物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

朱 霞，王思鍇，馬全明，王 亮

(1. 北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,北京 100101； 2. 中國(guó)鐵路出版社，北京 100054)

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

朱 霞1，王思鍇1，馬全明1，王 亮2

(1. 北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,北京 100101； 2. 中國(guó)鐵路出版社，北京 100054)

針對(duì)勘測(cè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中存在的傳統(tǒng)的內(nèi)部管理模式跟不上信息化形勢(shì)發(fā)展的需要，管理模式生產(chǎn)效率低、重要資產(chǎn)管理不到位、配置不合理等問(wèn)題，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到勘測(cè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和設(shè)備資源管理中，通過(guò)采用GPS定位終端、RFID標(biāo)簽、傳感器、移動(dòng)終端設(shè)備等硬件設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)、GIS、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，開(kāi)發(fā)了勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng), 系統(tǒng)集成了項(xiàng)目信息管理、車輛管理、儀器管理、鉆機(jī)管理、班組管理等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)勘測(cè)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的全面監(jiān)控，大大提升了勘測(cè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備資源的管理水平，降低了生產(chǎn)成本，為勘測(cè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和設(shè)備資源的管理工作提供了有效的信息化手段。

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控；設(shè)備資源管理；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；GPS定位；GIS技術(shù)；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)投資的加大，勘測(cè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、工程數(shù)量不斷增加，但是，勘測(cè)企業(yè)傳統(tǒng)的內(nèi)部管理模式卻跟不上信息化發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式及管理模式在日常生產(chǎn)管理中暴露出生產(chǎn)效率低、重要資產(chǎn)管理不到位、配置不合理等問(wèn)題。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的新形勢(shì)下，如何提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行有效管理和監(jiān)控，對(duì)儀器設(shè)備等資源進(jìn)行合理配置，是傳統(tǒng)勘測(cè)企業(yè)所面臨的一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)(the internet of things)技術(shù)是通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通信以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到勘測(cè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和固定資產(chǎn)管理中，通過(guò)采用GPS定位終端、RFID標(biāo)簽、傳感器、移動(dòng)終端設(shè)備等硬件設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)、GIS、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，開(kāi)發(fā)出勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理的信息系統(tǒng),能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)勘測(cè)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的全面監(jiān)控，提升車輛、儀器設(shè)備、鉆機(jī)等重要設(shè)備的管理水平和使用效率。

一、系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)和主要任務(wù)

1. 建設(shè)目標(biāo)

以GPS、條形碼+RFID、GIS等技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前B/S架構(gòu)下的主流信息系統(tǒng)技術(shù)，建立勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)勘測(cè)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行全面監(jiān)控，保證人員和設(shè)備的安全，提升重要設(shè)備的使用效率，對(duì)企業(yè)重要資產(chǎn)進(jìn)行有效管理，使企業(yè)各種資源達(dá)到最優(yōu)化配置，以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效率，提升管理水平。

2. 主要任務(wù)

系統(tǒng)主要完成了以下幾個(gè)方面的研究任務(wù)：

1) 利用GPS技術(shù)，在車輛、儀器和鉆機(jī)上分別安裝GPS監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)重要資產(chǎn)的外業(yè)生產(chǎn)使用情況和運(yùn)行軌跡的監(jiān)控，從而對(duì)企業(yè)重要資源進(jìn)行有效管理和合理調(diào)配。

2) 利用RFID+出入庫(kù)讀寫器，通過(guò)刷卡掃描的方式，在PC端和手機(jī)端同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行入庫(kù)、領(lǐng)用登記、基本信息維護(hù)等管理，用電子登記替代紙質(zhì)儀器借用臺(tái)賬的方式。

3) 根據(jù)鉆機(jī)的工作情況，量身定制鉆機(jī)監(jiān)控終端(傳感器+監(jiān)控儀表+PLC控制器+GPS終端),通過(guò)拉伸位移傳感器記錄位移變化、PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和協(xié)議解析、GPS終端將收到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器、監(jiān)控儀表安裝在駕駛室里實(shí)時(shí)監(jiān)控鉆機(jī)進(jìn)尺深度的變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆機(jī)進(jìn)尺深度的自動(dòng)監(jiān)控，從而進(jìn)一步保證了鉆探工作數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

4) 通過(guò)移動(dòng)終端采集設(shè)備的位置、狀態(tài)信息，以及項(xiàng)目的進(jìn)展信息，匯總成整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展?fàn)顩r，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合展示、評(píng)價(jià)、查詢統(tǒng)計(jì)及分析。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，從邏輯上可將該系統(tǒng)分為4層，如圖1所示，從下往上依次為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、技術(shù)體系層和應(yīng)用界面層。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層是構(gòu)建信息化系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，主要涉及的硬件設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備的配置及部署，這些是應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)資源層指整個(gè)系統(tǒng)管理的所有數(shù)據(jù)信息，包括業(yè)務(wù)信息、二維地理信息，以及其他一些系統(tǒng)配置信息和管理信息等。

技術(shù)體系層包括系統(tǒng)中用到的各種技術(shù)，包括WebGIS 技術(shù)、組件技術(shù)、嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、RFID技術(shù)等。

應(yīng)用界面層面向最終用戶，提供桌面端和移動(dòng)端兩種形式，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)基于WebGIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用B/S + 移動(dòng)APP形式，分別部署在桌面端和移動(dòng)手機(jī)終端上。

2. 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為桌面端和移動(dòng)端兩種方式，分別部署在桌面端和移動(dòng)手機(jī)終端上，該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。桌面端面向所有用戶，針對(duì)普通用戶開(kāi)放項(xiàng)目信息管理、班組管理、車輛管理、鉆機(jī)管理和儀器管理等功能，針對(duì)系統(tǒng)管理員開(kāi)放GPS終端管理、用戶管理、權(quán)限管理等系統(tǒng)管理功能。移動(dòng)終端的功能相對(duì)簡(jiǎn)化，主要針對(duì)普通用戶，實(shí)現(xiàn)前端地圖瀏覽查詢等功能，同時(shí)也可以通過(guò)掃描安裝在儀器上的電子標(biāo)簽，輕松實(shí)現(xiàn)儀器出入庫(kù)、臺(tái)賬登記等功能。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

3. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案的對(duì)象包括物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)的對(duì)象。采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，按照對(duì)象的不同用途、特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象按模塊進(jìn)行劃分和關(guān)聯(lián)。各模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 模塊結(jié)構(gòu)關(guān)系

系統(tǒng)管理模塊為各模塊提供基本的權(quán)限控制，為各模塊提供機(jī)構(gòu)組織關(guān)系；設(shè)備模塊是執(zhí)行任務(wù)模塊的實(shí)際主體之一，與通信模塊進(jìn)行消息的交互，同時(shí)將消息記錄到監(jiān)控模塊；監(jiān)控模塊記錄設(shè)備通過(guò)通信模塊發(fā)過(guò)來(lái)的監(jiān)控信息；統(tǒng)計(jì)分析模塊通過(guò)監(jiān)控模塊并結(jié)合業(yè)務(wù)處理模塊進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

三、系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

依照本文對(duì)生產(chǎn)監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及技術(shù)路線，根據(jù)勘測(cè)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求，從功能上將系統(tǒng)劃分為項(xiàng)目信息管理、班組管理、車輛管理、儀器管理、鉆機(jī)管理和系統(tǒng)管理6大核心模塊。

1. 車輛設(shè)備管理

車輛管理模塊是本系統(tǒng)核心功能模塊之一，通過(guò)在車輛上安裝移動(dòng)終端，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛設(shè)備位置狀態(tài)、追溯車輛軌跡、統(tǒng)計(jì)行駛里程，提高了車輛設(shè)備管理水平、降低了項(xiàng)目成本，車輛管理模塊包括車輛基本信息維護(hù)、車輛位置監(jiān)控、運(yùn)行軌跡回放、行駛里程管理、油耗統(tǒng)計(jì)等功能。

對(duì)車輛型號(hào)、所屬部門、城市等基本信息管理進(jìn)行維護(hù)和管理，包括添加、刪除和編輯(如圖4所示)。

圖4 車輛基本信息維護(hù)

根據(jù)安裝在設(shè)備上的GPS終端定時(shí)回傳的位置，可以得知設(shè)備最新的位置所在?？梢栽诘貓D上展示所有設(shè)備當(dāng)前位置。另外可以通過(guò)APP或PC端管理后臺(tái)主動(dòng)下發(fā)指令對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控實(shí)時(shí)定位(如圖5所示)。

圖5 車輛位置監(jiān)控

根據(jù)安裝在設(shè)備上的GPS終端定時(shí)回傳的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，可以得知設(shè)備的歷史軌跡線路?？梢愿鶕?jù)時(shí)間段查詢歷史GPS經(jīng)緯度記錄，從而在地圖上形成設(shè)備運(yùn)行路線，并且可以按照速度播放路徑(如圖6所示)。

圖6 運(yùn)行軌跡回放

對(duì)指定時(shí)間段的車輛進(jìn)行行駛里程統(tǒng)計(jì)，為班組統(tǒng)計(jì)、季度考核、成本核算提供參考和輔助決策幫助(如圖7所示)。

圖7 行駛里程管理

2. 儀器設(shè)備管理

設(shè)備管理是本系統(tǒng)核心功能模塊之一，包括儀器設(shè)備基本信息維護(hù)、儀器設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備出入庫(kù)管理等功能。在設(shè)備上安裝RFID電子標(biāo)簽，通過(guò)智能手機(jī)識(shí)別固定在儀器設(shè)備上的電子標(biāo)簽，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備出入庫(kù)等操作。同時(shí)，在重要資產(chǎn)設(shè)備加裝定位監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要儀器設(shè)備的位置監(jiān)控和軌跡回放。

設(shè)備信息包括設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備采購(gòu)時(shí)間、設(shè)備出廠時(shí)間、設(shè)備照片、設(shè)備編號(hào)(RFID編號(hào)/GPS編號(hào))等(如圖8所示)。

圖8 儀器設(shè)備基本信息維護(hù)

設(shè)備出入庫(kù)的記錄內(nèi)容包括：設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備編號(hào)(RFID編號(hào))、領(lǐng)用人、操作員、領(lǐng)出日期、儀器使用狀態(tài)、歸還日期、儀器使用后狀態(tài)、管理員簽字、所屬項(xiàng)目名稱、備注等信息(如圖9所示)。

根據(jù)安裝在設(shè)備上的GPS終端定時(shí)回傳的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，可以得知設(shè)備的歷史軌跡線路?？梢愿鶕?jù)時(shí)間段查詢歷史GPS經(jīng)緯度記錄，從而在地圖上形成設(shè)備運(yùn)行路線，并且可以按照速度播放路徑，如圖10—圖11所示。

圖9 設(shè)備出入庫(kù)管理

圖10 儀器位置監(jiān)控

圖11 儀器軌跡回放

3. 鉆機(jī)設(shè)備管理

鉆機(jī)管理是本系統(tǒng)核心功能模塊之一，通過(guò)在鉆機(jī)上安裝鉆機(jī)監(jiān)控終端，采集每臺(tái)鉆機(jī)的位置、視頻信息和進(jìn)尺深度信息。鉆機(jī)GPS終端傳輸內(nèi)容包含3部分：一是鉆機(jī)所在位置的經(jīng)緯度信息，二是施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控視頻，三是采集的鉆機(jī)鉆取深度數(shù)據(jù)。這3部分內(nèi)容通過(guò)GPS的數(shù)據(jù)采集芯片和GPS芯片整合在一起，在同一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)包中進(jìn)行信息傳輸，在鉆機(jī)工作狀態(tài)下，實(shí)時(shí)同步傳輸至服務(wù)器。

通過(guò)視頻監(jiān)控終端，實(shí)時(shí)查看施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控視頻，并可以調(diào)用固定時(shí)間段的歷史視頻信息(如圖12所示)。

通過(guò)安裝量身定制的鉆機(jī)監(jiān)控終端(鉆機(jī)固定GPS+傳感器+數(shù)據(jù)采集器)，記錄傳感器每次上升的垂直高差，累計(jì)算出鉆機(jī)的進(jìn)尺深度，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的平面位置和鉆孔進(jìn)尺深度的有效監(jiān)控(如圖13所示)。

圖12 鉆機(jī)視頻監(jiān)控

圖13 鉆機(jī)進(jìn)尺深度監(jiān)控

四、結(jié)束語(yǔ)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)、GPS、GIS、RFID等技術(shù)，開(kāi)發(fā)了勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有效監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)企業(yè)重要資產(chǎn)的有效管理；使企業(yè)管理者能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息及項(xiàng)目進(jìn)展情況，進(jìn)行有效、合理的分工；實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控效果的評(píng)價(jià)，按照考核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目組或班組進(jìn)行打分，根據(jù)考核分?jǐn)?shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的獎(jiǎng)懲。實(shí)現(xiàn)了對(duì)勘測(cè)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的全面監(jiān)控，提升了車輛、儀器設(shè)備、鉆機(jī)等重要設(shè)備的管理水平和使用效率，降低了生產(chǎn)成本，此信息系統(tǒng)為傳統(tǒng)勘測(cè)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和固定資產(chǎn)管理工作提供了有效的信息化手段。

該信息系統(tǒng)已在實(shí)際生產(chǎn)中得到初步應(yīng)用，根據(jù)各生產(chǎn)部門對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行試用之后反饋的需求，系統(tǒng)后期還會(huì)在儀器設(shè)備的管理需求上進(jìn)行擴(kuò)展和延伸，如根據(jù)儀器設(shè)備的使用情況，統(tǒng)計(jì)各種儀器設(shè)備的使用效率，為儀器設(shè)備采購(gòu)、項(xiàng)目分包提供輔助決策；增加一級(jí)庫(kù)房、二級(jí)庫(kù)房等，對(duì)外埠、項(xiàng)目上長(zhǎng)期征用、計(jì)劃外采購(gòu)儀器設(shè)備進(jìn)行庫(kù)房屬地化管理等方面進(jìn)行改進(jìn)和拓展。這些舉措可以使信息系統(tǒng)更加完善，從而更好地為企業(yè)生產(chǎn)管理服務(wù)。

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Research and Implementation of Monitoring and Management Information System Based on the Technology of Internet of Things

ZHU Xia，WANG Sikai，MA Quanming，WANG Liang

2016-06-22

朱 霞(1981—)，女，高級(jí)工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。E-mail：zhuxia00@163.com

朱霞，王思鍇，馬全明，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下勘測(cè)生產(chǎn)監(jiān)控與設(shè)備資源管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(11)：126-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0382.

P208

B

0494-0911(2016)11-0126-05