基于BLE的生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

仝亮，黃永庚，周希文

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底水電廠，云南 迪慶 674606）

0 前言

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟以及智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，使得基于位置的服務(wù)得到了廣泛關(guān)注。在室外空曠環(huán)境下，用戶完全能夠通過(guò)全球定位系統(tǒng)（GPS）和北斗定位系統(tǒng)獲得較精確的定位[1]。但是受制于GPS和北斗的局限性，不能在室內(nèi)進(jìn)行精確定位。目前無(wú)線室內(nèi)定位技術(shù)已得到很多技術(shù)支持，應(yīng)用較為廣泛的有超聲波定位技術(shù)、超帶寬定位技術(shù)、紅外線定位技術(shù)、WiFi定位技術(shù)和藍(lán)牙定位技術(shù)等[2]。在BLE和移動(dòng)終端不斷發(fā)展和成熟的前提下，基于BLE的室內(nèi)定位更成為研究熱點(diǎn)[3]。

1 概述

隨著水電站“無(wú)人值班”模式的逐漸推進(jìn)，對(duì)生產(chǎn)區(qū)運(yùn)行和維護(hù)的管理水平要求越來(lái)越高。為了提高水電站長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力，提高運(yùn)行人員和維護(hù)人員的安全和設(shè)備巡檢的效率，烏弄龍·里底電廠建立了一套生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)。系統(tǒng)采用阿里云服務(wù)器+手機(jī)APP+BLE模塊的配置方式，通過(guò)BLE模塊實(shí)現(xiàn)人員定位和設(shè)備巡檢。并針對(duì)人員滯留報(bào)警、工器具離位報(bào)警、工器具借還等需求進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

2 存在的問(wèn)題

2.1 手工記錄工作量大

運(yùn)行人員和維護(hù)人員開(kāi)展巡檢時(shí)，需要按照巡檢路線開(kāi)展設(shè)備巡檢，并根據(jù)巡檢情況在巡檢記錄本上記錄設(shè)備狀態(tài)，手工記錄工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力還容易出錯(cuò)。

2.2 不能掌握巡檢情況

值長(zhǎng)對(duì)運(yùn)行人員和維護(hù)人員的具體巡檢情況不能掌握了解。例如運(yùn)行人員和維護(hù)人員是否按照規(guī)定路線、規(guī)定周期對(duì)所有需要巡檢的設(shè)備都進(jìn)行了巡檢。

2.3 不能掌握人員位置情況

值長(zhǎng)對(duì)廠房?jī)?nèi)運(yùn)行人員和維護(hù)人員的具體位置不掌握，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)無(wú)法及時(shí)處置。例如當(dāng)發(fā)生廠房漏水、消防報(bào)警等緊急情況時(shí)，值長(zhǎng)不掌握廠房人員位置情況，無(wú)法第一時(shí)間安排最近的人員前往設(shè)備位置查看具體情況；當(dāng)發(fā)生設(shè)備帶電試運(yùn)行、起重、帶壓設(shè)備試驗(yàn)等情況時(shí)，工作負(fù)責(zé)人無(wú)法快速確認(rèn)工作面內(nèi)是否有人逗留。

2.4 人員意外提醒

當(dāng)廠房?jī)?nèi)人員開(kāi)展工作出現(xiàn)暈倒、受傷等情況時(shí)，無(wú)法告知同事而得不到及時(shí)救治，如果剛好沒(méi)有被其他人員發(fā)現(xiàn)可能會(huì)延誤救治。

2.5 儀器、工器具管理

公用儀器和工器具借用手續(xù)不完善或者使用現(xiàn)場(chǎng)管理不規(guī)范，可能會(huì)發(fā)生公用儀器和工器具被借用但未登記，或者使用現(xiàn)場(chǎng)被挪用而未告知的情況。

3 需求分析

3.1 硬件要求

1）前端交互設(shè)備采用常規(guī)手機(jī)，避免配置單獨(dú)的定位設(shè)備和訪問(wèn)設(shè)備；

2）系統(tǒng)后臺(tái)采用公有云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，避免現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的單獨(dú)建設(shè)；

3）定位設(shè)備采用BLE信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，內(nèi)置電池，不外接電源，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)施工難度。

3.2 軟件要求

1）手機(jī)端交互軟件應(yīng)支持當(dāng)前主流手機(jī)系統(tǒng)；

2）系統(tǒng)應(yīng)支持按設(shè)定路線或自定路線巡檢，適應(yīng)運(yùn)行人員和維護(hù)人員的多種需求，并支持查看歷史巡檢記錄；

3）系統(tǒng)支持配置定位節(jié)點(diǎn)信息及設(shè)備信息，以及定位節(jié)點(diǎn)與設(shè)備的一對(duì)多綁定；

4）系統(tǒng)支持人員實(shí)時(shí)定位信息查看，包括訪客位置信息；

5）廠房地圖支持自定義上傳，并支持BMP、JPEG、PNG等多種圖片類型；

6）定位節(jié)點(diǎn)支持直接在地圖上標(biāo)記位置，同時(shí)可以根據(jù)需要修改；

7）系統(tǒng)支持工器具和儀器管理及當(dāng)前狀態(tài)查看；

8）系統(tǒng)支持工器具離位信息和人員滯留信息報(bào)警記錄查詢；

9）預(yù)留后續(xù)其他系統(tǒng)接入接口。

3.3 數(shù)據(jù)表要求

1）設(shè)備信息表采用主副表，主表配置所有設(shè)備信息，副表配置每一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的說(shuō)明書(shū)、圖紙、運(yùn)行規(guī)程資料。主表需包含編號(hào)、名稱、所屬設(shè)備類別、所屬技術(shù)監(jiān)督、歸口管理部門等信息，其中所屬設(shè)備類別、所屬技術(shù)監(jiān)督、歸口管理部門采用數(shù)據(jù)字典形式；副表需包含文檔類型、名稱、位置等信息，其中文檔類型采用數(shù)據(jù)字典形式。

表1 設(shè)備信息主表

表2 設(shè)備信息副表

2）巡檢點(diǎn)表需包括編號(hào)、位置、綁定設(shè)備、狀態(tài)等信息，其中綁定設(shè)備支持一對(duì)多。

表3 巡檢點(diǎn)表

3）工器具及儀器表需包含名稱、型號(hào)、類型、所屬技術(shù)監(jiān)督、設(shè)備狀態(tài)等信息。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)服務(wù)器采用阿里云服務(wù)器，后臺(tái)程序采用javaEE平臺(tái)開(kāi)發(fā)，前臺(tái)交互采用手機(jī)端APP實(shí)現(xiàn)，定位標(biāo)簽采用BLEDA14580芯片。

后臺(tái)管理主要包括設(shè)備管理、巡檢點(diǎn)管理、地圖管理、巡檢記錄、實(shí)時(shí)定位、離位報(bào)警記錄、滯留報(bào)警記錄、工器具信息八個(gè)模塊。

前端交互主要包括智能巡檢、人員管理、工器具管理三大模塊。其中智能巡檢模塊包括設(shè)備巡檢、巡檢記錄兩個(gè)模塊；人員管理包括實(shí)時(shí)定位、訪客管理、滯留報(bào)警三個(gè)模塊；工器具管理包括工器具借用、工器具歸還、離位報(bào)警三個(gè)模塊。

2）部署方式

系統(tǒng)服務(wù)部署在阿里云平臺(tái)服務(wù)器上，系統(tǒng)配置可根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)整；交互APP安裝在運(yùn)行人員和維護(hù)人員手機(jī)上，不需額外增加手持終端；定位標(biāo)簽粘貼在巡檢設(shè)備近旁，不需額外敷設(shè)電源線纜。

4.2 功能設(shè)計(jì)

共涉及有智能巡檢、人員管理、工器具管理、WEB管理四大模塊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）智能巡檢

設(shè)備巡檢：分位運(yùn)行人員巡檢和維護(hù)人員巡檢。通過(guò)手機(jī)APP自動(dòng)查找BLE定位模塊，巡檢藍(lán)牙模塊綁定的設(shè)備，并記錄設(shè)備狀態(tài)。

巡檢記錄：按照時(shí)間、設(shè)備、人員、異常等類別查看歷史巡檢記錄。

2）人員管理

實(shí)時(shí)定位：查看生產(chǎn)區(qū)域各位置人員實(shí)時(shí)位置。

訪客管理：非本廠員工進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域時(shí)，需錄入訪客信息，并實(shí)時(shí)記錄訪客位置信息。

滯留報(bào)警：人員長(zhǎng)時(shí)間停留在某個(gè)位置時(shí)，推送報(bào)警消息，防止人員出現(xiàn)意外情況時(shí)，無(wú)法得到及時(shí)救護(hù)。

3）工器具管理

工器具借用：通過(guò)APP可以借用工器具和試驗(yàn)儀器，并做好登記。

工器具歸還：通過(guò)APP可以歸還屬于借用狀態(tài)的工器具和試驗(yàn)儀器，并做好登記。

離位報(bào)警：工器具和試驗(yàn)儀器未經(jīng)登記即離開(kāi)工器具室，推送報(bào)警消息，閉環(huán)工器具管理。

4）WEB管理

設(shè)備管理：對(duì)生產(chǎn)區(qū)域設(shè)備進(jìn)行管理，包括增刪改查設(shè)備，上傳設(shè)備說(shuō)明書(shū)、圖紙、運(yùn)行規(guī)程。

巡檢點(diǎn)管理：對(duì)定位標(biāo)簽進(jìn)行管理，包括增刪改查定位標(biāo)簽，綁定設(shè)備。

地圖管理：對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)各區(qū)域、各層地圖進(jìn)行管理，具備PDF、JPG直接導(dǎo)入功能。

巡檢記錄：按照時(shí)間、設(shè)備、人員、異常等類別查看歷史巡檢記錄。

實(shí)時(shí)定位：查看生產(chǎn)區(qū)域各位置人員實(shí)時(shí)位置。

離位報(bào)警記錄：存儲(chǔ)離位報(bào)警記錄，可以根據(jù)設(shè)備分類、日期、時(shí)間進(jìn)行分類查詢。

滯留報(bào)警記錄：存儲(chǔ)人員滯留報(bào)警記錄，可以根據(jù)位置、人員、日期、時(shí)間進(jìn)行分類查詢。

4.3 技術(shù)平臺(tái)

生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)后臺(tái)管理+手機(jī)APP前端交互的模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，服務(wù)器采用阿里云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle的MySQL，Web應(yīng)用服務(wù)器采用Apache Tomcat，管理后臺(tái)采用JavaEE開(kāi)發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)

5 需進(jìn)一步完善的功能

5.1 優(yōu)化定位算法

生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)定位精度已經(jīng)滿足了現(xiàn)有應(yīng)用，但低概率下存在人員定位漂移的情況。對(duì)查看人員巡檢路線、查看人員當(dāng)前位置造成一定的影響，后續(xù)將增加步態(tài)檢測(cè)功能，優(yōu)化定位算法，進(jìn)一步提高定位精度。

5.2 三維地圖

生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)支持查看當(dāng)前廠房各層人員定位信息，但地圖只是平面地圖，未能包括人員縱向位置信息，同時(shí)對(duì)人員位置的顯示也不夠直觀，后續(xù)將實(shí)現(xiàn)廠房三維地圖顯示，直觀顯示人員位置信息。

5.3 電子圍欄

生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)支持人員長(zhǎng)期滯留某一位置報(bào)警，但未結(jié)合定位標(biāo)簽與工作票、操作票等信息關(guān)聯(lián)，當(dāng)運(yùn)行人員和維護(hù)人員誤入非當(dāng)前工作票或操作票工作范圍的危險(xiǎn)區(qū)域或者訪客人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，及時(shí)報(bào)警提醒。

5.4 智能報(bào)警

當(dāng)前人員滯留、工器具未登記報(bào)警均采用全員推送的方式，沒(méi)有針對(duì)性，未能結(jié)合人員和工器具的歸屬情況推送給相應(yīng)的的班組長(zhǎng)或者專業(yè)組長(zhǎng)。后續(xù)將完善報(bào)警推送機(jī)制，根據(jù)報(bào)警分類推送給相應(yīng)的角色。

5.5 圖像識(shí)別

在設(shè)備巡檢過(guò)程中，有一些需要記錄的數(shù)據(jù)，例如斷路器動(dòng)作次數(shù)、油泵啟停次數(shù)、保護(hù)壓板位置等，需要手動(dòng)錄入生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)中，降低了巡檢人員的工作效率。后續(xù)將利用圖片識(shí)別技術(shù)，通過(guò)手機(jī)拍照上傳圖片的方式錄入數(shù)據(jù)，提高巡檢效率，簡(jiǎn)化人員工作量。

6 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)設(shè)備巡檢定位智能系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際情況采用BLE定位技術(shù)，創(chuàng)新了設(shè)備巡檢方式，滿足了人員定位需求，實(shí)現(xiàn)了工器具閉環(huán)管理。提高了電廠的管理水平，是烏弄龍·里底水電廠在“智能電廠”前進(jìn)道路上邁出的新步伐。