沿街牌匾監測系統設計與實現

陳永峰 劉揚 鮑慶雪 張繼剛

摘 要：當前社會日益發展，廣告牌匾的數量龐大，如何區分這些廣告牌匾是否在管理范圍內，是否經過相關部門的審核等，而這些問題會對城市的建設產生影響。文中針對這些情況建設了廣告牌匾監測網，并運用ArcGIS、Flex、WebService技術開發了沿街廣告牌匾監測系統，此外還介紹了RFID關鍵技術、數據集成、傾角傳感器技術，同時對牌匾監測實現GIS地圖展示、實時狀態監測、歷史數據查詢、統計等功能。在實際應用中，本系統為城市沿街牌匾監測提供了及時準確的信息支持。

關鍵詞：ArcGIS；RFID；實時監測；信息支持

中圖分類號：TU984.11 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

射頻識別技術、生物識別等自動識別技術與互聯網、通信、傳感網絡等信息技術相融合，構筑了一個無所不在的網絡環境。海量RFID信息處理、傳輸和安全對RFID的系統集成和應用技術提出了新的挑戰。RFID系統集成將向嵌入式、智能化、可重組的方向發展，通過構建RFID公共服務體系，將使RFID信息資源的組織、管理和利用更為深入和廣泛[1]。

我們可以運用RFID技術，給各個商家的廣告牌安裝有源標簽，通過內置的陀螺儀就能實時監管牌匾是否被挪動或拆除，在街道上安裝感應基站，保證基站能夠覆蓋所有標簽，這樣，標簽的信息就能實時傳輸給終端，大大減少了需要的人力和物力，降低了監管難度。再結合GIS建立一個簡單的可視化系統，極大地提高了管理效率。本文以北京市西城區為研究區，研究了實時監測牌匾狀態的關鍵技術。

1 系統設計

1.1 監測網絡硬件部署設計

北京市西城區沿街牌匾監測系統結構包括傳感器基站和監測數據中心，根據北京市西城區西長安街的位置和牌匾情況安裝了三個監測基站，在68個牌匾上分別安裝了RFID標簽。

沿街牌匾監測系統通過GPRS無線網絡的傳輸來接收數據[2，3]，具體的工作原理是標識卡進入磁場后，接收解讀器發出的頻射信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至基站進行有關數據的處理，基站運用SIM，通過GPRS將解析的數據發送到服務器。

1.2 監測系統的總體設計

沿街牌匾系統總體設計分為應用層，業務層，通信層以及信號代碼采集層，其系統整體框架圖如圖1所示。應用層可以進行數據的展示和共享。

圖1 系統整體框架圖

（1）應用層。在應用層里主要有牌匾的展示（牌匾的詳細信息），監控管理，牌匾查詢以及決策分析四個方面，應用層主要針對牌匾信息，牌匾展示與牌匾查詢則針對用戶，監控管理和決策分析針對管理人員。

（2）業務層。業務層主要分為牌匾管理和管理平臺兩部分，在牌匾管理中又可分為牌匾拆建登記，牌匾定位查詢，牌匾詳細信息的更改等，在管理平臺中有系統管理，用戶管理和權限管理三部分，其他模塊待定。

（3）通信層。通信層分為RFID中間件，有線局域網，無線局域網三部分。通信層的主要目的就是傳遞信息。

（4）采集層。采集層的采集工具由附著在牌匾上的標簽，RFID閱讀器，牌匾定位裝置，傾角傳感器等工具組成，采集層主要功能是采集牌匾信息。

1.3 數據庫設計

在數據庫設計的過程中，數據結構滿足第三范式要求，為保證數據在系統里運行的高效性，數據庫需保證全面準確、關系一致、松散耦合、適度冗余、高頻分離。在適當的情況下使用存儲過程和觸發器來實現用戶自定義的數據一致性和完整要求。沿街牌匾監測系統包括預警信息記錄表，見表1所列；歷史信息表見表2所列；標志卡信息表見表3所列；基站接收數據時間表見表4所列。

表1 預警信息記錄表

鍵 字段名 數據類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

BoundAlarm nvarchar（） 20 否

MoveAlarm nvarchar（） 20 否

VoltageAlarm nvarchar（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表2 歷史信息表

鍵 字段名 數據類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

x decimal（） 20 否

y decimal（） 20 否

z decimal（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表3 標志卡信息表

鍵 字段名 數據類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

Name varchar（） 20 否

Type varchar（） 20 否

Pic nvarchar（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表4 基站接收數據時間表

鍵 字段名 數據類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

ReceiveTime varchar（） 20 否

1.4 具體功能設計

系統的界面以及基本系統功能具體包括以下幾項：

（1）牌匾電子地圖總覽（縮放、全圖、刷新、前后視圖等）；

（2）牌匾查詢（選擇要素（包括名稱，所在街道，編號，牌匾注冊時間以及模糊檢索）、清除所選、查看屬性等）；

（3）街景牌匾影像瀏覽（左前、右前、正前、正右等）；

（4）定位（顯示牌匾當前所在位置）；

（5）管理員登陸（需輸入賬號、密碼進入數據管理）。

1.4.1 查詢功能

獲取資料如城區電子地圖、城區沿街牌匾數據（名稱，所在街道，編號，材質等）。此功能的目的是，當輸入任意一個牌匾的基本信息時，可以得出當前牌匾的所有詳細信息。其中，加載牌匾編號和城區街道坐標數據是為了更準確的查詢位置；加載圖層，點擊“查詢”，即可彈出查詢窗體，進而查詢“名稱”、“編號”、“所在街道”，選中其中之一點擊“確定”，即可彈出列表，得到選中的牌匾長度等詳細信息。查詢結構圖如圖2所示。

圖2 查詢結構圖

1.4.2 底圖為電子地圖模式

底圖是電子地圖，在電子地圖中標注街道名稱，牌匾用符號來代替。對用戶而言，電子地圖可以更簡單地查詢到牌匾的符號，目前電子地圖的使用率正在飛速增長，電子地圖強調準確性，在簡單易用的同時查詢速度快，省時間。

1.4.3 統計

獲取城區電子地圖、牌匾圖片、該地區牌匾分布圖等資料，再從管委廣告科獲取該區沿街牌匾的屬性數據，如牌匾的編號、照片、坐標等。根據牌匾的材質，可將其分為鋁板、玻璃鋼、石材、優質木材等。根據路名查找道路，首先要指定道路的起點，在數據庫中連接道路表，表中保存道路起終點的定位坐標。加載該城區電子地圖與牌匾分布圖，再加載沿街牌匾屬性數據。在“工具”中點擊“統計”按鈕，選擇所需獲取的數據，可分別獲取全區牌匾的總覽數據、各街道上沿街的牌匾數據。

1.4.4 牌匾變更及注冊與注銷

在牌匾的管理過程中，會出現牌匾變更、牌匾增加、牌匾拆除等問題，那么就必須在系統中及時更正，所以應在數據管理系統中增設牌匾變更以及牌匾增加和牌匾刪除按鈕，在牌匾變更里查找想要變更的牌匾，會出現當前要變更牌匾的詳細信息，選擇需要修改的信息進行修改。

1.4.5 安全評估

獲取資料，如該城區電子地圖、該地區沿街牌匾電子地圖等。再從管委廣告科獲取各個牌匾在歷史上出現過的問題數據和從有關測繪部門獲取的各牌匾的坐標。各圖經過疊加，即可得到該條街道牌匾的安全系數。從安全系數即可知道該條街道上的牌匾是否應該進行“預警”。

1.4.6 報警事件處理

在沿街牌匾的管理過程中，肯定會遇到各種各樣的問題，但RFID的使用會使出現的問題簡單化。

在RFID系統的應用過程中，電子標簽附著在牌匾表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量，進而發送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行相關處理。

1.4.7 全景快速瀏覽

獲取資料，如該城區電子地圖[4]、該地區沿街牌匾電子圖等。加載圖層，移動鼠標，轉動鼠標滾輪，即可對城區景色進行快速瀏覽。全景瀏覽流程圖如圖3所示。

圖3 全景瀏覽流程圖

1.4.8 法規條例

設置沿街牌匾應當符合政府機關相應的牌匾管理辦法，點擊“查詢”中的“法律法規”，會彈出有關沿街牌匾管理的法律法規。每條法規條例后面都有增、刪、改功能。

1.4.9 用戶管理

用戶管理主要是將不同用戶賦予不同權限，可以實現對不同數據的操作和使用不同功能。具體完成以下功能：

（1）用戶登錄（系統啟動界面后，需要用戶登錄界面，輸入用戶名和密碼登錄到系統中，登錄后，系統根據用戶授權情況，顯示功能界面）；

（2）用戶個人信息修改（非管理員用戶進入系統后，修改自己的密碼和其他可修改的個人信息）；

（3）用戶授權（管理員登錄到系統中，可以進行系統授權）；

（4）添加新用戶、刪除用戶、修改用戶屬性（用戶名、用戶等級、用戶密碼等）；

（5）用戶權限修改（對不同等級的用戶，有一個默認權限，可以進行哪些操作，同時也可以修改用戶權限，比如某些功能可以用等）。

1.4.10 圖形的放大縮小等功能

在進入系統時，會出現許多牌匾的位置點，鼠標移動到牌匾點時會出現牌匾的懸浮照片，鼠標點擊照片后會出現該牌匾的照片及基本信息，有時照片需要放大、縮小、漫游、全覽等操作，所以加入圖形的放大、縮小等功能，以方便用戶使用。

2 關鍵技術及系統實現

2.1 關鍵技術

2.1.1 傾角傳感器技術

傾角傳感器經常用于系統水平距離和物體高度的測量，從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器，這三種傾角傳感器都利用地球萬有引力的作用，將傳感器敏感器件對大地的姿態角，即與大地引力的夾角 （傾角）這一物理量，轉換成模擬信號或脈沖信號。

在地球上任何位置的物體都受到重力的作用（F=mgn） ，即任意質量塊都會受到重力加速度的作用，采用加速度傳感器即可測出這個重力加速度。把加速度傳感器固定在物體的水平面上，則加速度傳感器感受到的加速度a0=gn；當物體姿態改變時，加速度傳感器的敏感軸隨之轉動角度 ，則傳感器受到的加速度變為a1=gncos，因此可以通過測量加速度的變化來反映物體姿態的變化。

2.1.2 基于GIS的傳感器狀態變更及狀態顯示

正常情況下，若牌匾沒有變更，則傳感器返回服務器的數據為0，在出現牌匾更換的情況下，傳感器返回服務器的數據為-1。GIS通過傳回的數據將傳感器的狀態顯示出來，正常的顯示綠色，報警的顯示紅色，牌匾的屬性信息可以通過屬性的形式存儲在GIS相對應的標簽上[5]，基站狀態顯示圖如圖4所示，其為城市管理提供了數據基礎。

圖4 基站狀態顯示

2.2 系統實現

本系統采用B/S軟件體系結構[6]，前臺運用Flex平臺，數據庫使用SQL2008將牌匾數據結構準確地設計出來，后臺使用Java技術，實現前臺與后臺的高速交互。運用Socket通信將數據傳輸的服務器存儲到數據庫中，通過Java后臺把數據調用到前臺，然后進行解析、判斷。地圖數據通過ArcGIS Service 10.0發布緩存地圖，實現地圖的調用顯示等功能，從而實現了整個系統的開發。將系統導出發行版發布在Tomcat下，實現互聯網的共享服務。

3 結 語

近年來，物聯網技術已經受到社會各界的認可。沿街牌匾管理是城市急需解決的問題。廣告牌匾數量處于快速增長階段，而目前廣告牌匾管理工作人員的數量并沒有增加，這樣的現實情況使得監管工作難上加難，將沿街牌匾監測系統應用到城市管理中將發揮越來越大的作用。本系統利用Flex設計出界面，運用傳感器、ArcGIS等技術實現了數據與用戶的智能交互。

參考文獻

[1]王曉星，石梅香，陳金松.基于RFID的高校設備管理系統研究與設計[J].中北大學學報（自然科學版）， 2011， 32（6）：702-707.

[2]王洪鐘，武利亞.信息化城市管理的成功實踐——無線傳感器網絡技術應用于戶外廣告監管系統[J]. 城市管理與科技，2009（4）： 550-555.

[3]徐兵，王晗.基于GIS的城市數字交通管理信息系統設計開發[J].計算機與數字工程，2005，33（12）： 16-18.

[4]Clarke K C.Mobile Mapping and Geographic Information Systems[J].Cartography and Geographic Information Society， 2004，31（3）：131-136.

[5]趙瑜，朱敏，牛灝， 等.基于GIS的城市戶外廣告管理探索與實現[J].微計算機信息（測控自動化）， 2009， 25（12-1）： 132-133， 136.

[6]鄭揚波.基于B/S的廣告管理信息系統的設計與分析[J].電腦知識與技術（學術交流）， 2007（8）：301，307.