基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)設計研究

摘 要：本文提出基于RFID和GPS技術的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)，主要解決的是煤礦企業(yè)在設備巡檢管理過程中的問題。文中對該系統(tǒng)使用電子云圖技術、RFID技術和GPS技術，同時繪制系統(tǒng)整體架構，明確系統(tǒng)建設是為了確保煤礦生產設備智能巡檢工作質量，保障煤礦設備處于安全狀態(tài)，確保煤礦安全生產工作正常運行。文中闡述網絡拓撲情況以及智能巡檢管理業(yè)務流程，之后介紹系統(tǒng)PC端后臺管理與移動端的功能結構。文章最后明確智能巡檢管理系統(tǒng)的應用可以為煤炭企業(yè)帶來安全管理上的提升。

關鍵詞：煤礦安全；智能巡檢；隱患管理；RFID；電子云圖；GPS

0 引言

隨著煤礦企業(yè)自動化生產水平和管理水平的日益提高，設備管理與檢修工作的重要性在日常工作中越來越突出，設備巡檢工作在煤炭安全生產中的重要作用也逐漸顯露。一般來說，煤礦的地質情況是非常復雜的，生產設備種類多樣、分布空間相對分散，設備的部署環(huán)境惡劣，設備時刻都面臨著潛在的損壞風險，這就導致了煤礦企業(yè)設備巡檢工作非常的復雜且危險。

當前，在煤炭企業(yè)都制定了適合自身管理特點的巡檢辦法，同時應用現有辦法對所有生產設備進行巡檢管理，但是這種巡檢管理方式依然是傳統(tǒng)的方式，且存在如下幾點弊端：

（1）傳統(tǒng)的巡檢模式無法確保巡檢人員的檢查結果是否是在現場完成的巡檢，這種方式無法保證巡檢質量和巡檢效率。如果潛在隱患無法及時發(fā)現并整改，很容易導致事故發(fā)生。

（2）傳統(tǒng)的巡檢任務制定方式無法保證任務及時有效的實施，同時也無法確保任務在第一時間通知到具體的巡檢人員。而且也無法確保巡檢人員按照既定任務執(zhí)行巡檢和按時巡檢。

（3）傳統(tǒng)的巡檢方式是采用紙質對照、手動記錄結果的方式進行。當巡檢結束后，將巡檢結果錄入系統(tǒng)并進行登記，這種情況容易造成巡檢信息丟失、巡檢結構準確性差、及時性差等問題。傳統(tǒng)方式耗時多、不便捷、數據易丟失，發(fā)現問題沒辦法第一時間通知相關責任人，導致問題整改的及時性降低，增加事故發(fā)生的可能性。

針對上面的問題，本文設計并研究了基于RFID和GIS技術的煤炭企業(yè)設備智能巡檢管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的運行能夠完成智能巡檢、隱患管理、電子云圖以及視頻監(jiān)控等工作任務。

1 系統(tǒng)架構設計

1.1 系統(tǒng)建設目標

系統(tǒng)的建設實現了一個科學化、信息化、網格化、智能化巡檢管理平臺，其利用RFID技術快速獲取巡檢設備信息，確保數據源頭的準備性，同時采用GPS技術能夠實時獲取巡檢點，形成巡檢路線，對巡檢工作進行實時追蹤。通過該系統(tǒng)平臺實現煤炭企業(yè)巡檢管理工作的規(guī)范化、科學化、數據化，最大限度的減少漏檢、錯檢等情況出現，實現巡檢計劃合理高效的執(zhí)行，保證巡檢工作從制定計劃、下發(fā)計劃、執(zhí)行以及消缺歸檔過程的規(guī)范化。管理者能夠通過平臺實時了解巡檢人員的巡檢情況，實現對巡檢工作的實時監(jiān)控。具體目標如下：

1.1.1實現巡檢任務的制定、下達、跟蹤、歸檔等工作流程的規(guī)范化管理。可以根據值班表制定巡檢計劃任務，有利于提高企業(yè)員工的工作效率及質量。

1.1.2實現巡檢定位、巡檢路線回放。通過GPS定位技術實時獲取巡檢員位置，迅速將巡檢人員的工作位置反饋管理人員。管理人員可以清晰地掌握巡檢人員的工作情況，杜絕工作人員消極怠工，上報虛假數據，防范設備故障隱患，有利于對員工實行管理和考核。

1.1.3實現智能化監(jiān)控中心

實現電子云圖功能。通過云圖可以模擬煤炭企業(yè)設備分布的真實效果，在圖上可以實時了解各個設備的狀態(tài)，根據不同顏色區(qū)分，綠色代表設備正常，紅色代表設備故障，同時圖中實時顯示巡檢人員的巡檢情況，也可以對巡檢路線進行回顧。

通過固定視頻監(jiān)控，對重點區(qū)域位置進行實時的視頻監(jiān)視，及時了解生產現場情況。手機可作為移動監(jiān)控終端，發(fā)現緊急問題，手機一鍵切換到視頻監(jiān)控狀態(tài)，及時向領導匯報現場狀態(tài)，第一時間反饋事故情況，為處理事故提供正確的判斷依據。

1.1.4實現設備隱患閉環(huán)管理

實現隱患的PDCA閉環(huán)管理，巡檢時發(fā)現的隱患通過上報、整改、復查銷號形成閉環(huán)管理。通過工作流機制，按照隱患的不同等級完成相應的隱患管理流程。以多樣化的形式上傳問題，如圖片、視頻等多媒體形式。

1.1.5實現智能化預警通知

實現隱患整改通知、整改期限到期預警、復查銷號通知、巡檢任務提醒功能。通過GIS自動識別地點，與掃描獲取的設備位置進行匹配，在偏差較大的情況下系統(tǒng)將進行預警提醒。

1.1.6實現巡檢數據的綜合統(tǒng)計分析。

實現隱患按部門、類型、致因等方面的綜合統(tǒng)計分析，為煤炭企業(yè)對安全管理信息的深層次挖掘和分析提供支持，以此達到安全管理決策的科學化和規(guī)范化。

1.2 系統(tǒng)總體架構設計

基于GPS和RFID技術的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)主要有PC端和PDA/APP端組成，系統(tǒng)在設計時，采用面向對象的方法，利用SOA架構和SpringMVC模式的分層設計思想，系統(tǒng)整體分為展示層、應用邏輯層、服務層以及數據層。同時還包括項目組織管理體系和網絡與信息安全管理機制。

展現層位于架構的最頂層，直接與客戶進行業(yè)務交互，展示智能巡檢的后臺管理業(yè)務。智能巡檢PDA/APP移動端以及大屏展示系統(tǒng)負責業(yè)務功能交互顯示。應用邏輯層是處理巡檢管理業(yè)務的核心模塊，相關數據的處理功能（通知公告、預警、基礎數據、巡檢管理、隱患管理、電子云圖、安全監(jiān)測預警管理）大部分位于這一層。服務層主要是連接數據層和業(yè)務邏輯層，提供應用服務、GPS服務以及相關的數據庫服務等。數據層是系統(tǒng)數據的存儲、交互、計算、同步之核心。建立安全、高效、實時交互的數據體系是巡檢管理平臺的重點任務，在完成數據存儲、統(tǒng)計、計算等功能外，也為日后巡檢管理平臺的信息化發(fā)展提供了基礎數據保障。具體的系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)網絡拓撲結構

從應用安全的角度考慮，將系統(tǒng)的應用服務器和數據庫服務器都部署到企業(yè)內網，同時應用服務器和數據庫服務器利用物理隔離部署，內部管理用戶或者其他用戶在內網環(huán)境下直接進行PC端的訪問與操作，而巡檢人員則通過移動APP或PDA在巡檢區(qū)域通過VPN通道才能連接到內網數據庫執(zhí)行相應的應用操作。巡檢人員在進行巡檢時，開啟GPS后將自動獲取衛(wèi)星傳送的GPS信息，通過RFID閱讀器自動讀取巡檢點設備信息并完成巡檢工作[7]。其物理架構如圖2所示。

1.4 智能巡檢管理業(yè)務流程分析

巡檢人員在進行巡檢工作之前，要做好設備信息與電子標簽的綁定和安置工作，要準備好巡檢工具。管理人員根據巡檢制度和管理辦法制定巡檢計劃任務，巡檢人員接收任務并開始巡檢，通過移動巡檢設備的GPS獲取具體的定位信息，通過移動端巡檢設備上的RFID讀卡器可以自動獲取設備信息并確定設備是否存在問題，如果設備存在問題，明確設備的問題類型和問題等級，之后上報設備問題并轉入隱患管理流程；如果不存在問題則記錄設備巡檢情況，同時將設備的巡檢數據和巡檢情況反饋到數據庫進行設備巡檢情況的統(tǒng)計與分析，為煤炭企業(yè)設備管理提供決策支持。

安全檢查人員根據檢查任務進行安全檢查或巡檢工作，檢查時發(fā)現問題，通過PC端或移動PDA/APP端的檢查任務將檢查的隱患進行錄入，隱患錄入后由安全生產管理人員進行隱患核實確認，確定隱患等級、整改責任部門、責任人、整改時間、確定依據或標準、整改措施等內容，之后由整改責任人進行隱患整改并在規(guī)定的時間完成整改工作，之后上報給檢查人員，檢查人員進行整改復查工作，復查過程確定整改責任人的整改工作是否合格，復查不合格需要整改負責人繼續(xù)整改上報，整改復查合格后，進行整改銷號工作，銷號后的隱患需要進行統(tǒng)計分析，至此安全管理業(yè)務流程結束。

2 系統(tǒng)功能結構設計

基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理信息系統(tǒng)主要分為“1系統(tǒng)2端10功能”，“1系統(tǒng)”指的是煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)，“2端”是指移動PDA/APP端和PC端后臺管理兩部分，“10功能”是指通知公告、巡檢管理、隱患管理、視頻監(jiān)控、電子云圖、基礎數據、系統(tǒng)管理、預警提醒、RFID巡檢、統(tǒng)計分析這十個功能。

3 系統(tǒng)在企業(yè)中應用效益分析

對于煤炭企業(yè)來講，管理薄弱環(huán)節(jié)中的一方面就是對設備的現場作業(yè)管理，對管理層而言，缺少的設備現場的可視化管理，缺少對煤礦安全生產設備的實時監(jiān)控、歸集追蹤等。而基于RFID和GPS的煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)能夠將巡檢過程中的巡檢數據、路徑信息、設備情況等數據進行采集并反饋到數據庫中心，通過GIS、電子云圖等可視化管理技術對設備運行情況進行展示和分析，為管理層提供可視化管理依據。通過對生產設備的巡檢，能夠降低設備損失，提高煤礦企業(yè)的經濟效益。

煤礦智能巡檢管理系統(tǒng)的實施可以將現場生產設備管理與維護工作落實到實處，能夠保證巡檢計劃規(guī)范、合理、職責明確，同時保證巡檢路徑最優(yōu)，保證設備巡檢工作質量，提高巡檢工作效率。及時發(fā)現生產設備可能存在的安全隱患，實時高效的完成設備檢修工作，避免設備故障升級，預防突發(fā)事故的發(fā)生避免因人為因素、管理因素而造成的損失，使得煤礦生產安全端口前移，提高煤礦安全管理水平，降低設備故障發(fā)生率，降低設備維修費用，提高設備使用壽命10%-15%。

實現智能巡檢數據可視化，通過三違建模技術建立煤礦生產場景電子云圖，結合GIS系統(tǒng)將設備情況、巡檢路線等信息進行可視化展示，管理者能夠直觀、全面的了解設備情況，能夠更好的進行安全管理決策。

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作者簡介：

李春賀（1986-），男，河北秦皇島人，博士在讀，研究方向：安全管理，管理信息系統(tǒng)，職業(yè)健康安全。