基于RFID的城市照明設(shè)施智能巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

郭明武，譚仁春，秦艷華，吳蕩

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢　430022)

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基于RFID的城市照明設(shè)施智能巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

郭明武*，譚仁春，秦艷華，吳蕩

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢430022)

摘要：城市照明設(shè)施設(shè)備的巡檢管理工作是保障市民出行安全、維護城市形象的一項重要工作。本文針對傳統(tǒng)巡檢管理方法存在諸如“巡檢效率低、巡檢不到位，漏檢錯檢嚴重、巡檢結(jié)果時效性差”等問題，基于射頻識別(RFID)、GIS、GPS、移動無線通訊等技術(shù)設(shè)計并研發(fā)了城市照明設(shè)施智能巡檢管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅極大提高了巡檢管理的效率與智能化程度，也解決了傳統(tǒng)巡檢方法存在的種種問題。

關(guān)鍵詞：城市照明設(shè)施；智能巡檢；RFID；GIS

1引言

城市照明設(shè)施指用于城市道路(含里巷、住宅小區(qū)、橋梁、隧道、廣場、公共停車場)、不售票的公園和綠地等處的路燈配電室、變壓器、配電箱、燈桿、地上地下管線、燈具、工作井以及照明附屬設(shè)備等。除了擔負城市安全照明、美化城市環(huán)境和改善城市投資形象等重要職能外，城市照明設(shè)施還是城市的形象標志與風(fēng)景線，也是城市賴以生存和發(fā)展最基本的基礎(chǔ)設(shè)施[1～3]。城市照明設(shè)施具有種類多、覆蓋廣與數(shù)量大等特點。由自然因素(如日曬雨淋等)及人為因素(如施工建設(shè)、交通事故等)導(dǎo)致老化或損壞的城市照明設(shè)施也呈現(xiàn)分布廣、分布隨機及數(shù)量龐大的特點，這讓城市照明設(shè)施設(shè)備的巡檢、管理與維護都面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。目前，各地對城市照明設(shè)施設(shè)備的巡檢主要是通過人工手填信息的方式進行，該方式存在如下問題：巡檢效率低、巡檢不到位，漏檢錯檢情況嚴重；巡檢結(jié)果時效性較差；無法對巡檢結(jié)果進行統(tǒng)一管理與評價[4]。這些問題嚴重影響了城市照明設(shè)施設(shè)備的運維管理與及時報修。

為了提高城市照明設(shè)施巡檢管理的信息化與智能化水平，本文設(shè)計并研發(fā)了城市照明設(shè)施設(shè)備智能巡檢管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市照明設(shè)施設(shè)備的智能巡檢與報修管理。

2“智慧”標識標牌的設(shè)計制作與安裝

為了便于照明設(shè)施設(shè)備的智能巡檢與管理，本文為照明設(shè)施設(shè)備設(shè)計制作了具有身份識別功能的“智慧”標識標牌。

2.1“智慧”標識標牌的設(shè)計

設(shè)計的“智慧”標識標牌包括以下內(nèi)容：①所屬道路名稱：燈桿所屬道路名稱；②流水編號：標牌編號，單雙分開，主干道馬路兩邊一邊是單號，一邊是雙號。如果只有單排路燈，就按順序編寫；③二維碼：將燈桿的空間位置及相關(guān)屬性信息與二維碼進行關(guān)聯(lián)，并將二維碼印刷到標牌上，社會公眾可以通過智能手機的二維碼掃描功能對需要保修的路燈設(shè)施進行報修；④RFID設(shè)備：RFID芯片寫入該標牌所對應(yīng)路燈的路燈編號、設(shè)備編碼等信息，供專業(yè)巡檢人員使用專用設(shè)備對標牌中的智能芯片進行掃描讀取，從而完成智能巡檢[5]；⑤權(quán)屬單位信息；⑥維修熱線：當路燈設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)故障時，告知用戶報修聯(lián)系方式。

社會公眾除了可以利用“智慧”標識標牌進行故障路燈設(shè)施的報修，還可以通過標牌上的路名、具有定位意義的流水編號或二維碼進行諸如求助報警、交通導(dǎo)航等方面的定位，從而提升路燈設(shè)施設(shè)備的社會服務(wù)職能。標識標牌的尺寸統(tǒng)一設(shè)計為：200 mm× 125 mm×1.0 mm。

RFID設(shè)備標示卡采用Philips Mifare1S50，國產(chǎn)復(fù)旦微電子仿S50芯片，存儲容量：為 8 Kbit。工作頻率為 13.56 MHz，讀卡電路相應(yīng)頻率應(yīng)保證在 13.56 MHz標準內(nèi)。通訊速度為Kboud，讀寫距離最大為 10 cm，讀寫時間在 1 ms～2 ms，工作溫度為20℃～85℃，擦寫次數(shù) >100 000次，數(shù)據(jù)保存>10年。2.2“智慧”標識標牌的制作與安裝

“智慧”標識標牌安裝制作的流程是：①首先按街區(qū)和道路采集用于固定“智慧”標識標牌的燈桿、變壓器等設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括設(shè)施設(shè)備的類型、空間坐標；②對采集的設(shè)施設(shè)備進行統(tǒng)一編號(流水號)，在編號時，盡量保證同一條道路上相鄰的設(shè)施設(shè)備的編號相連；③按流水號順序依次制作標識標牌；④將制作好的標識標牌進行外業(yè)實地安裝。如圖1所示為實地安裝的“智慧”標識標牌的實例。

3智能巡檢管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1總體設(shè)計及技術(shù)路線

系統(tǒng)設(shè)計成由服務(wù)器端與客戶端構(gòu)成。服務(wù)器端對應(yīng)“巡檢監(jiān)控管理平臺”，主要負責巡檢計劃編制、巡檢計劃分發(fā)，巡檢結(jié)果的查看及分析等?？蛻舳藢?yīng)“PDA終端”的智能“移動App”，主要負責巡檢信息的錄入上傳等。

系統(tǒng)綜合采用了射頻識別(RFID)、GIS、GPS、移動無線通訊等技術(shù)。利用射頻識別(RFID)實現(xiàn)照明設(shè)施設(shè)備的智能掃描；利用GIS技術(shù)實現(xiàn)巡檢線路規(guī)劃、巡檢線路回放和照明設(shè)施設(shè)備的展示定位等；利用GPS技術(shù)實現(xiàn)巡檢線路的跟蹤記錄與定位；利用移動無線通訊技術(shù)實現(xiàn)移動終端與服務(wù)器的移動通訊。

服務(wù)器端“巡檢監(jiān)控管理平臺”采用B/S結(jié)構(gòu)進行設(shè)計開發(fā)；基于.net 4.0平臺的C#語言進行后臺功能開發(fā)、前臺開發(fā)采用語言JavaScript、jQuery以及ArcGIS API for JavaScript。GIS相關(guān)功能主要基于ArcGIS API for JavaScript開發(fā)；服務(wù)器對每項巡檢計劃生成一個唯一編號，并以該編號及時間標識每個巡檢軌跡點，同時根據(jù)巡檢編號與時間順序來生成巡檢軌跡線。

客戶端“移動App”有Android版和IOS版，分別采用的開發(fā)平臺為Android+ArcGIS API for Android以及IOS+ArcGIS API for IOS。采用GPS進行軌跡定位，并每 30 s向服務(wù)器發(fā)送一次定位信息。

3.2數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分兩大類，一類是存儲巡檢計劃與巡檢軌跡點的空間數(shù)據(jù)庫，另一類是巡檢結(jié)果、報修管理、字典管理及人員管理等信息的非空間數(shù)據(jù)庫。采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為SQL Server，空間數(shù)據(jù)引擎采用ArcSDE。

3.2.1空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.2.2非空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

主要非空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計如表3所示。

3.3功能設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)巡檢的基本實現(xiàn)方式為：首先，服務(wù)器端通過“巡檢監(jiān)控管理平臺”制定巡檢任務(wù)。PDA終端的“移動App”通過移動無線網(wǎng)絡(luò)與管理中心的后臺服務(wù)器建立連接，并從服務(wù)器下載巡檢任務(wù)。下載完成后，巡檢人員先掃描自己的工作牌完成系統(tǒng)登錄，并根據(jù)巡檢任務(wù)的要求，到達巡檢現(xiàn)場，打開巡檢任務(wù)功能，逐個掃描標牌上的RFID芯片卡。PDA終端的“移動App”會自動顯示該設(shè)備的相關(guān)信息。巡檢員根據(jù)設(shè)施設(shè)備的狀況，逐項選擇填寫巡檢記錄，并進行數(shù)據(jù)保存。保存后，“移動App”會將巡檢結(jié)果通過移動無線網(wǎng)絡(luò)提交并保存到服務(wù)器。其實現(xiàn)的原理如圖2所示：

3.3.1巡檢監(jiān)控管理平臺功能設(shè)計

(1)巡檢計劃管理。巡檢通常分片區(qū)，按路段為單位進行。該模塊主要實現(xiàn)巡檢計劃制定、巡檢區(qū)域管理以及巡檢信息字典的維護等。其功能主要有：①巡檢計劃：制定路段巡檢計劃；②任務(wù)分配：將具體的巡檢計劃分配給指導(dǎo)的巡檢人員；③巡檢進度：在地圖上以不同的顏色區(qū)分巡檢計劃與已完成巡檢的路段，并給出進度統(tǒng)計圖表；④路段管理：設(shè)置各個片區(qū)巡檢路段；⑤字典管理：對巡檢的對象進行巡檢分類、管理巡檢信息的相關(guān)字典。

(2)巡檢結(jié)果管理。該模塊主要實現(xiàn)巡檢結(jié)果的查詢、查看與統(tǒng)計輸出。其功能主要有：①巡檢查詢：以道路名、巡檢人員姓名、巡檢設(shè)施設(shè)備類型、故障類型或巡檢時間等屬性為關(guān)鍵字查詢某個時間段內(nèi)路燈設(shè)施設(shè)備的巡檢結(jié)果；②巡檢軌跡：在地圖上對巡檢軌跡進行回放查看，在回放時可以疊加巡檢計劃路線，以發(fā)現(xiàn)漏檢情況；③漏檢查詢：結(jié)合巡檢計劃，自動對巡檢結(jié)果進行漏檢判斷，并以列表的方式展示出來，同時還可以對漏檢設(shè)施在地圖上進行定位；④錯檢查詢：現(xiàn)場維修人員將發(fā)現(xiàn)的錯檢信息上報到管理中心。通過錯檢查詢可以查看巡檢人員錯檢的情況；⑤結(jié)果統(tǒng)計：統(tǒng)計某個巡檢人員巡檢線路的長度、設(shè)施設(shè)備的總數(shù)量，任務(wù)完成百分比，漏檢與錯檢數(shù)量及百分比等。

(3)報修管理。對社會公眾上報的故障信息進行管理。主要功能包括：①報修登記；②報修查詢。

(4)維修管理。對巡檢中發(fā)現(xiàn)的與社會公眾上報的故障設(shè)施設(shè)備維修情況進行管理。主要功能包括：①待修設(shè)備：查詢某個時間段內(nèi)巡檢發(fā)現(xiàn)的與社會公眾上報的故障設(shè)施設(shè)備信息；②維修登記：對設(shè)施設(shè)備的維修狀態(tài)、維修人員、維修時間等信息進行編輯處理。

(5)系統(tǒng)設(shè)置。主要對巡檢人員、部門及功能權(quán)限進行管理維護。

3.3.2移動App功能設(shè)計與實現(xiàn)

功能主要包括：①用戶登錄；②巡檢計劃下載；③設(shè)備掃描；④巡檢信息錄入；部分功能界面如圖3所示：

4結(jié)語

城市照明設(shè)施的巡檢管理工作是一項十分艱巨的任務(wù)。本文研發(fā)的城市照明設(shè)施智能巡檢管理系統(tǒng)為我國城市照明設(shè)施巡檢管理面臨的種種問題提出了科學(xué)有效的解決方案。同時，該系統(tǒng)也為我國各大城市構(gòu)建“智慧路燈”及“智慧城市”奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于武漢市全市路燈設(shè)施設(shè)備的巡檢管理中。它不僅極大提高了武漢市城市照明設(shè)施巡檢管理及報修的效率與智能化程度，還減少了武漢市城市照明設(shè)施的安全隱患，確保了大武漢每日的城市燃燈率。

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Design and Implementation of the Intelligent Routing Inspection Management System for Urban Lighting Facilities Based on RFID

Guo Mingwu，Tan Renchun，Qing Yanhua，Wu Dang

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Key words：urban lighting facility；intelligent routing inspection management；RFID；GIS

Abstract：The routing inspection and management of urban lighting facilities is an important work to ensure the safety of citizens' travel and maintain the image of the city. At present，the existing method for the routing inspection and management of urban lighting facilities exists such problems as “l(fā)ow efficiency，high error ratio and poor timeliness”. In view of these problems，this paper designed and developed an intelligent routing inspection management system for urban lighting facilities based on RFID，GIS，GPS，mobile wireless communications technology. The application shows that this system not only greatly improves the efficiency and intelligence of the inspection management of urban lighting facilities，but also solves other problems in the traditional inspection method.

文章編號：1672-8262(2016)03-12-04

中圖分類號：P208.2

文獻標識碼：A

*收稿日期：2015—09—27

作者簡介：郭明武(1980—)男，博士，高級工程師，主要從事GIS研究工作。

基金項目：精密工程與工業(yè)測量國家測繪局重點實驗室開放基金(PF2012)