基于雙模射頻識別技術的救援器材車管理系統

蔡晨晨,王國寶,楊玉強

(1.徐州工程機械集團有限公司,江蘇 徐州 221004; 2.徐工集團江蘇徐州工程機械研究院,江蘇 徐州 221004; 3.高端工程機械智能制造國家重點實驗室,江蘇 徐州 221004)

消防救援工作對于保護人民的生命和財產安全有十分重要的意義[1],人們對于火災的防控和火災救援工作越來越重視,消防救援裝備的種類與數量也不斷增加.消防車內部結構復雜,救援現場的情況瞬息萬變[2],對消防車輛及消防救援裝備的科學性和實時化管理就顯得尤為重要.利用現代信息技術建立信息化消防車管理系統,實現合理地利用消防救援裝備提升消防救援器材的利用效率,以保證消防救援工作的順利進行,是未來的發展方向.

1 消防器材使用管理現狀與存在問題

1.1 消防救援器材管理環節脫離

我國消防救援器材的采購和管理使用上存在分化,比如,裝備處進行裝備的采購和記錄,消防大隊對器材進行使用和維護,在將器材分配到消防大隊后未及時錄入,在申領、入庫、出庫、使用、維修、保養等環節有較多的信息不銜接情況,在管理上也有很多問題[3].

1.2 有裝備信息采集及存儲環節存在隱患

消防救援裝備的相關信息大多在設備上,消防部門在采購后需要將大量的裝備信息人工錄入系統,工作量較大,有些消防裝備更新和損耗快,管理人員無法及時將裝備狀態錄入系統,導致了系統中裝備狀態和顯示情況不符[4].有些單位在消防驗收合格后,忽視了消防設備的維護保養,導致消防設施無法正常運行,在消防救援使用時產生巨大的安全隱患.以往消防救援設備多用條碼方式識別,條碼識別效率較低并且在使用多次后條碼磨損識別困難,導致器材使用過程中不能及時準確地掌握設備的狀態.

1.3 車載信息記錄實時性低

消防車的車載器材信息、隨車人員信息、車輛狀態信息等,一般通過人工記錄,對于器材的使用情況等無法實時進行更新,在重特大火災現場,器材的使用和人員的調動只能在完成任務后通過回憶的方式進行統計,不能及時全面真實地反映救援情況.

為解決上述問題,筆者提出基于射頻識別技術和4G無線網絡傳輸技術的救援器材車器材管理系統,應用信息技術實現車載器材的信息化高效化管理.

2 系統總體設計

系統設計的主要目的是利用RFID技術對消防救援器材車上的消防救援器材進行實時監控.在消防救援車上安裝電子標簽和讀寫器,通過電子標簽與讀寫器之間的數據交換,讀寫器獲取綁定電子標簽的器材的在庫情況,并將數據通過車載終端和無線網絡傳送到服務器,用戶登錄客戶端即可查看器材的狀態,同時系統將對器材的使用、保養、維修、出入庫情況進行統計分析,為消防救援的情況總結和改進提供數據支持.

2.1 系統架構

系統架構分為信息采集、信息傳輸和信息處理3層,對應于物聯感知層、網絡層、應用層的3層架構.信息采集層主要在救援器材車,包括高頻低頻雙模標簽,有源RFID讀寫器、激活源、車載終端;信息傳輸主要集中在救援器材車內部和外部網絡,包括車載終端、工業4G無線路由器、4G無線傳輸網絡[5];信息處理主要集中在服務器與客戶端,主要包括本地工控機服務器、遠程云端服務器、客戶端、數據庫.救援器材車器材管理系統架構如圖1所示.

圖1 救援器材車器材管理系統架構圖Fig.1 Structure diagram of rescue vehicle equipment management system

2.2 系統工作原理

系統RFID識別部分同時采用低頻激活源和2.4G高頻有源識別技術,提高系統識別準確性,RFID標簽為高頻低頻雙模標簽,RFID標簽在救援器材車的激活源附近時(一般5 m左右)被激活源激活(低頻部分),RFID高頻部分將激活信息和身份信息(標簽ID)同時發送到RFID讀寫器,完成系統激活狀態和身份的識別.將有源RFID讀寫器與激活源安裝在救援器材車內部適當位置,并與工業4G無線路由器相連接,當辨別到標簽數據信息后,讀寫器會將標簽數據信息發送給路由器.路由器一方面將標簽數據發送到本地工控機服務器,用戶可通過智能手機、筆記本或工業PAD等設備連接到本地路由器的WiFi鏈路(支持Web訪問模式),從本地工控機服務器中獲取標簽數據信息,Web端還可以通過連接本地服務器完成不同區層LED的控制.另一方面通過4G網絡鏈路連接到Internet網絡,本地服務器將數據同步到遠程云端服務器,用戶可以隨時隨地通過智能手機、筆記本、PAD等從云服務器獲取到標簽數據信息.

2.3 客戶端功能設計

客戶端采用B/S架構,用戶不需要下載軟件,在手機、筆記本、PDA等設備上可以輕松查詢器材的數據.器材管理系統共有設備管理、出勤管理、器材統計、維修保養、告警管理、系統設置共6個模塊,如圖2所示.通過記錄車輛信息、維修信息、保養信息、一鍵盤點等功能實現對車輛、器材信息的全面記錄和統計.

圖2 器材管理系統功能模塊Fig.2 Function module of equipment management system

2.3.1 設備管理模塊

將車輛信息和購買器材信息錄入系統,需要錄入的信息如下:車牌汽車品牌、車型、使用年限、器材名稱、購買數量、購買時間、器材使用年限、操作說明等.

2.3.2 出勤管理模塊

記錄出勤車輛、出勤人員、任務性質、出勤時間、器材使用綁定.對出勤任務性質分析、任務器材使用統計,為消防救援任務總結提供數據支持,同時為器材的采購和使用提供一定參考.

2.3.3 器材統計模塊

可以輸入編號、關鍵詞等信息查詢器材詳情,并通過圖示顯示器材在車輛上的擺放位置.顯示器材車中區域、行號、器材編號、器材名稱、器材型號、器材描述、在庫狀態、備注并生成救援器材在庫狀態報表.統計各類器材在用戶指定時間段的使用頻率和使用趨勢.系統啟動實時監控功能,在每30 s內對救援器材車中所有救援器材的在庫狀態進行一次盤點,形成采集數據報文,傳輸至后臺服務進行分析處理.及時監測有源RFID標簽的狀態、欠壓狀態等參數.告警產生時相關信息通過讀卡器和交換機把告警信息傳遞給救援器材車器材管理系統,并以圖形界面形式實時顯示車內器材在庫情況.

2.3.4 維修保養模塊

向系統錄入器材維修信息、器材保養信息、器材維修信息等,錄入信息為:器材名稱、保養時間、保養部位詳情、送保人員、維修時間、送修人員、送保時間、返回時間、保養金額等信息.

2.3.5 告警管理模塊

可以查詢系統所有的告警(異常為有源標簽和救援器材缺失)進行查詢,異常僅可以查詢,不能修改和刪除.可以查詢系統所有的告警進行查詢,告警不可以刪除,但是可以處理,操作人員對救援器材車內物品進行人工巡檢確認后,在系統錄入處理意見,并對告警設備進行修復,消除告警.

2.3.6 系統設置模塊

系統建立權限管理,約定用戶組能操作的相關事宜.根據角色以及權限來控制整個系統的登錄以及可使用的業務模塊.操作人員配置救援器材車、救援器材車區域、層號的關系,救援器材車與救援器材車區域對應關系是1∶M,區域和層號的對應關系是1∶N.

系統操作日志記錄所有登錄系統的用戶關鍵操作信息,關鍵操作信息記錄在數據庫中,用戶可以查看系統操作日志.系統運行日志由后臺寫到指定的文件目錄中,方便查詢.

3 系統實現

3.1 硬件實現

硬件采用雙頻電子源標簽、遠距離讀寫器、低頻激活源、4G工業無線路由器、工控機、工業交換機、Windows PAD、網口控制繼電器.

將救援器材車車廂以中線為基準,劃分為2個區域;每個區域放置1個讀卡器和1個激活源;讀卡器和激活源設備應該安裝在救援器材車區域內,路由器設備天線應放置在能夠很好地與運營商基站通信的位置;各區域內所有裝配有源標簽的救援設備每隔5 s(時間可調)發送一次設備標識信息,該區域內讀卡器實時接收區域內的救援標簽標識信息,標簽信息中同時攜帶激活信息,通過以太網轉發到路由器.路由器設備30 s上報一次數據,平均在30 s內(以現場實測全部救援設備標識信息全部接收完成時間為準)將全部救援設備標識信息接收完成,組包后根據不同情況實現以下傳輸:

(1) 數據集中轉發設備在沒有連接外部平臺的情況下,可使用無線路由器,將數據傳輸到本地工控機服務器軟件上,可通過手機、筆記本、工業PAD等實現本地查看的功能;

(2) 連接 GPRS/4G網絡后,通過路由器將標簽數據發送到云端服務器,實現遠程多用戶訪問功能.

3.2 軟件實現

客戶端采用Visual Studio 2013和MySQL數據庫,利用MVC+Bootstrap+jquery框架開發.器材管理人員及消防人員登錄器材管理系統,可以對消防救援器材的在庫情況進行查詢與管理,并及時查看和處理器材的告警,有效提升了器材的管理效率.器材管理系統車輛管理界面如圖3所示.

圖3 器材管理系統車輛管理界面Fig.3 Equipment management system vehicle management interface

4 結語

基于RFID技術的救援器材車器材管理系統，利用電子標簽對每個器材進行標識和管理,方便管理人員實時查看和掌握器材的狀態、維修保養情況、使用情況等,并根據相關信息及時采取相應的措施[6],減少因器材缺失或損壞導致的危險的發生,實現消防救援器材的有效管理和使用.