基于RFID與三維可視化技術的固定資產管理系統設計

吳 欣，高正浩，陳俁霏，彭鈺欽

（1.貴州電網有限責任公司電力科學研究院，貴州貴陽550002；2.貴州黔馳信息股份有限公司貴州貴陽550002）

隨著我國電力企業規模的不斷發展，固定資產的規模、價值和種類不斷增加，且分布較為松散，為管理帶來了較大的挑戰。傳統基于手寫貼牌的固定資產管理系統需要管理人員的廣泛參與，工作量大、管理效率低、跟蹤效果差、管理局限性強、查找和定位困難，難以滿足當前背景下對固定資產實時和精準管理的需求[1-3]。因此，尋求高效、精準的固定資產管理手段迫在眉睫。

近來，各研究者發現，RFID（Radio Frequency Identification）射頻技術具有識別非接觸式、工作距離長、識別效率高等優勢，且相較于二維碼技術，可自動化操作、速度快、無人工可視要求，以此為基礎設計固定資產管理系統能有效提高管理效率。由于單純基于RFID技術的固定資產系統在快速查找和定位方面仍存在不足[4-6]。因此，文中基于RFID技術，引入以三維GIS為基礎的可視化技術，結合ZigBee技術，為電力企業設計了一套固定資產管理系統。該系統經過測試，能夠實現電力企業固定資產的入庫、外借、查詢和報廢等功能，并提供三維可視化的資產實體和位置顯示，能為固定資產的實時管理與精確定位提供便利。

1 技術分析

1.1 RFID技術

RFID電子標簽體積小、容量大、安全性強、無需接觸即可使用，其所在系統基本原理如圖1所示[7]。標簽一旦進入RFID系統的耦合磁場范圍，就會獲取到讀寫器發射的射頻信號，并根據射頻信號引起的感應電流，射送出自身內部相應的產品信息，進而由讀寫器接收并通過串口傳遞給客戶端進行處理。

圖1 RFID系統的基本原理

1.2 ZigBee技術

ZigBee技術具有功耗低、延時短、協議簡單、成本低等優勢，可以用于數據的實時采集、傳遞以實現一定程度的智能控制[8]。該技術硬件由網絡協調器、路由器以及終端節點組成。本文選用Chipcon公司研發的CC2430芯片作為無線系統芯片[9]。

1.3 三維可視化技術

面向三維的GIS技術相比較于二維，能夠更直觀地展示空間信息，將抽象的物體可視化，且可提供更強的空間分析功能[10]。本文采用Sketchup軟件對固定資產建立三維模型，該軟件涵蓋了窗、門、家具等組件，使用和開發較為便利[11]。為了完成各固定資產實體的可視化管理，本文后續采用ArcGIS Engine控件（ESRI公司），對三維GIS進行二次開發，以實現固定資產與環境的三維呈現、查詢等功能[12]。

2 系統分析

電力企業的固定資產有運輸工具、辦公用具、儀器設備等。具有分布松散、種類多、價值高等特點。文中基于RFID、三維可視化等技術來構建固定資產管理系統，從而實現對固定資產的高效管理。

2.1 業務流程

固定資產管理的基礎功能是實現各資產的全程管理，包括采購、運行、維護和報廢等。本文研究的對象是某國有電力企業的固定資產管理系統，該系統管理的資產大多用于辦公與管理。

本系統的固定資產日常管理流程，可見圖2所示。各固定資產從采購入庫到報銷后的注銷，全過程需要依次進行登記編號、建立檔案、不定時跟蹤、監控狀態和檢查使用情況等。

圖2 某電力企業固定資產管理流程

本系統引入了RFID技術，由RFID讀寫器讀取固定資產的相關信息，并借助無線網絡傳輸自動實現各固定資產信息的采集工作。其相關流程，可見下圖3。

圖3 基于RFID技術的固定資產信息采集流程

本系統的固定資產信息修改流程，如圖4所示。由管理人員在相關管理界面修改后，經無線網絡將修改后的信息數據傳遞給RFID讀寫器，再對各固定資產的標簽進行寫入，從而實現修改功能。

圖4 基于RFID技術的固定資產信息修改流程

2.2 需求分析

基于RFID技術和可視化技術的固定資產管理系統需要包含固定資產分配和編碼、外出（借）、維護、查詢（三維展示和定位）以及監管責任人調離等功能。

固定資產分配和編碼功能中，當固定資產經采購入庫后，需要根據資產類型進行統一編號、登記，其編碼需要涵蓋資產的類型、購置日期、價值、用途等信息。

固定資產的修改功能中，當固定資產的信息需要修改時，管理人員在管理系統中通過操控RFID系統將修改后的信息寫入固定資產的電子標簽中。

固定資產外出或外借功能中，當固定資產需要外出或外借時，需要使用人員辦理相關手續，并由管理人員通過操控RFID系統對所需外出資產的使用狀態進行編碼。當資產歸還后，再重新編碼回正常狀態。

固定資產維護功能中，當固定資產需要維護（維修）時，需在固定資產管理系統的相關頁面下填寫該資產的維修狀態，維修后也需修改回正常狀態。

固定資產查詢功能中，當固定資產在管理系統的數據庫中被查詢時，系統不僅將該固定資產的信息以文字的形式反饋，還可提供按鈕從而以三維模型的形式顯示資產和位置信息。

2.3 設計要求

以固定資產分配和編碼功能為例，表1所示即為本系統的資產編碼設計表。其中，涵蓋了資產編號、添置日期、資產類型、性質和用途等信息，用于固定資產外出（借）、維護、報廢等功能所需的狀態編碼。

表1 資產編碼設計表

3 系統設計

3.1 總體結構設計

文中固定資產管理系統的總體結構設計示意圖，可見圖5所示。主要包括ZigBee網絡系統、RFID系統（標簽、讀寫器等）、計算機（數據庫）等系統。

圖5 固定資產管理系統總體結構設計示意圖

3.2 RFID數據讀寫模塊設計

該模塊的功能主要是采集RFID電子標簽中存放的信息數據，經轉換成某一種統一的數字格式后存儲在存儲器中，以用于后續的數據傳輸。相關的讀寫電路，可見圖6所示，該電路采用飛利浦公司研發的 MF-RC500（13.56 MHz）作為處理器[13]。發送信號過程中，該處理器借助13.56 MHz的能量載波（由TX1和TX2提供），將所需發送的數據作為RFID信號發送出去；接收信號過程中，信號經天線、C3、R1、R2以及R6傳遞到處理器的RX和VMID端，再由接收器檢測和調解后，借助FIFO存儲器經由并行數據接口傳遞給ZigBee無線系統中CC2430的P0～P7端口。此外，MF-RC500和ZigBee各節點由D0-D7數據線采用并行方式實現數據傳輸[14-15]。

圖6 RFID數據讀寫模塊讀寫電路圖

3.3 數據傳輸模塊設計

該模塊的主要功能是將RFID讀寫器存儲的數據，經格式轉換傳遞給固定資產管理系統的服務器接口，并存儲到系統的數據庫中[16]。其數據通信模塊的核心電路，可見圖7。圖中使用的是內部發送（接收）開關電路，易于實現天線的接口和匹配操作。天線接收器采用的是差動連接，并將非平衡變壓器應用在單極天線以增強天線的收發性能。此外，借助外圍電路將CC2430芯片中的TXRX_SWITCH引腳同RF_P和RF_N引腳相連接，可完成對功率（低噪聲）放大器的偏置工作。

主機與無線模塊主節點的通信接口采用的是RS232C（+5 V供電），相關的無線傳輸接口電路如下圖8所示。

圖7 數據通信模塊的核心電路圖

圖8 主節點接口電路圖

3.4 無線傳輸網絡設計

文中固定資產管理系統使用的是簇樹形網絡拓撲結構，其終端節點為各RFID電子標簽的信息數據采集及故障提示節點。最終設計的網絡系統，可見下圖9。該網絡系統包含一個主節點和多個從節點，且各從節點均有自己的地址編號，處于連接狀態下即可向主節點發送應答信息，以確保不會出現信道沖突。

圖9 無線傳輸系統網絡框圖

為提高無線傳輸網絡系統的效率，在安全機制、通信信標以及原語方面對ZigBee協議進行了精簡，相應的協議棧與實現原語，可見圖10所示。

3.5 三維可視化設計

本系統的固定資產三維仿真和模型構建的技術路線，可見下圖11所示。依次通過搭建組件庫（三維仿真）、模型格式轉換（符號化）、呈現三維效果（三維立體呈現）等過程，以實現在固定資產管理系統中的可視化功能。

4 系統實現

文中固定資產管理系統采用模塊化對軟件進行設計和實現，相應的系統功能模塊結構如圖12所示。其重點介紹RFID數據采集模塊下的電子標簽節點子系統和固定資產三維可視化的實現。

圖10 本文ZigBee傳感器節點和網絡控制主節點協議棧實現原語示意圖

圖11 三維可視化技術路線圖

圖12 本文系統功能模塊實現圖

RFID電子標簽節點子系統包括數據采集、存儲、無線數據收發、中斷服務程序等模塊。各網絡節點首次通電后會進行初始化操作，完成后加入到無線網絡中，并在工作和休眠狀態下交替運行，對RFID電子標簽的信息數據進行定時采集。相關代碼如下所示：

資產三維可視化實現步驟依次為：創建固定資產及所處房間、樓層等的3D仿真模型（SketchUp軟件中），經格式轉換變為shk文件導入到ArcScene軟件中去；利用ArcGIS軟件構建和加載相關的矢量數據，并生成位置底圖文件；在ArcScene軟件中對各數據進行組織；最終使用Visual Studio 2010及Arcgis Engine10環境下的SceneControl控件實現對固定資產的顯示與管理。

5 結束語

針對傳統人工為主的電力企業固定資產管理系統工作量大、效率低、查找和定位困難的問題，本文基于RFID和三維可視化技術，結合ZigBee網絡技術，設計了一套電力企業固定資產管理系統。該系統經過測試，能夠較好地完成電力企業固定資產的入庫、外借、查詢和三維顯示、定位等功能，有效提高了電力企業固定資產的管理效率，并能為相關系統的設計與開發提供一定的參考。