物聯網技術支持下勘測生產監控與設備資源管理信息系統的研究與實現

朱 霞，王思鍇，馬全明，王 亮

(1. 北京城建勘測設計研究院有限責任公司,北京 100101； 2. 中國鐵路出版社，北京 100054)

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物聯網技術支持下勘測生產監控與設備資源管理信息系統的研究與實現

朱 霞1，王思鍇1，馬全明1，王 亮2

(1. 北京城建勘測設計研究院有限責任公司,北京 100101； 2. 中國鐵路出版社，北京 100054)

針對勘測企業在生產過程中存在的傳統的內部管理模式跟不上信息化形勢發展的需要，管理模式生產效率低、重要資產管理不到位、配置不合理等問題，將物聯網技術應用到勘測企業對生產過程監控和設備資源管理中，通過采用GPS定位終端、RFID標簽、傳感器、移動終端設備等硬件設備及物聯網、GIS、互聯網等技術，開發了勘測生產監控與設備資源管理信息系統, 系統集成了項目信息管理、車輛管理、儀器管理、鉆機管理、班組管理等功能，實現了對勘測生產過程、設備運轉情況的全面監控，大大提升了勘測企業生產過程和設備資源的管理水平，降低了生產成本，為勘測企業的生產過程監控和設備資源的管理工作提供了有效的信息化手段。

生產過程監控；設備資源管理；物聯網技術；GPS定位；GIS技術；互聯網技術

近年來，隨著我國對基礎建設投資的加大，勘測企業的生產規模不斷擴大、工程數量不斷增加，但是，勘測企業傳統的內部管理模式卻跟不上信息化發展的需要，傳統的人工作業方式及管理模式在日常生產管理中暴露出生產效率低、重要資產管理不到位、配置不合理等問題。在市場競爭日益激烈的新形勢下，如何提高生產率、降低生產成本，對生產流程進行有效管理和監控，對儀器設備等資源進行合理配置，是傳統勘測企業所面臨的一個迫切需要解決的問題。

物聯網(the internet of things)技術是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來進行信息交換和通信以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

將物聯網技術應用到勘測企業的生產過程監控和固定資產管理中，通過采用GPS定位終端、RFID標簽、傳感器、移動終端設備等硬件設備及物聯網、GIS、互聯網等技術，開發出勘測生產監控與設備資源管理的信息系統,能有效實現對勘測生產過程、設備運轉情況的全面監控，提升車輛、儀器設備、鉆機等重要設備的管理水平和使用效率。

一、系統建設的目標和主要任務

1. 建設目標

以GPS、條形碼+RFID、GIS等技術為基礎，同時結合當前B/S架構下的主流信息系統技術，建立勘測生產監控與設備資源管理信息系統，通過對勘測生產過程、設備運轉情況進行全面監控，保證人員和設備的安全，提升重要設備的使用效率，對企業重要資產進行有效管理，使企業各種資源達到最優化配置，以降低生產成本，提高企業效率，提升管理水平。

2. 主要任務

系統主要完成了以下幾個方面的研究任務：

1) 利用GPS技術，在車輛、儀器和鉆機上分別安裝GPS監控終端，實現對企業重要資產的外業生產使用情況和運行軌跡的監控，從而對企業重要資源進行有效管理和合理調配。

2) 利用RFID+出入庫讀寫器，通過刷卡掃描的方式，在PC端和手機端同時實現對儀器設備進行入庫、領用登記、基本信息維護等管理，用電子登記替代紙質儀器借用臺賬的方式。

3) 根據鉆機的工作情況，量身定制鉆機監控終端(傳感器+監控儀表+PLC控制器+GPS終端),通過拉伸位移傳感器記錄位移變化、PLC控制器進行數據中轉和協議解析、GPS終端將收到的數據上傳至服務器、監控儀表安裝在駕駛室里實時監控鉆機進尺深度的變化，實現了對鉆機進尺深度的自動監控，從而進一步保證了鉆探工作數據的真實性和準確性。

4) 通過移動終端采集設備的位置、狀態信息，以及項目的進展信息，匯總成整個項目的進展狀況，對項目進行綜合展示、評價、查詢統計及分析。

二、系統總體設計

1. 系統總體框架

系統采用分層架構設計，從邏輯上可將該系統分為4層，如圖1所示，從下往上依次為基礎設施層、數據資源層、技術體系層和應用界面層。

圖1 系統體系結構

基礎設施層是構建信息化系統的硬件基礎，主要涉及的硬件設備包括網絡設備、安全設備、存儲設備和監控設備的配置及部署，這些是應用系統運行的基礎。

數據資源層指整個系統管理的所有數據信息，包括業務信息、二維地理信息，以及其他一些系統配置信息和管理信息等。

技術體系層包括系統中用到的各種技術，包括WebGIS 技術、組件技術、嵌入式開發技術、GPS定位技術、RFID技術等。

應用界面層面向最終用戶，提供桌面端和移動端兩種形式，生產監控系統基于WebGIS技術、物聯網技術，采用B/S + 移動APP形式，分別部署在桌面端和移動手機終端上。

2. 系統功能設計

系統設計為桌面端和移動端兩種方式，分別部署在桌面端和移動手機終端上，該系統的功能結構如圖2所示。桌面端面向所有用戶，針對普通用戶開放項目信息管理、班組管理、車輛管理、鉆機管理和儀器管理等功能，針對系統管理員開放GPS終端管理、用戶管理、權限管理等系統管理功能。移動終端的功能相對簡化，主要針對普通用戶，實現前端地圖瀏覽查詢等功能，同時也可以通過掃描安裝在儀器上的電子標簽，輕松實現儀器出入庫、臺賬登記等功能。

圖2 系統功能結構

3. 數據庫設計

系統數據庫設計方案的對象包括物理結構和邏輯結構的對象。采用關系數據庫模型對數據進行組織和管理，按照對象的不同用途、特點，將數據庫對象按模塊進行劃分和關聯。各模塊之間的關系如圖3所示。

圖3 模塊結構關系

系統管理模塊為各模塊提供基本的權限控制，為各模塊提供機構組織關系；設備模塊是執行任務模塊的實際主體之一，與通信模塊進行消息的交互，同時將消息記錄到監控模塊；監控模塊記錄設備通過通信模塊發過來的監控信息；統計分析模塊通過監控模塊并結合業務處理模塊進行分析統計。

三、系統功能的實現

依照本文對生產監控與管理信息系統的設計及技術路線，根據勘測企業的業務需求，從功能上將系統劃分為項目信息管理、班組管理、車輛管理、儀器管理、鉆機管理和系統管理6大核心模塊。

1. 車輛設備管理

車輛管理模塊是本系統核心功能模塊之一，通過在車輛上安裝移動終端，實時監控車輛設備位置狀態、追溯車輛軌跡、統計行駛里程，提高了車輛設備管理水平、降低了項目成本，車輛管理模塊包括車輛基本信息維護、車輛位置監控、運行軌跡回放、行駛里程管理、油耗統計等功能。

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

圖4 車輛基本信息維護

根據安裝在設備上的GPS終端定時回傳的位置，可以得知設備最新的位置所在。可以在地圖上展示所有設備當前位置。另外可以通過APP或PC端管理后臺主動下發指令對設備進行監控實時定位(如圖5所示)。

圖5 車輛位置監控

根據安裝在設備上的GPS終端定時回傳的經緯度數據，可以得知設備的歷史軌跡線路。可以根據時間段查詢歷史GPS經緯度記錄，從而在地圖上形成設備運行路線，并且可以按照速度播放路徑(如圖6所示)。

圖6 運行軌跡回放

對指定時間段的車輛進行行駛里程統計，為班組統計、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. 儀器設備管理

設備管理是本系統核心功能模塊之一，包括儀器設備基本信息維護、儀器設備監控、設備出入庫管理等功能。在設備上安裝RFID電子標簽，通過智能手機識別固定在儀器設備上的電子標簽，從而實現設備出入庫等操作。同時，在重要資產設備加裝定位監控終端，實現對重要儀器設備的位置監控和軌跡回放。

設備信息包括設備名稱、設備型號、設備采購時間、設備出廠時間、設備照片、設備編號(RFID編號/GPS編號)等(如圖8所示)。

圖8 儀器設備基本信息維護

設備出入庫的記錄內容包括：設備名稱、設備型號、設備編號(RFID編號)、領用人、操作員、領出日期、儀器使用狀態、歸還日期、儀器使用后狀態、管理員簽字、所屬項目名稱、備注等信息(如圖9所示)。

根據安裝在設備上的GPS終端定時回傳的經緯度數據，可以得知設備的歷史軌跡線路。可以根據時間段查詢歷史GPS經緯度記錄，從而在地圖上形成設備運行路線，并且可以按照速度播放路徑，如圖10—圖11所示。

圖9 設備出入庫管理

圖10 儀器位置監控

圖11 儀器軌跡回放

3. 鉆機設備管理

鉆機管理是本系統核心功能模塊之一，通過在鉆機上安裝鉆機監控終端，采集每臺鉆機的位置、視頻信息和進尺深度信息。鉆機GPS終端傳輸內容包含3部分：一是鉆機所在位置的經緯度信息，二是施工現場的監控視頻，三是采集的鉆機鉆取深度數據。這3部分內容通過GPS的數據采集芯片和GPS芯片整合在一起，在同一個協議數據包中進行信息傳輸，在鉆機工作狀態下，實時同步傳輸至服務器。

通過視頻監控終端，實時查看施工現場的監控視頻，并可以調用固定時間段的歷史視頻信息(如圖12所示)。

通過安裝量身定制的鉆機監控終端(鉆機固定GPS+傳感器+數據采集器)，記錄傳感器每次上升的垂直高差，累計算出鉆機的進尺深度，實現對鉆機的平面位置和鉆孔進尺深度的有效監控(如圖13所示)。

圖12 鉆機視頻監控

圖13 鉆機進尺深度監控

四、結束語

本文基于物聯網、GPS、GIS、RFID等技術，開發了勘測生產監控與設備資源管理信息系統。該系統實現了對生產過程的有效監控，實現了對企業重要資產的有效管理；使企業管理者能夠及時了解現場作業人員、設備運行狀態信息及項目進展情況，進行有效、合理的分工；實現了對監控效果的評價，按照考核標準對項目組或班組進行打分，根據考核分數的高低進行相應的獎懲。實現了對勘測生產過程、設備運轉情況的全面監控，提升了車輛、儀器設備、鉆機等重要設備的管理水平和使用效率，降低了生產成本，此信息系統為傳統勘測企業的生產過程監控和固定資產管理工作提供了有效的信息化手段。

該信息系統已在實際生產中得到初步應用，根據各生產部門對系統進行試用之后反饋的需求，系統后期還會在儀器設備的管理需求上進行擴展和延伸，如根據儀器設備的使用情況，統計各種儀器設備的使用效率，為儀器設備采購、項目分包提供輔助決策；增加一級庫房、二級庫房等，對外埠、項目上長期征用、計劃外采購儀器設備進行庫房屬地化管理等方面進行改進和拓展。這些舉措可以使信息系統更加完善，從而更好地為企業生產管理服務。

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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，高級工程師，主要從事地理信息系統的設計與開發工作。E-mail：zhuxia00@163.com

朱霞，王思鍇，馬全明，等.物聯網技術支持下勘測生產監控與設備資源管理信息系統的研究與實現[J].測繪通報，2016(11)：126-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0382.

P208

B

0494-0911(2016)11-0126-05