基于區(qū)塊鏈的智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計

劉 航，胡裕陽，李鵬程

(西南石油大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610500)

0 引言

在油田生產(chǎn)管理過程中，相關(guān)巡檢管理工作人員借助巡檢終端系統(tǒng)采集并錄入現(xiàn)場各項設(shè)備實時信息[1]。在巡檢終端系統(tǒng)中，李軍，王濤提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)、小程序架構(gòu)理論的巡檢體系[2]，重點探究線路巡檢體系架構(gòu)建設(shè)路徑，但其忽略了對關(guān)鍵巡檢數(shù)據(jù)安全問題的考量。宋洋通過分析石油巡檢中存在的問題[3]，針對智能化巡檢在石油企業(yè)中的應(yīng)用進行分析，并提出相關(guān)建議作為參考，但其未進行實際的系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)應(yīng)用支撐理論研究。陳浩等人提出通過無人機及海洋檢測手段對海上石油日常生產(chǎn)進行巡檢和檢測[4]，提升海上平臺設(shè)備巡檢水平和應(yīng)急救援水平，但建設(shè)無人機巡檢和應(yīng)急救援系統(tǒng)成本較高，不適用于小型石油站場設(shè)備巡檢。

移動巡檢終端設(shè)備在巡檢中應(yīng)用廣泛，總體來說主要分為手機巡檢終端設(shè)備、專用巡檢儀2種終端設(shè)備。宋春慧等人設(shè)計了一款基于安卓終端的長輸管道巡檢系統(tǒng)[5]，該系統(tǒng)中手持機系統(tǒng)采用安卓操作系統(tǒng)的PDA，具有自動巡檢、數(shù)據(jù)存儲、自動提醒、羅盤指向等功能，并通過實際應(yīng)用，證明了其在管線巡檢工作中具有較大價值。劉佳設(shè)計了一款基于GIS(地理信息系統(tǒng))的管線巡檢信息系統(tǒng)[6]，該系統(tǒng)通過專用巡檢儀沿著指定線路進行巡檢和數(shù)據(jù)采集，并通過巡檢展示系統(tǒng)跟蹤巡檢情況。

近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)正在巡檢工作中不斷被嘗試，在電力系統(tǒng)和供熱管道巡檢中已經(jīng)有過相關(guān)理論的研究和應(yīng)用?！缎畔⒓夹g(shù)讓城市熱力管網(wǎng)可追溯》一文中旗幟鮮明地提出在集中供熱領(lǐng)域信息化建設(shè)緩慢，龐大地下管網(wǎng)巡檢仍然停留在手工巡檢階段，并提出希望區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)技術(shù)能應(yīng)用于管道巡檢信息化建設(shè)中[7]。謝小松、何冰等人指出在線路反外損領(lǐng)域存在多發(fā)性、突發(fā)性和不確定性問題[8]，導(dǎo)致巡檢的人力投入不足，巡檢效率低，提出采用物聯(lián)網(wǎng)加區(qū)塊鏈技術(shù)，重構(gòu)輸電線路反外損的巡檢管理體系，現(xiàn)處于研究測試階段。

針對以上研究現(xiàn)狀和啟發(fā)，本文提出設(shè)計一款基于射頻識別和區(qū)塊鏈技術(shù)的移動巡檢app，致力于實現(xiàn)巡檢工作無紙化數(shù)據(jù)采集，讓巡檢工作信息化、智能化。

1 設(shè)計內(nèi)容

1.1 硬件部分

圖1為RFID芯片(14443A標(biāo)簽)，左邊為螺絲帽型便于固定到管道中，右邊為卡片型。芯片中可以用于存儲設(shè)備信息。

圖1 RFID芯片

圖2為RFID讀卡器(型號FH-902)，支持協(xié)議ISO18000-6C，用于連接安卓手機，通過該讀卡器可以讀取芯片唯一識別ID。

圖2 RFID讀卡器

圖3為RFID讀卡器工作測試圖。通過連接安卓手機，可以讀取芯片唯一識別ID。

圖3 讀卡器工作測試圖

圖4為RFID讀卡器工作原理圖。讀卡器通過天線發(fā)出射頻信號，可以讀取RFID芯片存儲信息，將該信息讀取后送到手機應(yīng)用進行處理。

圖4 讀卡器工作原理圖

1.2 App部分

移動巡檢app為用戶提供基于Android 系統(tǒng)的手機移動終端，用于巡檢過程實施和數(shù)據(jù)采集。主要功能模塊如下。

1)查看、執(zhí)行任務(wù)。巡檢員、督導(dǎo)員用手機查看所有待執(zhí)行的任務(wù)列表。點擊任意任務(wù)，可查看任務(wù)詳情。

2)數(shù)據(jù)采集。通過手機OTG方式連接RFID高頻讀卡器，快速識別設(shè)備標(biāo)簽，進行數(shù)據(jù)采集。

3)工作情況上報。采用射頻識別等技術(shù)確保巡檢人員真實到位，通過手機端智慧巡檢app快速上傳工作情況。

1.3 區(qū)塊鏈部分

本文采用HyperLedger Fabric(簡稱Fabric)來完成用戶積分信息和巡檢記錄信息上鏈。Chaincode采用GO語言編寫，GO語言是Fabric的源程序開發(fā)語言，也是Fabric最早支持的開發(fā)語言之一。Chaincode中實現(xiàn)了基本時間的查詢、事件狀態(tài)的修改、基本事件的提交。本系統(tǒng)直接采用HyperLedger Fabric容器進行命令提交。

2 系統(tǒng)測試

2.1 App讀卡測試

圖5為手機巡檢app已經(jīng)讀卡識別關(guān)鍵功能，圖5(b)為讀卡器讀取芯片中存儲的EPC電子產(chǎn)品編碼(與設(shè)備綁定)。

(a) (b)

2.2 接口測試

采用Swagger接口測試工具對所有的API進行測試，Swagger是一款功能強大的測試工具，可以在瀏覽器發(fā)送各類POST、GET請求，甚至模擬表單提交，測試舉例如圖6所示。在Swagger中新建測試，填寫url、參數(shù)，即可看到測試結(jié)果(json數(shù)據(jù))。

圖6 Swagger測試示意圖

2.3 區(qū)塊鏈測試

圖7～8為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)測試。

圖7 啟動區(qū)塊鏈

圖8 網(wǎng)絡(luò)正常ALL COOD

測試結(jié)果:用戶轉(zhuǎn)賬等網(wǎng)絡(luò)功能正常，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)塊鏈的單機多節(jié)點的分布式存儲。接著測試本文的項目的鏈碼與部署如下：首先生成創(chuàng)世區(qū)塊，并進行生成通道配置文件，如圖9～10所示。然后啟動Docker容器，進行Channel創(chuàng)建操作，如圖11～13所示。

圖9 生成創(chuàng)世區(qū)塊

圖10 生成通道配置文件

圖11 啟動Docker容器

圖12 創(chuàng)建Channel

圖13 Peer加入Channel

最后進行安裝智能合約，并且測試上鏈，如圖14～15所示?？梢钥吹剑瑴y試上鏈成功。測試查詢結(jié)果如圖16所示。

圖14 安裝智能合約

圖15 測試上鏈，結(jié)果返回上鏈成功

圖16 測試查詢結(jié)果

3 結(jié)語

本項目以天然氣儲氣站為應(yīng)用對象，開發(fā)了一款移動巡檢app，輔助區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)無法篡改和溯源的智慧巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)對石油站場的人、物、流程等要素的全面管控；通過射頻識別技術(shù)，即對RFID(Radio Frequency Identification)芯片識別，實現(xiàn)對設(shè)備智能一鍵識別、支持快速高效的巡檢作業(yè)。