基于iBeacon 技術(shù)的安全巡檢系統(tǒng)研究

沈 冰，屠佳恒，王 挺，屠佳佳

（1. 浙江滴石信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052；2. 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化學(xué)院，浙江 杭州 310053）

1 問題的提出

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，各地區(qū)對水利工程的重視程度不斷增強，同時也發(fā)現(xiàn)以往水利工程“重建輕管”現(xiàn)象帶來的問題[1]，包括無法使工程利用最大化、長期運行存在安全隱患甚至危害公共安全、以及造成嚴重資源浪費等。因此，對已建水利工程的安全巡查和維護管養(yǎng)顯得尤為重要[2]。

近年來，隨著我國水利工程的不斷建設(shè)，日常巡查、養(yǎng)護的工作量日益增加[3]，傳統(tǒng)的巡查打卡方式，例如按鈕、二維碼掃描、NFC 識別等已經(jīng)無法滿足水利工程的室內(nèi)外精確便利管養(yǎng)需求[4]。因此，有必要在巡查方式上探索新模式，新方法和新技術(shù)的應(yīng)用。目前，低功耗藍牙技術(shù)已經(jīng)在火電站[5]、工廠[6]和礦井[7]等智能巡檢中發(fā)揮了良好的作用，本文在此基礎(chǔ)上結(jié)合管理部門的實際需求和水利工程管養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，提出一種基于iBeacon 技術(shù)的安全巡檢系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 iBeacon簡介

iBeacon 是一種低耗能藍牙技術(shù)，是蘋果公司2013 年9 月發(fā)布的移動設(shè)備用OS（iOS7）配備的新功能。其工作方式是：配備有低功耗藍牙（BLE）通信功能的設(shè)備，使用BLE 技術(shù)向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到ID 的應(yīng)用軟件會根據(jù)ID 采取一些行動[8]。目前，根據(jù)這項簡單的定位技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生大量相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用，藍牙iBeacan基站就是其中之一。

BLE 通信包括2 個主要部分：adverTIsing（廣告）和connecting（連接）。藍牙iBeacan 基站采用advertising（廣告）模式，即單向發(fā)送機制，正如beacon（信標(biāo)、燈塔）的字面意思，這種設(shè)備以一定的時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且發(fā)送的數(shù)據(jù)可被類似手機的設(shè)備獲取。當(dāng)設(shè)備獲取到數(shù)據(jù)后，一個連接被建立即可讀取基站提供的信息。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)iBeacon 技術(shù)的工作原理，以及參考藍牙iBeacon 基站的操作手冊，設(shè)計了基于iBeacon技術(shù)的安全巡檢系統(tǒng)（見圖1），主要由藍牙iBeacon 基站、巡檢終端、云服務(wù)中心、PC 端軟件平臺、手機端APP 等組成。

圖1 基于iBeacon技術(shù)的安全巡檢系統(tǒng)圖

藍牙iBeacon 基站作為系統(tǒng)核心硬件設(shè)備，一方面自動感應(yīng)設(shè)定范圍內(nèi)的巡檢終端，記錄巡檢人員的巡檢次數(shù)和巡檢時間；另一方面自動推送對應(yīng)站點的巡檢信息界面給巡檢終端，實現(xiàn)巡檢人員輕松點擊選項，即可錄入當(dāng)前基站對應(yīng)設(shè)備的巡檢信息。同時，巡檢信息通過巡檢終端實時發(fā)送至云服務(wù)器，上級管理部門可以通過PC 端軟件平臺和手機端APP 輕松訪問巡檢數(shù)據(jù)，有助于實時掌握巡檢情況，及時精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)和處理隱患。

2.3 藍牙iBeacon基站

根據(jù)管理部門的實際需求和水利工程管養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)對藍牙iBeacon 基站進行選型，本系統(tǒng)采用型號為EW-BCN02 的藍牙iBeacan 基站，具體性能指標(biāo)見表1。

表1 藍牙iBeacan基站性能指標(biāo)表

由表1 可知，藍牙iBeacon 基站不僅具有良好的防水性能，而且使用壽命長，支持3 uA 超低功耗待機運行，續(xù)航時間長達4～5 a，基本可實現(xiàn)免維護，同時重量輕、安裝便捷、傳輸距離遠，支持廣播功能和數(shù)據(jù)安全加密，性能指標(biāo)適用于水利工程。

參考操作手冊可知，通過手機終端安裝的EW-Beacon 軟件，和EW-BCN02 設(shè)備連接可實現(xiàn)內(nèi)部各類參數(shù)的設(shè)置功能，包括UUID、MAJOR和MINJOR、ADV NAME、TXPOWER 等， 其設(shè)置界面見圖2 和表2。

表2 設(shè)置界面具體參數(shù)及功能表

圖2 EW-BCN02設(shè)置界面圖

由于水利工程巡查范圍廣、藍牙iBeacon 基站部署多，因此，系統(tǒng)建設(shè)中對基站之間的信號干擾以及如何精準(zhǔn)巡檢問題從技術(shù)上做了重要考慮。iBeacon 是一個基于BLE（低功耗藍牙技術(shù)）的2.4 G 射頻技術(shù)，根據(jù)射頻場強隨距離衰減的模型計算距離。因為射頻信號傳播本身受環(huán)境干擾大，不穩(wěn)定，所以基于這個原理的測距也不會精確。因此，我們把巡查感應(yīng)范圍設(shè)定在3 m 以內(nèi)，即巡查人員巡查過程中必須距離藍牙iBeacon 基站3 m 以內(nèi)，而每個基站的最近安裝距離均在10 m以上，因此可以精準(zhǔn)定位和消除干擾，試驗結(jié)果表明，目前的部署和設(shè)計也是可行的。

以數(shù)字化的巡檢和管理來看，在水利工程的固定點部署藍牙iBeacon 基站，而巡檢人員隨身攜帶的巡檢終端，將成為藍牙iBeacon 基站的定點“采集員”。巡檢人員通過定點、定時采集布署在固定位置的藍牙iBeacon 基站信息，點擊選項即可完成巡檢信息的錄入，數(shù)據(jù)加密后上傳云服務(wù)中心，從而精準(zhǔn)獲取有效巡檢信息和巡檢路徑，更利于流程化、科學(xué)化、數(shù)字化管理，可有效解決當(dāng)下傳統(tǒng)巡檢方式不“真”、不“快”、不“監(jiān)”的弊端。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計的關(guān)鍵是巡查過程中各類表單功能的設(shè)計，要實現(xiàn)水利工程巡查的流程化、科學(xué)化、數(shù)字化管理，必須進行全方位的頂層設(shè)計。涉及內(nèi)容包括巡檢工程分解、巡檢路徑規(guī)劃、巡檢負責(zé)人和隱患責(zé)任人認定、巡檢內(nèi)容分類、巡檢頻次制定以及錄入方式和模板設(shè)計等。

本文主要對軟件中的巡檢信息、隱患上報、隱患信息和處理流程等內(nèi)容進行分析，具體如下：

3.1 巡檢信息

巡檢信息是安全巡查系統(tǒng)的基本內(nèi)容，主要包含設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)等內(nèi)容（見圖3）。圖3 中電氣參數(shù)數(shù)據(jù)均采取選擇模式代替輸入模式（除一些純數(shù)字必須輸入之外），圖3（a）點擊選擇和數(shù)字輸入模式，圖3（b）為滾動選項模式，有助于減少輸入工作量、顯著提高輸入的準(zhǔn)確性和便利性。

圖3 巡檢信息圖

3.2 隱患上報

隱患上報是安全巡查的重要組成部分，隱患上報內(nèi)容采用設(shè)定模板形式（見圖4）。文字描述僅需輸入“是”或“否”即可，極大方便隱患內(nèi)容的輸入，隱患處理方式上則采用選擇形式，工作人員可根據(jù)隱患嚴重程度選擇現(xiàn)場處理或報修處理。同時，隱患部位照片的采集只需點擊添加圖片即可通過拍照或相冊上傳。

圖4 隱患上報界面圖

3.3 隱患信息

隱患信息上傳后將記錄在隱患模塊中，可以通過隱患記錄查看一段時間內(nèi)各部位發(fā)生隱患的數(shù)量，并用不同的顏色標(biāo)識不同的部位且標(biāo)明數(shù)量，以便直觀地了解隱患信息。隱患詳細信息包括：隱患問題、經(jīng)辦人上報、主管審核及負責(zé)人審核，且可以附加隱患照片及隱患消除后的照片。已完結(jié)的隱患信息會顯示具體結(jié)束時間（見圖5）。

圖5 隱患信息圖

3.4 處理流程

產(chǎn)生隱患信息后，必須根據(jù)責(zé)任流程對隱患進行處理。系統(tǒng)采用清晰、易懂的流程化圖形應(yīng)用軟件，告知流程參與者該流程的動態(tài)走向和流程狀態(tài)，方便多角色處理人員在關(guān)鍵節(jié)點決定由誰來處理、查看處理結(jié)果，流程明確、責(zé)任清晰（見圖6）。

圖6 軟件處理流程圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)搭建完成后，在多個大型水利工程巡查管理中應(yīng)用，工程類型有大（1）型泵站、大（1）型水閘、地級市區(qū)域水庫群聯(lián)網(wǎng)巡檢等。某大型水利工程巡檢信息匯總欄目見圖7。

圖7 巡檢信息欄目統(tǒng)計頁面圖

巡檢信息按照當(dāng)月的巡檢情況、巡檢頻率進行統(tǒng)計，按照巡檢總次數(shù)和巡檢規(guī)定的次數(shù)，通過進度條方式直觀地展示該巡檢頻率完成情況。如果要查看更詳細的信息，則點擊右下角的“查看詳情”鏈接，頁面將跳轉(zhuǎn)到詳細的日歷頁面中，見圖8。藍牙巡檢實現(xiàn)了室內(nèi)外全天候精準(zhǔn)定位，巡檢員和巡檢點通訊有加密，巡檢距離根據(jù)巡檢點可調(diào)整便于日常巡檢，具有良好的實際推廣應(yīng)用價值。

圖8 巡檢信息日歷統(tǒng)計頁面圖

5 結(jié) 語

基于iBeacon 技術(shù)的安全巡檢系統(tǒng)，在水利工程安全巡檢領(lǐng)域尚屬前列，利用先進的硬件外部資源結(jié)合傳統(tǒng)的水利工程安全巡檢，是水利行業(yè)的一大突破。該系統(tǒng)極大改善了巡檢人員巡檢的效率以及巡檢的真實有效性，尤其在密閉環(huán)境（室內(nèi)）和中大型水利工程中能發(fā)揮非常好的硬件支撐作用。iBeacon 技術(shù)創(chuàng)新性巡檢模式也為水利工程管理單位提供一種更有效的監(jiān)管手段，對實現(xiàn)長效化的安全管理具有重要意義。