基于BLE的生產設備巡檢定位智能系統的設計與實現

仝亮，黃永庚，周希文

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底水電廠，云南 迪慶 674606）

0 前言

近年來，隨著物聯網關鍵技術的成熟以及智能導航技術的發展，使得基于位置的服務得到了廣泛關注。在室外空曠環境下，用戶完全能夠通過全球定位系統（GPS）和北斗定位系統獲得較精確的定位[1]。但是受制于GPS和北斗的局限性，不能在室內進行精確定位。目前無線室內定位技術已得到很多技術支持，應用較為廣泛的有超聲波定位技術、超帶寬定位技術、紅外線定位技術、WiFi定位技術和藍牙定位技術等[2]。在BLE和移動終端不斷發展和成熟的前提下，基于BLE的室內定位更成為研究熱點[3]。

1 概述

隨著水電站“無人值班”模式的逐漸推進，對生產區運行和維護的管理水平要求越來越高。為了提高水電站長周期安全穩定運行的能力，提高運行人員和維護人員的安全和設備巡檢的效率，烏弄龍·里底電廠建立了一套生產設備巡檢定位智能系統。系統采用阿里云服務器+手機APP+BLE模塊的配置方式，通過BLE模塊實現人員定位和設備巡檢。并針對人員滯留報警、工器具離位報警、工器具借還等需求進行了實現。

2 存在的問題

2.1 手工記錄工作量大

運行人員和維護人員開展巡檢時，需要按照巡檢路線開展設備巡檢，并根據巡檢情況在巡檢記錄本上記錄設備狀態，手工記錄工作量大，費時費力還容易出錯。

2.2 不能掌握巡檢情況

值長對運行人員和維護人員的具體巡檢情況不能掌握了解。例如運行人員和維護人員是否按照規定路線、規定周期對所有需要巡檢的設備都進行了巡檢。

2.3 不能掌握人員位置情況

值長對廠房內運行人員和維護人員的具體位置不掌握，當發生緊急情況時無法及時處置。例如當發生廠房漏水、消防報警等緊急情況時，值長不掌握廠房人員位置情況，無法第一時間安排最近的人員前往設備位置查看具體情況；當發生設備帶電試運行、起重、帶壓設備試驗等情況時，工作負責人無法快速確認工作面內是否有人逗留。

2.4 人員意外提醒

當廠房內人員開展工作出現暈倒、受傷等情況時，無法告知同事而得不到及時救治，如果剛好沒有被其他人員發現可能會延誤救治。

2.5 儀器、工器具管理

公用儀器和工器具借用手續不完善或者使用現場管理不規范，可能會發生公用儀器和工器具被借用但未登記，或者使用現場被挪用而未告知的情況。

3 需求分析

3.1 硬件要求

1）前端交互設備采用常規手機，避免配置單獨的定位設備和訪問設備；

2）系統后臺采用公有云平臺實現，避免現場服務器和存儲設備的單獨建設；

3）定位設備采用BLE信標節點，內置電池，不外接電源，簡化現場施工難度。

3.2 軟件要求

1）手機端交互軟件應支持當前主流手機系統；

2）系統應支持按設定路線或自定路線巡檢，適應運行人員和維護人員的多種需求，并支持查看歷史巡檢記錄；

3）系統支持配置定位節點信息及設備信息，以及定位節點與設備的一對多綁定；

4）系統支持人員實時定位信息查看，包括訪客位置信息；

5）廠房地圖支持自定義上傳，并支持BMP、JPEG、PNG等多種圖片類型；

6）定位節點支持直接在地圖上標記位置，同時可以根據需要修改；

7）系統支持工器具和儀器管理及當前狀態查看；

8）系統支持工器具離位信息和人員滯留信息報警記錄查詢；

9）預留后續其他系統接入接口。

3.3 數據表要求

1）設備信息表采用主副表，主表配置所有設備信息，副表配置每一個設備對應的說明書、圖紙、運行規程資料。主表需包含編號、名稱、所屬設備類別、所屬技術監督、歸口管理部門等信息，其中所屬設備類別、所屬技術監督、歸口管理部門采用數據字典形式；副表需包含文檔類型、名稱、位置等信息，其中文檔類型采用數據字典形式。

表1 設備信息主表

表2 設備信息副表

2）巡檢點表需包括編號、位置、綁定設備、狀態等信息，其中綁定設備支持一對多。

表3 巡檢點表

3）工器具及儀器表需包含名稱、型號、類型、所屬技術監督、設備狀態等信息。

4 系統設計與實現

4.1 結構設計

1）系統架構

系統服務器采用阿里云服務器，后臺程序采用javaEE平臺開發，前臺交互采用手機端APP實現，定位標簽采用BLEDA14580芯片。

后臺管理主要包括設備管理、巡檢點管理、地圖管理、巡檢記錄、實時定位、離位報警記錄、滯留報警記錄、工器具信息八個模塊。

前端交互主要包括智能巡檢、人員管理、工器具管理三大模塊。其中智能巡檢模塊包括設備巡檢、巡檢記錄兩個模塊；人員管理包括實時定位、訪客管理、滯留報警三個模塊；工器具管理包括工器具借用、工器具歸還、離位報警三個模塊。

2）部署方式

系統服務部署在阿里云平臺服務器上，系統配置可根據實際使用情況調整；交互APP安裝在運行人員和維護人員手機上，不需額外增加手持終端；定位標簽粘貼在巡檢設備近旁，不需額外敷設電源線纜。

4.2 功能設計

共涉及有智能巡檢、人員管理、工器具管理、WEB管理四大模塊，系統設計如圖1所示。

圖1 生產設備巡檢定位智能系統設計

1）智能巡檢

設備巡檢：分位運行人員巡檢和維護人員巡檢。通過手機APP自動查找BLE定位模塊，巡檢藍牙模塊綁定的設備，并記錄設備狀態。

巡檢記錄：按照時間、設備、人員、異常等類別查看歷史巡檢記錄。

2）人員管理

實時定位：查看生產區域各位置人員實時位置。

訪客管理：非本廠員工進入生產區域時，需錄入訪客信息，并實時記錄訪客位置信息。

滯留報警：人員長時間停留在某個位置時，推送報警消息，防止人員出現意外情況時，無法得到及時救護。

3）工器具管理

工器具借用：通過APP可以借用工器具和試驗儀器，并做好登記。

工器具歸還：通過APP可以歸還屬于借用狀態的工器具和試驗儀器，并做好登記。

離位報警：工器具和試驗儀器未經登記即離開工器具室，推送報警消息，閉環工器具管理。

4）WEB管理

設備管理：對生產區域設備進行管理，包括增刪改查設備，上傳設備說明書、圖紙、運行規程。

巡檢點管理：對定位標簽進行管理，包括增刪改查定位標簽，綁定設備。

地圖管理：對生產區域內各區域、各層地圖進行管理，具備PDF、JPG直接導入功能。

巡檢記錄：按照時間、設備、人員、異常等類別查看歷史巡檢記錄。

實時定位：查看生產區域各位置人員實時位置。

離位報警記錄：存儲離位報警記錄，可以根據設備分類、日期、時間進行分類查詢。

滯留報警記錄：存儲人員滯留報警記錄，可以根據位置、人員、日期、時間進行分類查詢。

4.3 技術平臺

生產設備巡檢定位智能系統采用B/S結構后臺管理+手機APP前端交互的模式進行開發，服務器采用阿里云服務器，數據庫采用Oracle的MySQL，Web應用服務器采用Apache Tomcat，管理后臺采用JavaEE開發平臺。平臺結構如圖2所示。

圖2 生產設備巡檢定位智能系統技術平臺

5 需進一步完善的功能

5.1 優化定位算法

生產設備巡檢定位智能系統定位精度已經滿足了現有應用，但低概率下存在人員定位漂移的情況。對查看人員巡檢路線、查看人員當前位置造成一定的影響，后續將增加步態檢測功能，優化定位算法，進一步提高定位精度。

5.2 三維地圖

生產設備巡檢定位智能系統支持查看當前廠房各層人員定位信息，但地圖只是平面地圖，未能包括人員縱向位置信息，同時對人員位置的顯示也不夠直觀，后續將實現廠房三維地圖顯示，直觀顯示人員位置信息。

5.3 電子圍欄

生產設備巡檢定位智能系統支持人員長期滯留某一位置報警，但未結合定位標簽與工作票、操作票等信息關聯，當運行人員和維護人員誤入非當前工作票或操作票工作范圍的危險區域或者訪客人員誤入危險區域時，及時報警提醒。

5.4 智能報警

當前人員滯留、工器具未登記報警均采用全員推送的方式，沒有針對性，未能結合人員和工器具的歸屬情況推送給相應的的班組長或者專業組長。后續將完善報警推送機制，根據報警分類推送給相應的角色。

5.5 圖像識別

在設備巡檢過程中，有一些需要記錄的數據，例如斷路器動作次數、油泵啟停次數、保護壓板位置等，需要手動錄入生產設備巡檢定位智能系統中，降低了巡檢人員的工作效率。后續將利用圖片識別技術，通過手機拍照上傳圖片的方式錄入數據，提高巡檢效率，簡化人員工作量。

6 結束語

生產設備巡檢定位智能系統結合實際情況采用BLE定位技術，創新了設備巡檢方式，滿足了人員定位需求，實現了工器具閉環管理。提高了電廠的管理水平，是烏弄龍·里底水電廠在“智能電廠”前進道路上邁出的新步伐。