有毒、腐蝕、放射性等性質(zhì)，因此對存儲和使用環(huán)境要求很高，在?；返南M、使用過程中，受生產(chǎn)力發(fā)展水平低、從業(yè)人員素質(zhì)低、安全生產(chǎn)基礎(chǔ)差等因素的制約和影響，安全事故頻發(fā)，因此亟需加強?；吩谑褂眠^程中的監(jiān)控管理。針對生產(chǎn)企業(yè)制造車間對危化品的管理還停留在紙質(zhì)?；饭て惫芾淼穆浜笄闆r，本文將危化品的管理信息化，系統(tǒng)化，本文還采用室內(nèi)定位技術(shù)，實現(xiàn)對?；穼崟r位置、歷史軌跡的監(jiān)控。

1　系統(tǒng)設(shè)計

1.1架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)主要包括兩部分：定位系統(tǒng)和應(yīng)用層。定位系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)采集模塊包括固定藍牙節(jié)點陣列，移動藍牙標(biāo)簽，網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)備等。定位系統(tǒng)服務(wù)器按照一定的頻率收集硬件采集到的數(shù)據(jù)，計算出標(biāo)簽所在的區(qū)塊和具體位置信息，并將該信息加上采集信息時間戳存放到數(shù)據(jù)庫中，定位系統(tǒng)提供查詢實時位置信息和歷史位置信息的接口。應(yīng)用層采用微軟的MVC架構(gòu)，Model層又稱為數(shù)據(jù)層，負(fù)責(zé)和定位服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互，通過對定位服務(wù)器接口的調(diào)用，獲取?；返奈恢眯畔ⅰ?shù)據(jù)層還負(fù)責(zé)和?；坊A(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫的交互，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀取、添加、更新、刪除等操作。View層又稱為表現(xiàn)層，提供用戶和系統(tǒng)交互的接口，負(fù)責(zé)向系統(tǒng)發(fā)出請求數(shù)據(jù)和系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)。Controller層是應(yīng)用層的核心，是數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層的橋梁，負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)和系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram of hazardous chemical monitoring and management system

1.2功能設(shè)計

基于藍牙定位技術(shù)的危化品監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括?；坊A(chǔ)信息管理，相關(guān)制度管理，?；飞暾堫I(lǐng)用管理，?；穼崟r監(jiān)控，危化品歷史軌跡和報警這六個主要功能，該系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2　?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)功能圖Fig.2 System function diagram of hazardous chemical monitoring and management system

其中基礎(chǔ)信息管理主要包括危化品各種屬性信息的錄入，修改等，電子標(biāo)簽信息管理主要是將電子標(biāo)簽和?；芬灰粚?yīng)。車間相關(guān)信息主要是車間區(qū)塊的劃分等信息。在基礎(chǔ)信息管理模塊，利用對象關(guān)系映射，構(gòu)建?；奉悾妹嫦?qū)ο蠓庋b的思想將?；奉惖臄?shù)據(jù)進行封裝，并提供對數(shù)據(jù)進行添加，修改，刪除，讀取的方法。

相關(guān)制度管理主要是對危化品管理的相關(guān)文件信息管理和文件的存儲，此處相關(guān)制度包括危化品使用操作規(guī)程，申請領(lǐng)用制度等。

?；返纳暾堫I(lǐng)用管理主要是對申請領(lǐng)用流程的管理。首先由需求單位在系統(tǒng)提出?；返纳暾埱鍐危浫胂嚓P(guān)需求信息和原因，上級審核部門審核需求單位提出的危化品使用申請，如果符合規(guī)范則同意申請，不符合規(guī)范則退回申請。申請人員在申請得到批準(zhǔn)后到庫房領(lǐng)取相應(yīng)危化品，在?；愤M入車間之前貼上藍牙標(biāo)簽，并在系統(tǒng)錄入標(biāo)簽信息。?；愤M入車間，監(jiān)控開始。由于危化品一般都是放在固定的容器中，不能嚴(yán)格按照需求量精確領(lǐng)取，因此在一道工序完成時，危化品可能會存在剩余。?；返念I(lǐng)用人就可以根據(jù)需求，放在車間繼續(xù)使用，但要根據(jù)公司規(guī)章制度通知相應(yīng)的安全管理員。如果確定短時間內(nèi)沒有其他用途，應(yīng)退還到倉庫，?；冯x開車間前，應(yīng)在安全管理員的確認(rèn)下，解除定位標(biāo)簽，并在系統(tǒng)中注銷掉該?；罚缓笸诉€到相應(yīng)倉庫，?；飞暾堫I(lǐng)用流程如圖3所示。

圖3　危化品申請領(lǐng)用流程圖Fig.3 Application flow diagram for hazardous chemical

實時監(jiān)控管理提供單個?；穼崟r位置查詢功能和車間所有危化品實時監(jiān)控的功能。用戶可以查詢指定的?；?，也可以用大屏幕實時顯示監(jiān)控車間內(nèi)所有的?；?，當(dāng)發(fā)生安全事故或者災(zāi)難時，可以迅速找到所有的危化品，協(xié)助進行相關(guān)處理。

歷史軌跡主要是查詢某一?；纺骋粫r間段內(nèi)在車間內(nèi)的位置軌跡，當(dāng)安全事故發(fā)生后可以用來輔助調(diào)查事故原因。

報警功能使用定時器，定時掃描車間內(nèi)的?；罚樵冊擃悇e?；方惯M入的區(qū)塊，進而判斷該?；肥欠裨诜欠▍^(qū)塊，在非法區(qū)塊則在前臺彈出報警頁面，顯示報警信息，不在非法區(qū)塊則完成此次掃描，等待定時器觸發(fā)下一次掃描。

1.3藍牙定位系統(tǒng)設(shè)計

藍牙技術(shù)是一種短距離的無線通信技術(shù)，藍牙技術(shù)提供的功率控制方法和參數(shù)有：接收信號強度（Received Signal Strength Indicator，RSSI），鏈路質(zhì)量（Link Quality，LQ），傳輸功率級（Transmit Power Level，TPL）等，這些控制方法和參數(shù)使藍牙技術(shù)具備了實現(xiàn)室內(nèi)定位的基本條件。藍牙技術(shù)提供了基于信號強度的定位方法，利用藍牙發(fā)送者和接收者之間的距離和RSSI的關(guān)系，判斷單個標(biāo)簽和單個天線的距離，采用三角定位來估計位置?；谛盘枏姸鹊亩ㄎ环椒ㄖ饕歉鶕?jù)藍牙信號的傳播模型，利用藍牙信號的衰減特性來建立信號強度和距離之間的關(guān)系，本文采用的是基于路徑丟失的信號傳播模型，模型定義如下：

其中：PL（d）—在距離為d時接收到的信號強度；［dB］—信號的強度單位；PL（d0）—在距離為d0時接收到信號的強度；α—路徑衰減因子，反映的是距離和傳播功率路徑損耗的關(guān)系，XσL表示的是零均值、正態(tài)分布隨機變量噪音；σL—標(biāo)準(zhǔn)偏差。其中PL（d0）、α、XσL需要確認(rèn)，d0一般取1米，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法可以估算衰減因子α和隨機變量XσL。

藍牙定位系統(tǒng)硬件部分主要包括在車間布置的網(wǎng)狀分布固定藍牙陣列，將車間的大空間分布為一個一個的網(wǎng)格，固定藍牙節(jié)點的位置盡量在保證整體布局的情況下接近電源，減少布線。

藍牙定位服務(wù)器包括數(shù)據(jù)收集單元，數(shù)據(jù)計算單元和數(shù)據(jù)存儲單元，數(shù)據(jù)收集單元主要負(fù)責(zé)和硬件的交互，按一定的頻率向硬件發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令，固定藍牙節(jié)點陣列收到數(shù)據(jù)請求指令，掃描范圍內(nèi)的移動藍牙節(jié)點，查詢信號的強度，鏈路質(zhì)量等信息，并將這些數(shù)據(jù)反饋給數(shù)據(jù)收集單元，數(shù)據(jù)收集單元將收集到的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)計算單元，數(shù)據(jù)計算單元根據(jù)藍牙陣列收集到的數(shù)據(jù)和藍牙陣列的位置信息，計算出移動藍牙節(jié)點所在的區(qū)域塊和相對于藍牙陣列的具體位置。數(shù)據(jù)存儲單元包含一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中主要包括固定藍牙陣列的信息和移動藍牙節(jié)點的位置信息。固定藍牙陣列的信息主要包括固定藍牙節(jié)點的編號，相對于車間的位置等信息，移動藍牙節(jié)點的信息主要包括節(jié)點的編號，位置信息，數(shù)據(jù)采集的時間等信息。定位系統(tǒng)的架構(gòu)如圖4所示。

圖4　定位系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.4 System architecture diagram of locating system

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

基于藍牙定位技術(shù)的危化品監(jiān)控管理系統(tǒng)定位系統(tǒng)硬件采用市場上應(yīng)用成熟的藍牙組件和藍牙標(biāo)簽，服務(wù)器端部署一臺運算服務(wù)器和一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，運算服務(wù)器采用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用層采用B/S模式，基于微軟MVC架構(gòu)用C#語言開發(fā)。

系統(tǒng)主界面是危化品基礎(chǔ)信息的列表，用Bootstrap開源庫中的控件來實現(xiàn)。在該頁面可以進行系統(tǒng)中?；坊A(chǔ)信息的添加、更新、刪除等操作，還可以選取要進行實時監(jiān)控和歷史軌跡監(jiān)控的?；贰缶畔⒁彩窃谠擁撁鎻棾龀尸F(xiàn)。實時監(jiān)控的界面如圖5所示。

圖5　實時監(jiān)控模塊界面Fig.5 Interface of real-time monitoring module

3　結(jié)束語

基于藍牙定位的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)解決了?；肥褂密囬g危化品管理落后、復(fù)雜、信息化水平低的問題，優(yōu)化了?；饭芾淼牧鞒?，提高了?；饭芾淼男畔⒒剑槍ι暾堫I(lǐng)用流程的監(jiān)管，實現(xiàn)了危化品管理的責(zé)任明確和分級監(jiān)督。該系統(tǒng)還實現(xiàn)了對?；穼崟r位置和歷史軌跡的監(jiān)控，安全管理員可以有效的監(jiān)控進入車間的?；?，實現(xiàn)了集中管理。報警功能的實現(xiàn)則可以有效降低?；愤M入非法區(qū)域的危險。

該系統(tǒng)和安全生產(chǎn)系統(tǒng)工程的其他技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用到某大型制造企業(yè)的安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)中，加強了對?；返谋O(jiān)控管理，減少了企業(yè)?；钒踩鹿实陌l(fā)生，提高了企業(yè)的安全管理信息化水平。

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Design and Implementation of Hazardous Chemical Monitoring and Management System Based on Bluetooth Locating Technology

ZHANG Gui-Qiang，DAI Yi-Ru，WANG Jian
（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

To enhance the monitoring and management of hazardous chemical in consumption process，this paper delivers a hazardous chemical monitoring and management system based on Bluetooth locating technology.Firstly，the paper introduces the design of architecture and function module of the hazardous chemical monitoring and management system，then it emphasizes the Bluetooth locating technology，Bluetooth signal attenuation model，constructing of the Bluetooth locating server.Finally，it introduces the function module.

bluetooth locating；hazardous chemical；MVC structure

TP29

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.012

1002-6673（2015）01-035-03

2014-12-07

項目來源：上海市信息化發(fā)展專項資金項目（2011010117）；2013年上海市信息化發(fā)展專項：基于物聯(lián)網(wǎng)的大型電氣電站設(shè)備安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)

張貴強（1989-），男，河南永城人，碩士研究生。研究方向：智能生產(chǎn)系統(tǒng)，安全系統(tǒng)工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授，研究方向：先進制造理論和企業(yè)建模。