物聯(lián)網(wǎng)在煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳銀良

（北京市應(yīng)急管理信息中心，北京 100744）

0 引 言

煙花爆竹屬于易燃易爆的危險物品，做好煙花爆竹安全生產(chǎn)工作，事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全[1]。近年來，煙花爆竹市場需求量日益增加，受經(jīng)濟利益驅(qū)動，非法生產(chǎn)、經(jīng)營、儲存、運輸、燃放煙花爆竹的現(xiàn)象明顯增多，并通過非法渠道流入消費者手中，對社會公共安全構(gòu)成嚴重威脅，由此引起的事故時有發(fā)生[2-5]。

做好煙花爆竹流向信息化監(jiān)管工作，建立統(tǒng)一的煙花爆竹流向登記監(jiān)管信息系統(tǒng)，強化對煙花爆竹各重點環(huán)節(jié)的安全監(jiān)管，是煙花爆竹生產(chǎn)、經(jīng)營、儲存、運輸、燃放的安全生產(chǎn)監(jiān)管需要。

在此背景下，本文從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用角度出發(fā)，開發(fā)設(shè)計了一種煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)，并在春節(jié)期間成功應(yīng)用，保障了春節(jié)期間城市的安全運行。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 基本思路

本系統(tǒng)的基本設(shè)計思路為：針對煙花爆竹綜合管理所涉及的煙花爆竹流向?qū)崟r跟蹤管理和煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時獲取電子標簽、倉庫溫濕度、倉庫周界報警，建立煙花爆竹圖像共享管理系統(tǒng)[6]；接入批發(fā)企業(yè)安全生產(chǎn)倉庫視頻圖像和零售單位視頻圖像等相關(guān)感知信息并進行智能分析[7]，提高安全監(jiān)管部門對煙花爆竹存儲、運輸和銷售的實時監(jiān)控能力；為監(jiān)管部門開展春節(jié)期間煙花爆竹管理科學(xué)決策提供支撐。

本文運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)企業(yè)流向管理的現(xiàn)代化，通過RFID（Radio Frequency Identification, RFID）掃描門和掃描槍，快速讀取RFID標簽信息，以提高煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計及時準確。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促進了煙花爆竹安全生產(chǎn)監(jiān)管向及時、遠程和精細化方向發(fā)展。運用本文系統(tǒng)的移動執(zhí)法子系統(tǒng)，執(zhí)法檢查時可直接掃描RFID，讀取煙花爆竹流向信息，可有效遏制了非法煙花爆竹的生產(chǎn)、運輸、銷售和燃放。該系統(tǒng)的成功運用保障了春節(jié)期間城市的安全運行。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)層次自下而上分為物聯(lián)數(shù)據(jù)接入、傳感網(wǎng)絡(luò)、區(qū)縣匯聚、政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用支撐、數(shù)據(jù)資源、系統(tǒng)功能和綜合管理。

（1）物聯(lián)數(shù)據(jù)采集煙花爆竹儲存?zhèn)}庫的出入庫流向數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)、周界報警數(shù)據(jù)、視頻圖像和銷售網(wǎng)點的視頻圖像數(shù)據(jù)，形成煙花爆竹安全監(jiān)管物聯(lián)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)首先接入煙花爆竹批發(fā)企業(yè)，形成批發(fā)單位流向管理系統(tǒng)、批發(fā)倉庫物聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)點視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為上層提供物聯(lián)數(shù)據(jù)。

（2）傳感網(wǎng)絡(luò)層利用有線政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、無線物聯(lián)數(shù)據(jù)專網(wǎng)、無線寬帶專網(wǎng)及運營商網(wǎng)絡(luò)等實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的傳輸[8]。

（3）區(qū)縣匯聚主要是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和視頻數(shù)據(jù)在區(qū)縣安監(jiān)局的落地，為區(qū)縣開展安全監(jiān)管提供數(shù)據(jù)和平臺。

（4）政務(wù)網(wǎng)絡(luò)主要是指現(xiàn)有的全市統(tǒng)一的政務(wù)外網(wǎng)，實現(xiàn)市區(qū)兩級和各政府部門相關(guān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接。

（5）應(yīng)用支撐主要是利用全市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺提供的提供編碼賦碼、信息目錄、空間管理、認證授權(quán)等基礎(chǔ)服務(wù)，實現(xiàn)物聯(lián)信息資源的共享交換，結(jié)合本地地理信息引擎實現(xiàn)空間地理應(yīng)用。

（6）數(shù)據(jù)資源是指通過數(shù)據(jù)的匯聚和共享交換形成的許可基本信息、流向信息、物聯(lián)監(jiān)控信息、預(yù)警預(yù)報信息和視頻圖像信息等數(shù)據(jù)資源的存儲和訪問。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（7）系統(tǒng)功能提供基本信息查詢、流向信息管理、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)回放、報警信息處理、圖像信息管理、空間地理分析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等基礎(chǔ)功能。

（8）綜合管理層提供系統(tǒng)直接的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括煙花爆竹流向管理、煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、煙花爆竹移動執(zhí)法和圖像信息共享管理等，并且通過接口、頁面整合等方式提供給市應(yīng)急辦等與本項目相關(guān)的委辦局應(yīng)用。

1.3 RFID技術(shù)及工作原理

RFID技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，其通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能識別相距幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體，而且可以批量讀取、能識別靜止和運動狀態(tài)下的物體[9]。RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性的應(yīng)用技術(shù)，識別工作無需人工干預(yù)，支持只讀工作模式和讀/寫工作模式，且無需接觸或瞄準；可自由工作在各種惡劣環(huán)境下。RFID具備讀取方便快捷、識別速度快、穿透性和無障礙閱讀、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、動態(tài)實時更新、安全性高、小型多樣化等多種優(yōu)勢，這些獨特優(yōu)越性是其他識別技術(shù)無法比擬的。

最基本的RFID系統(tǒng)由電子標簽、閱讀器和天線三部分組成[10]。RFID系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行相關(guān)處理。射頻識別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對象，因此可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，典型應(yīng)用包括供應(yīng)鏈與物流管理、郵件和包裹處理、身份識別、防偽、門禁和防盜系統(tǒng)、物身份標識、空間定位與跟蹤等。

1.4 RFID標簽信息編碼規(guī)則

RFID標簽信息共96位，分為7個碼段，具體編碼規(guī)則見表1所列。

表1 RFID標簽信息編碼規(guī)則表

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)由3個子系統(tǒng)組成，分別為煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)、煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和移動執(zhí)法系統(tǒng)。

2.1 煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)

煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)通過電子標簽識讀器對煙花爆竹的品種、含藥量、級別以及出入庫時間信息進行讀取、錄入，實現(xiàn)了對批發(fā)單位倉庫煙花爆竹期初庫存數(shù)、入庫數(shù)、出庫數(shù)、返庫數(shù)等流向數(shù)據(jù)的實時監(jiān)管。系統(tǒng)功能如下：能夠?qū)崟r掌握批發(fā)單位倉庫中的煙花爆竹庫存數(shù)，監(jiān)管批發(fā)單位是否超量儲存；能夠通過批發(fā)企業(yè)的出庫信息和批發(fā)單位與零售單位的配送關(guān)系，隨時掌握批發(fā)單位給每個銷售網(wǎng)點的配送信息；能夠查詢零售單位每批進貨量，累計進貨量等信息。系統(tǒng)實現(xiàn)了批發(fā)倉庫存量預(yù)警機制，能夠通過短信將有關(guān)預(yù)警信息發(fā)給相關(guān)的人員。煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)

2.2 煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分為市區(qū)兩級系統(tǒng)：批發(fā)單位倉庫溫濕度監(jiān)控數(shù)據(jù)、周界報警數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口直接發(fā)送到市局系統(tǒng)；零售單位視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口發(fā)送到區(qū)系統(tǒng)。市區(qū)兩級平臺通過數(shù)據(jù)共享和交換分別存儲到實時和歷史數(shù)據(jù)庫中。煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 煙花爆竹物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)依托地理信息系統(tǒng)的空間信息技術(shù)，實現(xiàn)了監(jiān)控數(shù)據(jù)的可視化，有效地跟蹤流向數(shù)據(jù)和溫濕度傳感數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)，通過地理信息系統(tǒng)直觀的表現(xiàn)方式，能夠快速定位預(yù)警和報警信息，為事故應(yīng)急處理提供有利支持。通過倉庫溫濕度、周界報警等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，進一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲安全。通過視頻監(jiān)控有效保障了零售網(wǎng)點安全。

2.3 移動執(zhí)法系統(tǒng)

移動執(zhí)法系統(tǒng)是在移動PC上部署的單機執(zhí)法檢查系統(tǒng)，實現(xiàn)對煙花爆竹的核查功能，支持執(zhí)法人員手工輸入或與執(zhí)法終端對接自動獲取煙花爆竹的RFID碼，查詢煙花爆竹相關(guān)品名、類型、批發(fā)單位、零售單位等信息，方便執(zhí)法人員進行核查，輔助現(xiàn)場執(zhí)法。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與流向監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，保持流向數(shù)據(jù)的及時更新。移動執(zhí)法系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 移動執(zhí)法系統(tǒng)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括RFID掃描終端設(shè)計和RFID天線門設(shè)計。

批發(fā)單位采用手持RFID掃描終端、RFID天線門組合方式進行煙花爆竹出入庫管理。其中，RFID天線門主要實現(xiàn)煙花爆竹批量掃描作業(yè)，提高出入庫作業(yè)效率；手持RFID掃描主要是對沒有通過批量掃描的煙花爆竹進行補掃以及庫房的盤庫操作。

3.1 RFID掃描終端

掃描終端主要指標如下：

（1）符合標準：ISO14443A/B、ISO15693、ISO18000-6C、6B；

（2）設(shè)備工作頻率：可兼容UHF 頻率920～925 MHz、HF 頻率 13.56 MHz ；

（3）顯示屏：豎屏，至少達到3.2"，240×320，達到256K真彩、半穿透半反射型TFT LCD（室外太陽光下可讀）背光可調(diào)；

（4）系統(tǒng)閃存：至少滿足128 MB DDR SDRAM、256 MB NANDFLASH；

（5）鍵盤：標準鍵盤，左右手皆可操作的人體工程學(xué)設(shè)計，可單手操作；

（6）天線：HF內(nèi)置天線、UHF圓極化3 dBi天線；

（7）電源接口：主電池滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰聚合物電池，擴展手柄電池需滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰電池；

（8）無線通信：支持WiFi無線通信、藍牙通信2.0（標準配置）、紅外通信（標準配置）、GPRS/CDMA（可選配件，內(nèi)置）、GPS定位功能（可選配件，內(nèi)置）；

（9）數(shù)據(jù)接口：支持10M/100M LAN接口、USB 2.0接口（支持USB OTG）、RS 232接口（可選）；

（10）外部接口：支持1個耳麥插孔、1個DC_IN插孔及DC_IN+5 V電源輸入接口；

（11）擴展槽口：需包括1個SD/MMC卡插槽、1個SAM卡插槽、1個IC卡插槽；

（12）操作溫度：-20～55 ℃；

（13）存儲溫度：-25～60 ℃；

（14）防護等級達到IP66；

（15）相對濕度：5%RH～95%RH。

3.2 RFID天線門

RFID天線門主要指標如下：

（1）符合EPC Class 1 Gen 2（ISO 18000-6C），標簽緩存大于200個標簽，標簽識讀率大于190標簽/s，標簽識讀距離大于6 m；

（2）4個RF天線；

（3）天線門一對，含兩個門，高至少1.8 m；

（4）識讀器處理器最低配置：Intel IXP420（266 MHz）；

（5）內(nèi)存至少滿足64 MB SDRAM/64 MB FLASH；

（6）工作頻率為865～956 MHz；

（7）天線支持4高性能反向TNC連接器天線端口；

（8）射頻功率至少為30 dBm；

（9）網(wǎng)絡(luò)需支持10/100 Base-T Ethernet（RJ 45），串口為 RS 232（DB9）；

（10）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；

（11）工作溫度為-20～55 ℃；

（12）存儲溫度為-20～85 ℃；

（13）濕度為5%RH～95%RH（non-condensing）；

（14）防護等級達到IP54；

（15）符合中國地區(qū)頻率使用要求，且有國家主管部門的認證。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

本文系統(tǒng)實現(xiàn)了對煙花爆竹批發(fā)單位倉庫、零售網(wǎng)點的全面監(jiān)控，以及對煙花爆竹流向的全過程、實時監(jiān)管，圓滿完成每年春節(jié)期間煙花爆竹綜合管理的技術(shù)保障任務(wù)。通過本項目的實施，全面提升煙花爆竹相關(guān)企業(yè)的管理水平，在落實企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管主體責任的同時，大幅提升政府監(jiān)管和應(yīng)急處置能力。

（1）批發(fā)單位。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了企業(yè)流向管理的現(xiàn)代化，提高了出入庫效率，通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，提高了存儲倉庫的安防能力，主要表現(xiàn)在兩方面：一是電子標簽提高了煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計及時準確；二是倉庫網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控進一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲安全。

（2）零售網(wǎng)點。通過視頻監(jiān)控有效保障了網(wǎng)點安全。春節(jié)期間，煙花爆竹零售網(wǎng)點未發(fā)生銷售非法煙花爆竹的情況；也沒有發(fā)生零售網(wǎng)點不安全情況；同時還協(xié)助公安部分查獲了盜竊等刑事案件。

（3）政府監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促進了煙花爆竹安全生產(chǎn)監(jiān)管向及時、遠程和精細化方向發(fā)展，有效遏制了非法煙花爆竹的生產(chǎn)、運輸、銷售和燃放，保障春節(jié)期間城市安全運行，主要表現(xiàn)在三方面：一是通過對接企業(yè)流向系統(tǒng)，有效遏制煙花爆竹超量存儲和超量配送，春節(jié)期間系統(tǒng)發(fā)出了多次存量預(yù)警，通過短信及時提醒有關(guān)企業(yè)負責人；二是運用移動執(zhí)法系統(tǒng)，在春節(jié)期間開展了多場次的執(zhí)法檢查；三是開展了視頻圖像遠程監(jiān)管，結(jié)合舉報投訴，有效防止了煙花爆竹的非法銷售。

（4）城市運行和應(yīng)急管理。本系統(tǒng)結(jié)合示范工程的燃放期間噪聲分析、空氣質(zhì)量監(jiān)測、燃放指數(shù)預(yù)報、城市高點視頻監(jiān)控等信息，支撐相關(guān)信息在市應(yīng)急辦展開延伸綜合應(yīng)用，有效提高了公安消防、城管執(zhí)法、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境整治等綜合保障力量的部署與調(diào)度水平，并為相關(guān)監(jiān)管部門開展春節(jié)期間煙花爆竹管理及科學(xué)決策提供支撐。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合實際需求研究和設(shè)計了煙花爆竹流向監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)對煙花爆竹批發(fā)單位倉庫、零售網(wǎng)點的全面監(jiān)控，以及對煙花爆竹流向的全過程、實時監(jiān)管，圓滿完成每年春節(jié)期間煙花爆竹綜合管理的技術(shù)保障任務(wù)，達到了預(yù)期目標。