吳 　 兵

(安徽工貿職業(yè)技術學院 計算機系，安徽 淮南 232001)

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基于UHF_RFID與高清網(wǎng)絡攝像技術的礦車管理系統(tǒng)

吳 兵

(安徽工貿職業(yè)技術學院 計算機系，安徽 淮南 232001)

大量生產(chǎn)設備的使用給煤礦的高產(chǎn)提供了支持，但也增加了管理難度，本文提出一種基于微波射頻識別技術和高清攝像的礦車管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有礦車定位、物料識別、礦車進出自動化管理和無人值守等功能。該系統(tǒng)的使用可有效提高礦井工作效率和提升礦井現(xiàn)代化管理水平。

礦車管理系統(tǒng)；UHF_RFID；高清攝像；識別標簽

傳統(tǒng)的礦車管理使用手工錄入信息，不僅耗時，而且誤差率大，還容易滋生人為舞弊行為，給企業(yè)造成大量經(jīng)濟損失。隨著煤礦自動生產(chǎn)水平的不斷提高，越來越多的自動化生產(chǎn)設備投入使用，為煤礦的安全高產(chǎn)提供支持。但大量設備的投入使用不僅成本較高，而且也增加了管理的難度。因此，有效地管理煤礦設備以及重要物料成為煤礦管理中的難題。

為了對礦車進行信息化管理，一些礦井在每輛礦車上安裝定位識別卡[1]，但由于礦井環(huán)境的影響，定位識別卡使用一段時間后就會嚴重受損或者丟失。此外，目前礦車定位系統(tǒng)只能夠跟蹤礦車的行駛路線，并不能監(jiān)控礦車的進出狀況和其他信息。隨著遠距離微波射頻識別(UHF_RFID)技術[2]的發(fā)展，一些信息化程度較高的礦井采用基于UHF_RFID的礦車進出管理系統(tǒng)[3]，在一定程度上提高了礦車進出管理的工作效率。在此基礎上，進一步提出了基于UHF_RFID及高清網(wǎng)絡攝像技術的礦車管理系統(tǒng)。當安裝有射頻識別卡的礦車進入讀卡器感應區(qū)被識別時，將觸發(fā)高清攝像設備進行礦車的圖像采集，通過采集的圖像對工作情況進行跟蹤，實現(xiàn)無人值守。

1　相關技術介紹

1.1UHF_RFID

UHF_RFID是指超高頻無線射頻技術，閱讀器是讀取Tag(標簽)的閱讀設備，通過和標簽耦合進行讀取。UHF_RFID實現(xiàn)了免接觸讀寫的功能，具有穿透性強、抗污染能力和耐久性強等特點,并且可在惡劣的環(huán)境下工作。

1.2高清網(wǎng)絡攝像

高清網(wǎng)絡攝像機的高清功能體現(xiàn)在可以連續(xù)采集最大分辨率大于720 P(1 280×720)，甚至超過FullHD(1 080 P，分辨率1 920×1 080)到分辨率更高的2 048×1 536畫面。同時，網(wǎng)絡攝像機將圖像轉換為基于TCP/IP網(wǎng)絡標準的數(shù)據(jù)包，使攝像機所攝的畫面通過RJ-45以太網(wǎng)接口或WIFI WLAN無線接口直接傳送到網(wǎng)絡上，通過網(wǎng)絡即可遠端監(jiān)視畫面。

1.3開發(fā)平臺

本系統(tǒng)軟件開發(fā)采用基于. NET 4.0框架技術，.NET包含許多有助于互聯(lián)網(wǎng)和內部網(wǎng)應用迅捷開發(fā)的技術。.NET Framework 是微軟公司繼Windows DNA之后的新開發(fā)平臺，.NET提供了一個新的反射性的且面向對象程序設計編程接口，有利于與硬件的二次開發(fā)接口進行交互。

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)體系結構

整個系統(tǒng)拓撲結構如圖1所示。

圖1系統(tǒng)拓撲結構圖

首先，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境分別在進出口兩端各安裝兩臺網(wǎng)絡高清攝像機，以便能夠從不同方位采集礦車的高清圖像，采集的圖像信息通過網(wǎng)絡交換機經(jīng)TCP/IP協(xié)議傳輸至服務器主機。其次，在進出口兩端分別安置一臺UHF_RFID讀卡器，兩端讀卡器將持續(xù)進行射頻信號的讀取，識別卡(Tag)被讀取后的信息通過網(wǎng)絡交換機經(jīng)TCP/IP協(xié)議傳輸至服務器主機。最后，系統(tǒng)管理軟件安裝在服務器主機，由網(wǎng)絡交換機傳輸進來的圖像及標識卡信息經(jīng)過系統(tǒng)軟件處理后保存至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

2.2系統(tǒng)實現(xiàn)

礦車管理系統(tǒng)開發(fā)平臺采用微軟.NET FramWork4.0框架，開發(fā)工具VS2010，開發(fā)語言C#，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使用Sql server 2008。

系統(tǒng)中，首先將識別標簽粘貼在被識別對象上(礦車適當位置處)，當標簽進入UHF_RFID閱讀器的讀寫范圍后即磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在識別標簽芯片中的信息(即Passive Tag，被動式標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即Active Tag，主動式標簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至后臺計算機信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。主要代碼如下：

private void txt_Set_cardCode_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e)

{

if (e.KeyChar == (char)(Keys.Return))

{ //獲取數(shù)據(jù)表中礦車基本信息

DataSet dsSetRegisTable = DbHelperSQL.Query("select * from CarInfo_Table where Car_RfidCard_code ='" + txt_Set_cardCode.Text.Trim() + "'");

if (dsSetRegisTable != null && dsSetRegisTable.Tables[0].Rows.Count > 0)

{

Car_id = dsSetRegisTable.Tables[0].Rows[0][" Car_id "].ToString().Trim();

Car_defaultCode= dsSetRegisTable.Tables[0].Rows[0][" Car_defaultCode "].ToString().Trim();

CameraWork (Car_defaultCode); //進行攝像頭信息采集攝像

}

else

{

MessageBeep(0xFFFFFFFF);

}

}

}

礦車圖像采集可通過網(wǎng)絡高清攝像設備生產(chǎn)廠商提供的SDK進行二次開發(fā)[4]。DLL動態(tài)庫文件經(jīng)注冊后，使用其抓拍函數(shù)實現(xiàn)圖像的獲取，再經(jīng)二進制流轉換后存儲在SQL數(shù)據(jù)庫表中。主要代碼：

Private Long Capture(string szFileName)//入?yún)D片臨時保存路徑，返回長整形數(shù)據(jù)

{

long result; static BYTE parms[] =VTS_BSTR; //使用ref傳遞結果參數(shù)

InvokeHelper(0xf1, DISPATCH_METHOD, VT_I4, ref result, parms,,szFileName);

return result;

}

軟件實現(xiàn)上采用Thread線程調用時應防止與應用程序主線程的沖突，造成系統(tǒng)軟件出現(xiàn)崩潰或長時間停滯情況。使用Thread代理線程這一方式顯著的優(yōu)點在于，不會像Timer控件那樣容易造成軟件界面的卡停，這是因為一旦主線程調用Thread后，Thread代理程序將會單獨執(zhí)行，此時與主程序運行無關，從而不會影響軟件界面的卡?，F(xiàn)象

2.3系統(tǒng)功能組織結構

整個系統(tǒng)分為5大模塊，如圖2所示。

圖2系統(tǒng)組織結構圖

1)礦車基本信息管理。礦車的基本信息包括礦車自重，生成日期，運行時間，最近一次維護時間等。這些信息經(jīng)關聯(lián)識別卡后存放在服務器Sql Server數(shù)據(jù)庫表中，在系統(tǒng)運行中可隨時進行礦車基本信息的增刪改查操作。

2)射頻識別卡管理。對于射頻識別卡(Tag)首先進行識別卡內信息的設置，考慮實際應用僅在識別卡內設置卡號。通過開發(fā)射頻卡程序所需要的動態(tài)鏈接庫，可方便對識別卡進行讀寫操作，寫卡完成的同時應把識別卡相應的卡號存放在Sql Server數(shù)據(jù)庫表中，以方便進行識別卡與礦車的關聯(lián)操作。

3)高清圖像采集管理。當安裝有射頻識別卡的礦車進入讀卡器感應區(qū)被識別時，將觸發(fā)高清攝像設備進行礦車的圖像采集。

4)礦車進出記錄檢索。根據(jù)時間段選擇、礦車編號等檢索條件實現(xiàn)礦車工作過程的記錄跟蹤、顯示礦車信息、進出場景圖像，并實現(xiàn)礦車工作量統(tǒng)計報表，作為單位工作績效的考核依據(jù)。

5)系統(tǒng)用戶管理。對系統(tǒng)使用人員分配登錄賬號、權限管理，實現(xiàn)系統(tǒng)用戶的增、刪、改、查，并依據(jù)用戶的角色分配相應的使用權限。

2.4系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)結構設計實現(xiàn)

系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)結構及說明：射頻卡采集表(表1)存放每張Tag識別卡號及相對應的備注信息；礦車基本信息表(表2)保存礦車的基本信息，同時設置一個與表1主鍵相關聯(lián)的字段(表外鍵)；圖像信息采集表(表3)用來保存高清攝像采集的圖片信息，同樣設置一個與表1主鍵相關聯(lián)的字段(表外鍵)，表1與表3之間為1∶n的關系；礦車工作記錄表(表4)保存礦車進出時間，其中設置2個外鍵，分別對應礦車基本信息表(表2)與射頻卡采集表(表1)，均為1∶n的關系。

表1　射頻卡采集表

表2　礦車基本信息表

表3　圖像信息采集表

表4　礦車工作記錄表

3　總　　結

在礦車運輸設備管理中使用UHF_RFID二次開發(fā)技術進行非接觸式信息處理，同時利用網(wǎng)絡高清攝像頭二次開發(fā)技術采集礦車工作過程中高清圖片，實現(xiàn)對礦車自動識別管理，從而實現(xiàn)自動化管理目標，從很大程度上提高礦井的管理效率，并且系統(tǒng)具有良好的擴充性。與同類系統(tǒng)產(chǎn)品相比較，在功能上擴充了礦車進出站點及運行過程中的動態(tài)圖像顯示功能，更好地把握檢索礦車在運輸物料時的詳細情況；在性能上采用主線程運行UHF_RFID讀卡器讀取礦車動態(tài)移動情況，同時觸發(fā)Thread代理子線程進行高清網(wǎng)絡攝像頭采集礦車移動圖像，克服了以往同類產(chǎn)品中使用Timer控件造成運行程序卡頓、假死機的情況，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 因此，基于UHF_RFID射頻識別技術及高清攝像的礦車定位與物料識別系統(tǒng)在礦井建設領域中有廣闊的應用前景。

[1] 郝樹華, 齊寶軍, 周玉貴. 礦車自動調度及管理系統(tǒng)簡介[J]. 金屬礦山, 2004, 11: 50-56.

[2] 游戰(zhàn)清, 李蘇劍. 無線射頻識別技術理論與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2004.

[3] 康秀光, 刁宏軒, 劉立峰. 基于RFID技術的車輛管理系統(tǒng)設計[J]. 黑龍江科技信息, 2009(3): 51.

[4] SDK開發(fā)包. 威視達康網(wǎng)絡高清攝像頭[EB/OL] .(2001-01-16)[2015-10-04].http://www.vstarcam.cn/product-53.html.

A Tramcar Management System Based on UHF_RFID and High-Definition Camera

WU Bing

(School of Computer, Anhui Polytechnic of Industry and Commerce, Huainan, Anhui 232001, China)

The use of a large number of production equipment provides support for coal mine high yield. However, it also increases the difficulty of management. In this paper, we propose a tramcar management system based on microwave radio frequency identification and high-definition camera. This system has the following main functions: tramcar positioning, material identification, automation management, and unmanned on duty. Using this system can effectively improve work efficiency of the mine and the mine modernization management level.

tramcar management system; UHF_RFID; high-definition camera; identification card

2015-12-21

省高校自然科學科學研究項目(KJ2015gm001)。

吳兵，男，安徽淮南人，碩士，安徽工貿職業(yè)技術學院計算機系講師，研究方向為企業(yè)ERP。E-mail: 549256106@qq.com

時間：2016-8-17 11:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160817.1131.022.html

TP391.4

A

1007-4260(2016)03-0082-04

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.03.022