基于RFID的搶險(xiǎn)救援車器材管理系統(tǒng)

蔡晨晨 王國寶 張勇

摘 要：搶險(xiǎn)救援車中儲(chǔ)存的設(shè)備器材種類、數(shù)量繁多，傳統(tǒng)的器材管理模式普遍存在操作速度慢、信息遺漏、實(shí)時(shí)性弱等缺陷，針對以上問題，深入分析了RFID在器材管理中的應(yīng)用需求，引入RFID構(gòu)建搶險(xiǎn)救援器材全生命周期智能管理系統(tǒng)，通過對搶險(xiǎn)救援車內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化編碼，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了消防設(shè)備的簡單化、智能化、自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)化管理。

關(guān)鍵詞：救援車；RFID；信息系統(tǒng)；器材管理

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）02-0192-03

Abstract： There are many kinds and large quantities of equipment and devices stored in rescue vehicles， and the traditional equipment management mode generally has some defects， such as slow operation speed， information omission， weak real-time performance， etc. Aiming at the above problems， this paper analyzes the application demand of RFID in the equipment management， introduces RFID to construct the intelligent management system of the rescue equipment in the whole life cycle， and carries on the digital coding to the various equipments in the rescue vehicle. The simplified， intelligent， automatic and network management of fire fighting equipment is designed and realized.

Keywords： rescue vehicle； RFID； information system； equipment management

1 概述

當(dāng)前因?yàn)槲覈诙?、三產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，城市生活人口越來越多，地下建筑、高層大廈、城市大型綜合體以及易燃易爆化工企業(yè)的逐年增多等因素，導(dǎo)致相關(guān)部門在進(jìn)行搶險(xiǎn)救援工作時(shí)困難度大大增加。為了應(yīng)對搶險(xiǎn)救援時(shí)不同的惡劣環(huán)境，相關(guān)部門采購的設(shè)備數(shù)量逐年增多，而設(shè)備的增加無疑給工作人員的相關(guān)管理工作帶來了困難。近幾年RFID、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)快速發(fā)展，被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，普遍取得了顯著的成效，這無疑給搶險(xiǎn)器材的簡單化、智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)字化管理指明了方向[1][2]。傳統(tǒng)搶險(xiǎn)救援器材的管理工作，主要由人工完成又多采用紙質(zhì)材料，致使在管理過程中環(huán)節(jié)較多、紙質(zhì)材料耗費(fèi)較大、工作效率低且存在著大量不準(zhǔn)確性，這樣一方面不利于器材的維護(hù)與管理，另一方面在處理緊急事件時(shí)極易出錯(cuò)。另外，紙質(zhì)材料不便于進(jìn)行查詢與保存大量數(shù)據(jù)，也不便于進(jìn)行信息的統(tǒng)計(jì)與延續(xù)。

RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過在指定頻率范圍內(nèi)的射頻信號(hào)對用戶的目標(biāo)對象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，在各種惡劣環(huán)境中也可工作，識(shí)別過程無需人工參與。與傳統(tǒng)的條碼識(shí)別技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有鏈路數(shù)據(jù)量大、多標(biāo)簽同時(shí)讀寫、加密防偽、非接觸讀寫等顯著優(yōu)點(diǎn)[3]。搶險(xiǎn)救援車使用基于

RFID的器材管理系統(tǒng)，可減少盤庫時(shí)間、提高器材的出入庫識(shí)別率、優(yōu)化車內(nèi)器材的區(qū)域布局，實(shí)現(xiàn)精確化、可視化管理。

2 基于RFID的搶險(xiǎn)救援車器材管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

分析搶險(xiǎn)救援車器材管理的實(shí)際需求，結(jié)合RFID技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)和工作原理，系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)硬件設(shè)備包括雙頻有源電子標(biāo)簽、遠(yuǎn)距離讀寫器、激活源、工業(yè)無線路由器、工控機(jī)、工業(yè)PAD、工業(yè)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)繼電器等組成。

搶險(xiǎn)救援車器材管理系統(tǒng)中的RFID識(shí)別部分同時(shí)采用低頻激活源和2.4G高頻有源識(shí)別技術(shù)[4]，提高系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確性，RFID標(biāo)簽為高頻低頻雙模標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽在救援器材車附近時(shí)（一般5米左右）時(shí)被激活源激活（低頻部分），RFID高頻部分將激活信息和身份信息（標(biāo)簽ID）同時(shí)發(fā)送到RFID讀寫器，完成系統(tǒng)激活狀態(tài)和身份的識(shí)別[5]。將有源RFID遠(yuǎn)距離讀寫器與激活源安裝在救援器材車內(nèi)部適當(dāng)位置，并與工業(yè)4G無線路由器相連接，當(dāng)辨別到標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息后，讀寫器會(huì)將標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息發(fā)送給路由器。路由器一方面將標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到本地工控機(jī)服務(wù)器，用戶可通過智能手機(jī)、筆記本或工業(yè)PAD等設(shè)備連接到本地路由器的WiFi鏈路（支持Android、Web兩種訪問模式），從本地工控機(jī)服務(wù)器中獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，WEB端還可以通過連接本地服務(wù)器完成不同區(qū)層LED的控制。另一方面通過4G網(wǎng)絡(luò)鏈路連接到internet網(wǎng)絡(luò)，本地服務(wù)器將數(shù)據(jù)同步到遠(yuǎn)程云端服務(wù)器，用戶可以隨時(shí)隨地通過智能手機(jī)、筆記本、PAD等從云服務(wù)器獲取到標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息。

2.1.1 雙頻有源電子標(biāo)簽

系統(tǒng)標(biāo)簽使用雙頻電子有源標(biāo)簽，標(biāo)簽類型為雙頻只讀型，防護(hù)等級(jí)為IP65且標(biāo)簽本身具有抗電磁干擾特性，可在溫度-40℃～+80℃、濕度小于85%的環(huán)境下工作，低功耗的設(shè)計(jì)使得標(biāo)簽的靜態(tài)電流小于3？滋A，工作電流小于15mA。

標(biāo)簽通信鏈路分為低頻和高頻兩部分，低頻信號(hào)采用125kHz的鏈路頻率，通信速率可達(dá)4kbps，激活喚醒距離為3至5米，采用曼徹斯特編碼格式，輸出功率約為1.2W，位誤碼率僅為10-5，高頻信號(hào)采用2.4至2.5GHz的鏈路頻率，通信速率雙向可達(dá)1024Kbit/s，通訊距離80m以內(nèi)，信號(hào)調(diào)制采用GFSK方式，輸出功率小于等于0dbm，位誤碼率僅為10-9。

當(dāng)有源標(biāo)簽未被激活正常待機(jī)時(shí)，功耗極低不大于3uA，這是其處于深度睡眠狀態(tài)。若有攜帶標(biāo)簽的物體或工作人員，進(jìn)入到低頻激活源的覆蓋范圍（0.5-7m）內(nèi)，此時(shí)因?yàn)橛性礃?biāo)簽內(nèi)部的低頻探測芯片獲得觸發(fā)信號(hào)，所以標(biāo)簽的MCU將被立刻喚醒，由睡眠狀態(tài)切換至工作狀態(tài)。然后標(biāo)簽會(huì)把相關(guān)信息——標(biāo)簽ID號(hào)、低頻激活源的編號(hào)、標(biāo)簽電池電量信息等數(shù)據(jù)，以固定的格式通過高頻鏈路通信的方式，發(fā)送給遠(yuǎn)距離讀寫器[6][7]。

低頻激活源的激活覆蓋范圍為0.5-7米，且高頻通信鏈路的覆蓋范圍為0-50米（最大80米），相比傳統(tǒng)標(biāo)簽定位方式，雙頻有源標(biāo)簽定位服務(wù)更加精準(zhǔn)。

當(dāng)讀寫器由高頻鏈路通道接收到信息后，會(huì)立即對獲取到的信息進(jìn)行解析，讀寫器將信息解析完成之后，一方面會(huì)將數(shù)據(jù)暫存在讀寫器緩存中，另一方面會(huì)按照指定的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

2.1.2 遠(yuǎn)距離讀寫器

系統(tǒng)讀寫器使用遠(yuǎn)距離讀寫器，防護(hù)等級(jí)為IP65且讀寫器本身具有抗干擾、防雷設(shè)計(jì)、抗電磁干擾等特性，滿足工業(yè)環(huán)境要求，可在惡劣的環(huán)境下工作。讀寫器供電電壓范圍從直流9V到12V，工作電流小于1000mA。讀寫器的MTBF≥70000小時(shí)具有高可靠性，工作壽命>15年。

讀寫器的工作頻率為2.4-2.5GHz，通訊距離0-100m，采用GFSK方式用于信號(hào)調(diào)制，接收靈敏度≤-93dBm（可用發(fā)命令的方式進(jìn)行調(diào)整），同時(shí)自帶CRC16循環(huán)冗余校驗(yàn)誤碼率僅為10-7。

2.1.3 激活源

系統(tǒng)激活源防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，激活源本身具有抗電磁干擾等特性，滿足工業(yè)環(huán)境要求可在惡劣的環(huán)境下工作，激活源采用寬電壓供電，工作電壓可從9V到15V，工作電流小于300mA，工作壽命高達(dá)10年。激活源在微波鏈路中的通訊頻率為125kHz，通訊速率為單向4Kbit/s，通訊距離3-5m，采用曼切斯特編碼信號(hào)調(diào)制。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

搶險(xiǎn)救援車器材管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由：本地工控機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)軟件、云端服務(wù)器系統(tǒng)軟件、Android工業(yè)PAD端軟件、Android手機(jī)端軟件等組成。

由于系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，且客戶端又具有快速響應(yīng)和快速處理數(shù)據(jù)的特性，將系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為如圖2所示架構(gòu)。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)主要包括：

（1）權(quán)限管理：用戶信息變更、用戶啟用、用戶信息查詢。

（2）資產(chǎn)管理：器材信息登記、器材數(shù)據(jù)管理、車輛信息。

（3）配置管理：區(qū)域配置管理、告警等級(jí)配置管理、告警方式配置管理。

（4）標(biāo)簽管理：標(biāo)簽錄入、標(biāo)簽綁定、標(biāo)簽解綁、標(biāo)簽出入庫管理。

（5）盤點(diǎn)管理：實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備及運(yùn)行監(jiān)控。

（6）告警管理：告警查詢、告警處理。

（7）維護(hù)保養(yǎng)：維護(hù)記錄、保養(yǎng)記錄。

（8）報(bào)表管理：救援器材在庫狀態(tài)監(jiān)測報(bào)表、標(biāo)簽電壓異常報(bào)表、維修報(bào)表、保養(yǎng)報(bào)表、器材基本信息報(bào)表。

（9）查詢統(tǒng)計(jì)：器材查詢、器材統(tǒng)計(jì)。

（10）系統(tǒng)管理：系統(tǒng)操作日志、系統(tǒng)運(yùn)行日志。

（11）LED燈光管理：本地服務(wù)器端LED控制管理、WEB端LED燈狀態(tài)查看與控制。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)組成了一個(gè)緊密相連的整體，它們具有在邏輯上相對獨(dú)立，在功能上相互依賴等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠處理日常數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和更新等功能。

3 系統(tǒng)運(yùn)行過程

系統(tǒng)讀寫器與激活源的放置：

（1）將救援器材車車廂以中線為基準(zhǔn)，劃分為2個(gè)區(qū)域。

（2）每個(gè)區(qū)域放置1個(gè)讀卡器和1個(gè)激活源。

（3）讀卡器和激活源設(shè)備應(yīng)該安裝在救援器材車區(qū)域內(nèi)，路由器設(shè)備天線應(yīng)放置在能夠很好的與運(yùn)營商基站通信的位置。

各區(qū)域內(nèi)所有裝配有源標(biāo)簽的救援設(shè)備（以下簡稱：“救援設(shè)備”）每隔 5S（時(shí)間可調(diào)）發(fā)送一次設(shè)備標(biāo)識(shí)信息，該區(qū)域內(nèi)讀卡器實(shí)時(shí)接收該區(qū)域內(nèi)的救援標(biāo)簽標(biāo)識(shí)信息，通過RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到路由器，其它區(qū)域有源標(biāo)簽與讀卡器工作流程同步進(jìn)行。

路由器設(shè)備30秒上報(bào)一次數(shù)據(jù)，平均在30秒內(nèi)（以現(xiàn)場實(shí)測全部救援設(shè)備標(biāo)識(shí)信息全部接收完成時(shí)間為準(zhǔn)）將全部救援設(shè)備標(biāo)識(shí)信息全部接收完成，組包后根據(jù)不同情況實(shí)現(xiàn)以下傳輸：

（1）數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備

在沒有連接外部平臺(tái)的情況下，可使用無線路由器，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜毓た貦C(jī)服務(wù)器軟件上（本地工控機(jī)服務(wù)器具有240G固態(tài)存儲(chǔ)，具有足夠大小的存儲(chǔ)空間，用來實(shí)時(shí)存儲(chǔ)標(biāo)簽數(shù)據(jù)），可通過手機(jī)、筆記本、工業(yè)PAD等實(shí)現(xiàn)本地查看、存儲(chǔ)的功能。

（2）連接GPRS/4G網(wǎng)絡(luò)后，通過路由器將標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多用戶訪問功能。

器材管理系統(tǒng)具備權(quán)限管理、資產(chǎn)管理、出入庫管理等功能，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)生成報(bào)表并可以導(dǎo)出。

4 結(jié)束語

基于RFID的搶險(xiǎn)救援車器材管理系統(tǒng)融合了RFID技術(shù)，對搶險(xiǎn)救援器材進(jìn)行數(shù)字化ID編碼，且能夠同時(shí)在大量搶險(xiǎn)救援器材上安裝標(biāo)簽，組建了具有共享性、精準(zhǔn)性、智能性等特性的器材管理模式，大幅度減輕了相關(guān)部門的工作人員在日常器材管理中的工作量與工作時(shí)間，改善了相關(guān)機(jī)構(gòu)的救援與管理效率，構(gòu)建了擁有網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化等特點(diǎn)的搶險(xiǎn)救援器材管理全生命周期模式。

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