基于RFID與三維可視化技術的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)設計

吳 欣，高正浩，陳俁霏，彭鈺欽

（1.貴州電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，貴州貴陽550002；2.貴州黔馳信息股份有限公司貴州貴陽550002）

隨著我國電力企業(yè)規(guī)模的不斷發(fā)展，固定資產(chǎn)的規(guī)模、價值和種類不斷增加，且分布較為松散，為管理帶來了較大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)基于手寫貼牌的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)需要管理人員的廣泛參與，工作量大、管理效率低、跟蹤效果差、管理局限性強、查找和定位困難，難以滿足當前背景下對固定資產(chǎn)實時和精準管理的需求[1-3]。因此，尋求高效、精準的固定資產(chǎn)管理手段迫在眉睫。

近來，各研究者發(fā)現(xiàn)，RFID（Radio Frequency Identification）射頻技術具有識別非接觸式、工作距離長、識別效率高等優(yōu)勢，且相較于二維碼技術，可自動化操作、速度快、無人工可視要求，以此為基礎設計固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)能有效提高管理效率。由于單純基于RFID技術的固定資產(chǎn)系統(tǒng)在快速查找和定位方面仍存在不足[4-6]。因此，文中基于RFID技術，引入以三維GIS為基礎的可視化技術，結合ZigBee技術，為電力企業(yè)設計了一套固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過測試，能夠實現(xiàn)電力企業(yè)固定資產(chǎn)的入庫、外借、查詢和報廢等功能，并提供三維可視化的資產(chǎn)實體和位置顯示，能為固定資產(chǎn)的實時管理與精確定位提供便利。

1 技術分析

1.1 RFID技術

RFID電子標簽體積小、容量大、安全性強、無需接觸即可使用，其所在系統(tǒng)基本原理如圖1所示[7]。標簽一旦進入RFID系統(tǒng)的耦合磁場范圍，就會獲取到讀寫器發(fā)射的射頻信號，并根據(jù)射頻信號引起的感應電流，射送出自身內(nèi)部相應的產(chǎn)品信息，進而由讀寫器接收并通過串口傳遞給客戶端進行處理。

圖1 RFID系統(tǒng)的基本原理

1.2 ZigBee技術

ZigBee技術具有功耗低、延時短、協(xié)議簡單、成本低等優(yōu)勢，可以用于數(shù)據(jù)的實時采集、傳遞以實現(xiàn)一定程度的智能控制[8]。該技術硬件由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、路由器以及終端節(jié)點組成。本文選用Chipcon公司研發(fā)的CC2430芯片作為無線系統(tǒng)芯片[9]。

1.3 三維可視化技術

面向三維的GIS技術相比較于二維，能夠更直觀地展示空間信息，將抽象的物體可視化，且可提供更強的空間分析功能[10]。本文采用Sketchup軟件對固定資產(chǎn)建立三維模型，該軟件涵蓋了窗、門、家具等組件，使用和開發(fā)較為便利[11]。為了完成各固定資產(chǎn)實體的可視化管理，本文后續(xù)采用ArcGIS Engine控件（ESRI公司），對三維GIS進行二次開發(fā)，以實現(xiàn)固定資產(chǎn)與環(huán)境的三維呈現(xiàn)、查詢等功能[12]。

2 系統(tǒng)分析

電力企業(yè)的固定資產(chǎn)有運輸工具、辦公用具、儀器設備等。具有分布松散、種類多、價值高等特點。文中基于RFID、三維可視化等技術來構建固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對固定資產(chǎn)的高效管理。

2.1 業(yè)務流程

固定資產(chǎn)管理的基礎功能是實現(xiàn)各資產(chǎn)的全程管理，包括采購、運行、維護和報廢等。本文研究的對象是某國有電力企業(yè)的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)管理的資產(chǎn)大多用于辦公與管理。

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)日常管理流程，可見圖2所示。各固定資產(chǎn)從采購入庫到報銷后的注銷，全過程需要依次進行登記編號、建立檔案、不定時跟蹤、監(jiān)控狀態(tài)和檢查使用情況等。

圖2 某電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理流程

本系統(tǒng)引入了RFID技術，由RFID讀寫器讀取固定資產(chǎn)的相關信息，并借助無線網(wǎng)絡傳輸自動實現(xiàn)各固定資產(chǎn)信息的采集工作。其相關流程，可見下圖3。

圖3 基于RFID技術的固定資產(chǎn)信息采集流程

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)信息修改流程，如圖4所示。由管理人員在相關管理界面修改后，經(jīng)無線網(wǎng)絡將修改后的信息數(shù)據(jù)傳遞給RFID讀寫器，再對各固定資產(chǎn)的標簽進行寫入，從而實現(xiàn)修改功能。

圖4 基于RFID技術的固定資產(chǎn)信息修改流程

2.2 需求分析

基于RFID技術和可視化技術的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)需要包含固定資產(chǎn)分配和編碼、外出（借）、維護、查詢（三維展示和定位）以及監(jiān)管責任人調(diào)離等功能。

固定資產(chǎn)分配和編碼功能中，當固定資產(chǎn)經(jīng)采購入庫后，需要根據(jù)資產(chǎn)類型進行統(tǒng)一編號、登記，其編碼需要涵蓋資產(chǎn)的類型、購置日期、價值、用途等信息。

固定資產(chǎn)的修改功能中，當固定資產(chǎn)的信息需要修改時，管理人員在管理系統(tǒng)中通過操控RFID系統(tǒng)將修改后的信息寫入固定資產(chǎn)的電子標簽中。

固定資產(chǎn)外出或外借功能中，當固定資產(chǎn)需要外出或外借時，需要使用人員辦理相關手續(xù)，并由管理人員通過操控RFID系統(tǒng)對所需外出資產(chǎn)的使用狀態(tài)進行編碼。當資產(chǎn)歸還后，再重新編碼回正常狀態(tài)。

固定資產(chǎn)維護功能中，當固定資產(chǎn)需要維護（維修）時，需在固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的相關頁面下填寫該資產(chǎn)的維修狀態(tài)，維修后也需修改回正常狀態(tài)。

固定資產(chǎn)查詢功能中，當固定資產(chǎn)在管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中被查詢時，系統(tǒng)不僅將該固定資產(chǎn)的信息以文字的形式反饋，還可提供按鈕從而以三維模型的形式顯示資產(chǎn)和位置信息。

2.3 設計要求

以固定資產(chǎn)分配和編碼功能為例，表1所示即為本系統(tǒng)的資產(chǎn)編碼設計表。其中，涵蓋了資產(chǎn)編號、添置日期、資產(chǎn)類型、性質(zhì)和用途等信息，用于固定資產(chǎn)外出（借）、維護、報廢等功能所需的狀態(tài)編碼。

表1 資產(chǎn)編碼設計表

3 系統(tǒng)設計

3.1 總體結構設計

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的總體結構設計示意圖，可見圖5所示。主要包括ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)（標簽、讀寫器等）、計算機（數(shù)據(jù)庫）等系統(tǒng)。

圖5 固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)總體結構設計示意圖

3.2 RFID數(shù)據(jù)讀寫模塊設計

該模塊的功能主要是采集RFID電子標簽中存放的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)轉換成某一種統(tǒng)一的數(shù)字格式后存儲在存儲器中，以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。相關的讀寫電路，可見圖6所示，該電路采用飛利浦公司研發(fā)的 MF-RC500（13.56 MHz）作為處理器[13]。發(fā)送信號過程中，該處理器借助13.56 MHz的能量載波（由TX1和TX2提供），將所需發(fā)送的數(shù)據(jù)作為RFID信號發(fā)送出去；接收信號過程中，信號經(jīng)天線、C3、R1、R2以及R6傳遞到處理器的RX和VMID端，再由接收器檢測和調(diào)解后，借助FIFO存儲器經(jīng)由并行數(shù)據(jù)接口傳遞給ZigBee無線系統(tǒng)中CC2430的P0～P7端口。此外，MF-RC500和ZigBee各節(jié)點由D0-D7數(shù)據(jù)線采用并行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[14-15]。

圖6 RFID數(shù)據(jù)讀寫模塊讀寫電路圖

3.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊設計

該模塊的主要功能是將RFID讀寫器存儲的數(shù)據(jù)，經(jīng)格式轉換傳遞給固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的服務器接口，并存儲到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中[16]。其數(shù)據(jù)通信模塊的核心電路，可見圖7。圖中使用的是內(nèi)部發(fā)送（接收）開關電路，易于實現(xiàn)天線的接口和匹配操作。天線接收器采用的是差動連接，并將非平衡變壓器應用在單極天線以增強天線的收發(fā)性能。此外，借助外圍電路將CC2430芯片中的TXRX_SWITCH引腳同RF_P和RF_N引腳相連接，可完成對功率（低噪聲）放大器的偏置工作。

主機與無線模塊主節(jié)點的通信接口采用的是RS232C（+5 V供電），相關的無線傳輸接口電路如下圖8所示。

圖7 數(shù)據(jù)通信模塊的核心電路圖

圖8 主節(jié)點接口電路圖

3.4 無線傳輸網(wǎng)絡設計

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)使用的是簇樹形網(wǎng)絡拓撲結構，其終端節(jié)點為各RFID電子標簽的信息數(shù)據(jù)采集及故障提示節(jié)點。最終設計的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可見下圖9。該網(wǎng)絡系統(tǒng)包含一個主節(jié)點和多個從節(jié)點，且各從節(jié)點均有自己的地址編號，處于連接狀態(tài)下即可向主節(jié)點發(fā)送應答信息，以確保不會出現(xiàn)信道沖突。

圖9 無線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡框圖

為提高無線傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)的效率，在安全機制、通信信標以及原語方面對ZigBee協(xié)議進行了精簡，相應的協(xié)議棧與實現(xiàn)原語，可見圖10所示。

3.5 三維可視化設計

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)三維仿真和模型構建的技術路線，可見下圖11所示。依次通過搭建組件庫（三維仿真）、模型格式轉換（符號化）、呈現(xiàn)三維效果（三維立體呈現(xiàn)）等過程，以實現(xiàn)在固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的可視化功能。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)采用模塊化對軟件進行設計和實現(xiàn)，相應的系統(tǒng)功能模塊結構如圖12所示。其重點介紹RFID數(shù)據(jù)采集模塊下的電子標簽節(jié)點子系統(tǒng)和固定資產(chǎn)三維可視化的實現(xiàn)。

圖10 本文ZigBee傳感器節(jié)點和網(wǎng)絡控制主節(jié)點協(xié)議棧實現(xiàn)原語示意圖

圖11 三維可視化技術路線圖

圖12 本文系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)圖

RFID電子標簽節(jié)點子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、存儲、無線數(shù)據(jù)收發(fā)、中斷服務程序等模塊。各網(wǎng)絡節(jié)點首次通電后會進行初始化操作，完成后加入到無線網(wǎng)絡中，并在工作和休眠狀態(tài)下交替運行，對RFID電子標簽的信息數(shù)據(jù)進行定時采集。相關代碼如下所示：

資產(chǎn)三維可視化實現(xiàn)步驟依次為：創(chuàng)建固定資產(chǎn)及所處房間、樓層等的3D仿真模型（SketchUp軟件中），經(jīng)格式轉換變?yōu)閟hk文件導入到ArcScene軟件中去；利用ArcGIS軟件構建和加載相關的矢量數(shù)據(jù)，并生成位置底圖文件；在ArcScene軟件中對各數(shù)據(jù)進行組織；最終使用Visual Studio 2010及Arcgis Engine10環(huán)境下的SceneControl控件實現(xiàn)對固定資產(chǎn)的顯示與管理。

5 結束語

針對傳統(tǒng)人工為主的電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)工作量大、效率低、查找和定位困難的問題，本文基于RFID和三維可視化技術，結合ZigBee網(wǎng)絡技術，設計了一套電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過測試，能夠較好地完成電力企業(yè)固定資產(chǎn)的入庫、外借、查詢和三維顯示、定位等功能，有效提高了電力企業(yè)固定資產(chǎn)的管理效率，并能為相關系統(tǒng)的設計與開發(fā)提供一定的參考。