基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要：本文提出基于RFID和GPS技術(shù)的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)，主要解決的是煤礦企業(yè)在設(shè)備巡檢管理過程中的問題。文中對該系統(tǒng)使用電子云圖技術(shù)、RFID技術(shù)和GPS技術(shù)，同時繪制系統(tǒng)整體架構(gòu)，明確系統(tǒng)建設(shè)是為了確保煤礦生產(chǎn)設(shè)備智能巡檢工作質(zhì)量，保障煤礦設(shè)備處于安全狀態(tài)，確保煤礦安全生產(chǎn)工作正常運行。文中闡述網(wǎng)絡(luò)拓撲情況以及智能巡檢管理業(yè)務(wù)流程，之后介紹系統(tǒng)PC端后臺管理與移動端的功能結(jié)構(gòu)。文章最后明確智能巡檢管理系統(tǒng)的應(yīng)用可以為煤炭企業(yè)帶來安全管理上的提升。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；智能巡檢；隱患管理；RFID；電子云圖；GPS

0 引言

隨著煤礦企業(yè)自動化生產(chǎn)水平和管理水平的日益提高，設(shè)備管理與檢修工作的重要性在日常工作中越來越突出，設(shè)備巡檢工作在煤炭安全生產(chǎn)中的重要作用也逐漸顯露。一般來說，煤礦的地質(zhì)情況是非常復(fù)雜的，生產(chǎn)設(shè)備種類多樣、分布空間相對分散，設(shè)備的部署環(huán)境惡劣，設(shè)備時刻都面臨著潛在的損壞風(fēng)險，這就導(dǎo)致了煤礦企業(yè)設(shè)備巡檢工作非常的復(fù)雜且危險。

當(dāng)前，在煤炭企業(yè)都制定了適合自身管理特點的巡檢辦法，同時應(yīng)用現(xiàn)有辦法對所有生產(chǎn)設(shè)備進行巡檢管理，但是這種巡檢管理方式依然是傳統(tǒng)的方式，且存在如下幾點弊端：

（1）傳統(tǒng)的巡檢模式無法確保巡檢人員的檢查結(jié)果是否是在現(xiàn)場完成的巡檢，這種方式無法保證巡檢質(zhì)量和巡檢效率。如果潛在隱患無法及時發(fā)現(xiàn)并整改，很容易導(dǎo)致事故發(fā)生。

（2）傳統(tǒng)的巡檢任務(wù)制定方式無法保證任務(wù)及時有效的實施，同時也無法確保任務(wù)在第一時間通知到具體的巡檢人員。而且也無法確保巡檢人員按照既定任務(wù)執(zhí)行巡檢和按時巡檢。

（3）傳統(tǒng)的巡檢方式是采用紙質(zhì)對照、手動記錄結(jié)果的方式進行。當(dāng)巡檢結(jié)束后，將巡檢結(jié)果錄入系統(tǒng)并進行登記，這種情況容易造成巡檢信息丟失、巡檢結(jié)構(gòu)準確性差、及時性差等問題。傳統(tǒng)方式耗時多、不便捷、數(shù)據(jù)易丟失，發(fā)現(xiàn)問題沒辦法第一時間通知相關(guān)責(zé)任人，導(dǎo)致問題整改的及時性降低，增加事故發(fā)生的可能性。

針對上面的問題，本文設(shè)計并研究了基于RFID和GIS技術(shù)的煤炭企業(yè)設(shè)備智能巡檢管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的運行能夠完成智能巡檢、隱患管理、電子云圖以及視頻監(jiān)控等工作任務(wù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標

系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了一個科學(xué)化、信息化、網(wǎng)格化、智能化巡檢管理平臺，其利用RFID技術(shù)快速獲取巡檢設(shè)備信息，確保數(shù)據(jù)源頭的準備性，同時采用GPS技術(shù)能夠?qū)崟r獲取巡檢點，形成巡檢路線，對巡檢工作進行實時追蹤。通過該系統(tǒng)平臺實現(xiàn)煤炭企業(yè)巡檢管理工作的規(guī)范化、科學(xué)化、數(shù)據(jù)化，最大限度的減少漏檢、錯檢等情況出現(xiàn)，實現(xiàn)巡檢計劃合理高效的執(zhí)行，保證巡檢工作從制定計劃、下發(fā)計劃、執(zhí)行以及消缺歸檔過程的規(guī)范化。管理者能夠通過平臺實時了解巡檢人員的巡檢情況，實現(xiàn)對巡檢工作的實時監(jiān)控。具體目標如下：

1.1.1實現(xiàn)巡檢任務(wù)的制定、下達、跟蹤、歸檔等工作流程的規(guī)范化管理?？梢愿鶕?jù)值班表制定巡檢計劃任務(wù)，有利于提高企業(yè)員工的工作效率及質(zhì)量。

1.1.2實現(xiàn)巡檢定位、巡檢路線回放。通過GPS定位技術(shù)實時獲取巡檢員位置，迅速將巡檢人員的工作位置反饋管理人員。管理人員可以清晰地掌握巡檢人員的工作情況，杜絕工作人員消極怠工，上報虛假數(shù)據(jù)，防范設(shè)備故障隱患，有利于對員工實行管理和考核。

1.1.3實現(xiàn)智能化監(jiān)控中心

實現(xiàn)電子云圖功能。通過云圖可以模擬煤炭企業(yè)設(shè)備分布的真實效果，在圖上可以實時了解各個設(shè)備的狀態(tài)，根據(jù)不同顏色區(qū)分，綠色代表設(shè)備正常，紅色代表設(shè)備故障，同時圖中實時顯示巡檢人員的巡檢情況，也可以對巡檢路線進行回顧。

通過固定視頻監(jiān)控，對重點區(qū)域位置進行實時的視頻監(jiān)視，及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場情況。手機可作為移動監(jiān)控終端，發(fā)現(xiàn)緊急問題，手機一鍵切換到視頻監(jiān)控狀態(tài)，及時向領(lǐng)導(dǎo)匯報現(xiàn)場狀態(tài)，第一時間反饋事故情況，為處理事故提供正確的判斷依據(jù)。

1.1.4實現(xiàn)設(shè)備隱患閉環(huán)管理

實現(xiàn)隱患的PDCA閉環(huán)管理，巡檢時發(fā)現(xiàn)的隱患通過上報、整改、復(fù)查銷號形成閉環(huán)管理。通過工作流機制，按照隱患的不同等級完成相應(yīng)的隱患管理流程。以多樣化的形式上傳問題，如圖片、視頻等多媒體形式。

1.1.5實現(xiàn)智能化預(yù)警通知

實現(xiàn)隱患整改通知、整改期限到期預(yù)警、復(fù)查銷號通知、巡檢任務(wù)提醒功能。通過GIS自動識別地點，與掃描獲取的設(shè)備位置進行匹配，在偏差較大的情況下系統(tǒng)將進行預(yù)警提醒。

1.1.6實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計分析。

實現(xiàn)隱患按部門、類型、致因等方面的綜合統(tǒng)計分析，為煤炭企業(yè)對安全管理信息的深層次挖掘和分析提供支持，以此達到安全管理決策的科學(xué)化和規(guī)范化。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

基于GPS和RFID技術(shù)的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)主要有PC端和PDA/APP端組成，系統(tǒng)在設(shè)計時，采用面向?qū)ο蟮姆椒?，利用SOA架構(gòu)和SpringMVC模式的分層設(shè)計思想，系統(tǒng)整體分為展示層、應(yīng)用邏輯層、服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層。同時還包括項目組織管理體系和網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理機制。

展現(xiàn)層位于架構(gòu)的最頂層，直接與客戶進行業(yè)務(wù)交互，展示智能巡檢的后臺管理業(yè)務(wù)。智能巡檢PDA/APP移動端以及大屏展示系統(tǒng)負責(zé)業(yè)務(wù)功能交互顯示。應(yīng)用邏輯層是處理巡檢管理業(yè)務(wù)的核心模塊，相關(guān)數(shù)據(jù)的處理功能（通知公告、預(yù)警、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、巡檢管理、隱患管理、電子云圖、安全監(jiān)測預(yù)警管理）大部分位于這一層。服務(wù)層主要是連接數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)邏輯層，提供應(yīng)用服務(wù)、GPS服務(wù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)等。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、交互、計算、同步之核心。建立安全、高效、實時交互的數(shù)據(jù)體系是巡檢管理平臺的重點任務(wù)，在完成數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計、計算等功能外，也為日后巡檢管理平臺的信息化發(fā)展提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。具體的系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

從應(yīng)用安全的角度考慮，將系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都部署到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，同時應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器利用物理隔離部署，內(nèi)部管理用戶或者其他用戶在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下直接進行PC端的訪問與操作，而巡檢人員則通過移動APP或PDA在巡檢區(qū)域通過VPN通道才能連接到內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)用操作。巡檢人員在進行巡檢時，開啟GPS后將自動獲取衛(wèi)星傳送的GPS信息，通過RFID閱讀器自動讀取巡檢點設(shè)備信息并完成巡檢工作[7]。其物理架構(gòu)如圖2所示。

1.4 智能巡檢管理業(yè)務(wù)流程分析

巡檢人員在進行巡檢工作之前，要做好設(shè)備信息與電子標簽的綁定和安置工作，要準備好巡檢工具。管理人員根據(jù)巡檢制度和管理辦法制定巡檢計劃任務(wù)，巡檢人員接收任務(wù)并開始巡檢，通過移動巡檢設(shè)備的GPS獲取具體的定位信息，通過移動端巡檢設(shè)備上的RFID讀卡器可以自動獲取設(shè)備信息并確定設(shè)備是否存在問題，如果設(shè)備存在問題，明確設(shè)備的問題類型和問題等級，之后上報設(shè)備問題并轉(zhuǎn)入隱患管理流程；如果不存在問題則記錄設(shè)備巡檢情況，同時將設(shè)備的巡檢數(shù)據(jù)和巡檢情況反饋到數(shù)據(jù)庫進行設(shè)備巡檢情況的統(tǒng)計與分析，為煤炭企業(yè)設(shè)備管理提供決策支持。

安全檢查人員根據(jù)檢查任務(wù)進行安全檢查或巡檢工作，檢查時發(fā)現(xiàn)問題，通過PC端或移動PDA/APP端的檢查任務(wù)將檢查的隱患進行錄入，隱患錄入后由安全生產(chǎn)管理人員進行隱患核實確認，確定隱患等級、整改責(zé)任部門、責(zé)任人、整改時間、確定依據(jù)或標準、整改措施等內(nèi)容，之后由整改責(zé)任人進行隱患整改并在規(guī)定的時間完成整改工作，之后上報給檢查人員，檢查人員進行整改復(fù)查工作，復(fù)查過程確定整改責(zé)任人的整改工作是否合格，復(fù)查不合格需要整改負責(zé)人繼續(xù)整改上報，整改復(fù)查合格后，進行整改銷號工作，銷號后的隱患需要進行統(tǒng)計分析，至此安全管理業(yè)務(wù)流程結(jié)束。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理信息系統(tǒng)主要分為“1系統(tǒng)2端10功能”，“1系統(tǒng)”指的是煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)，“2端”是指移動PDA/APP端和PC端后臺管理兩部分，“10功能”是指通知公告、巡檢管理、隱患管理、視頻監(jiān)控、電子云圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理、預(yù)警提醒、RFID巡檢、統(tǒng)計分析這十個功能。

3 系統(tǒng)在企業(yè)中應(yīng)用效益分析

對于煤炭企業(yè)來講，管理薄弱環(huán)節(jié)中的一方面就是對設(shè)備的現(xiàn)場作業(yè)管理，對管理層而言，缺少的設(shè)備現(xiàn)場的可視化管理，缺少對煤礦安全生產(chǎn)設(shè)備的實時監(jiān)控、歸集追蹤等。而基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)能夠?qū)⒀矙z過程中的巡檢數(shù)據(jù)、路徑信息、設(shè)備情況等數(shù)據(jù)進行采集并反饋到數(shù)據(jù)庫中心，通過GIS、電子云圖等可視化管理技術(shù)對設(shè)備運行情況進行展示和分析，為管理層提供可視化管理依據(jù)。通過對生產(chǎn)設(shè)備的巡檢，能夠降低設(shè)備損失，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。

煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)的實施可以將現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備管理與維護工作落實到實處，能夠保證巡檢計劃規(guī)范、合理、職責(zé)明確，同時保證巡檢路徑最優(yōu)，保證設(shè)備巡檢工作質(zhì)量，提高巡檢工作效率。及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備可能存在的安全隱患，實時高效的完成設(shè)備檢修工作，避免設(shè)備故障升級，預(yù)防突發(fā)事故的發(fā)生避免因人為因素、管理因素而造成的損失，使得煤礦生產(chǎn)安全端口前移，提高煤礦安全管理水平，降低設(shè)備故障發(fā)生率，降低設(shè)備維修費用，提高設(shè)備使用壽命10%-15%。

實現(xiàn)智能巡檢數(shù)據(jù)可視化，通過三違建模技術(shù)建立煤礦生產(chǎn)場景電子云圖，結(jié)合GIS系統(tǒng)將設(shè)備情況、巡檢路線等信息進行可視化展示，管理者能夠直觀、全面的了解設(shè)備情況，能夠更好的進行安全管理決策。

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作者簡介：

李春賀（1986-），男，河北秦皇島人，博士在讀，研究方向：安全管理，管理信息系統(tǒng)，職業(yè)健康安全。