基于物聯網技術的水電站物資智慧管理平臺設計

鄭凱，潘潤霞

（中國水電四局第三分局，云南 昆明 650000）

在“雙碳”目標發展下，我國大力關注水電行業發展，水電工程建設規模愈發龐大，涉及的物資類型愈發繁雜，采用傳統的物資管理手段已經無法適應水電工程發展需求。在傳統物資管理模式下，物資查找與取放困難，管理工作極易出現紕漏，嚴重影響物資的檢修效率。因此，水電物資管理工作亟待適應智慧時代的發展特征，構建水電站物資智慧管理平臺，統籌規劃物聯網技術、云計算技術等各類技術的應用，全面提升水電站物資智慧管理水平，以滿足新時期水電工程高質量發展要求。

1 物資智慧管理關鍵技術

物資智慧管理是指借助各類技術手段實現對物資的自動識別與管理，以便物資管理人員對各類物資的集中管控，提高設備設施檢修效率。從水電站物資管理需求角度，水電站物資管理需要采用的關鍵技術包括各類物聯網技術以及遠程控制與管理技術，其目的在于實現對物資信息的自動采集、整理、分析與管理，具體技術內容如下。

（1）各類物聯網技術。①射頻識別技術（RFID），RFID技術的原理為閱讀器與標簽間進行非接觸式的數據通信，從而識別出目標信息。RFID的應用場景非常廣泛，適用于各類運行環境條件下，且全程無須人工干預，可以同時識別出多個電子標簽，完全可滿足水電站物資類型多的要求。在實際應用中，可以在水電站物資中貼放電子標簽，并在電子標簽中錄入相應物資信息，采用RFID技術進行電子標簽識別后，可準確掌握物資所在位置及其相關信息。②重力傳感技術，重力傳感技術可以通過傳感器對物資變化進行感知，感知到的變化數據將反饋至系統中，與電子秤的稱重原理類似。該項技術的優勢在于無須貼放標簽，而且可以重疊倒放，操作較為便利，但缺點在于其識別精度完全由傳感器精度決定。③智慧視覺技術，智慧視覺是指利用物聯網的視覺感知部分獲取水電站物資的圖像或視頻視覺數據，再利用智能識別手段對圖像或視頻進行視覺標簽提取，并最終上傳至系統。視覺識別技術的優勢較為明顯，不僅錄入信息方便，而且物資可以重疊倒放與混放，因此不受到存儲量的限制，并且同樣不需要貼放標簽。然而，該項技術同樣存在一定局限性，表現在受到物資大小與傳感器視角的限制。

（2）遠程控制與管理技術。水電站物資智慧管理的最終落腳點在于對物資的遠程控制與管理，考慮到水電站物資倉儲位置較為分散、物資數量較多、管理工作較為復雜等特征，最終確定采用“物聯網技術+WiFi+5G”的水電站物資信息獲取與傳輸模式，利用物聯網技術進行物資信息獲取，短距離信息傳輸采用WiFi技術，長距離信息傳輸采用5G技術，二者間可以相互配合，確保信息傳輸的穩定性。水電站物資智慧管理系統采用“集中管理，獨立控制”模式，利用通信網絡實現物資信息傳輸，并利用人工智能算法進行物資狀態識別，再通過信息反饋制定控制方案，采用嵌入式技術進行物資遠程控制與管理。

2 系統應用效果

（1）水電站物資智慧管理系統在應用后，對各類物聯網技術的功能實現進行了驗證。首先，智能網關開關在監控模式下，可以實現RFID多標簽進入、離開事件的上報工作，且可以接收來自物資管理平臺的獲取指定天線實時監控的RFID標簽列表請求，并返回列表信息，運行3個月并未發現任何異常狀態。其次，采用的重力感應電子秤可以精準識別到托盤上物資重量的變化，并自動向平臺上報變化信息，目前最大識別誤差未超過1%，且不存在漏報現象。同時，平臺可調用查詢接口按電子秤地址信息進行物資數量與重量的查詢，運行期間未發現報錯情況。最后，智能視覺服務器可以實現同平臺的高效數據交互，精準進行門禁控制與物資識別，少數體積較大以及傳感器角度存在偏差的物資無法進行精準識別，但RFID技術可以彌補這一缺陷。

（2）水電站物資智慧管理系統的應用對水電站物資管理工作達到了流程重塑與效率提升的目標，其應用效果集中體現在三個方面：第一，幫助物資管理業務流程實現了統一，可精準管控每一環節。系統的應用貫穿于物資管理的整個過程，包括物資申請、申請核準、采購、運輸、存儲、申領、核銷與結算，全過程可通過系統進行追溯與查詢，實現了對各環節的規范化管理，可根據系統精準判斷物資管理業務流程的流動軌跡；第二，幫助物資管理業務實現了數據的集成與共享，提高了物資管理數據的利用效率。系統可以根據數據使用者需求針對性攫取物資領用量、物資核銷管理等數據信息，并按照其需求進行分時段、分標段以及分類型的物資管理數據信息分析，幫助數據使用者快速精準地獲取物資管理信息，提高對物資的動態管控能力；第三，幫助物資管理工作提供了責任追究路徑，提高物資管理工作的規范化水平。系統覆蓋了物資管理的各個流程，因此可以對涉及的管理主體進行明確的責任劃分。一旦出現物資管理問題，可利用系統判斷在哪一環節出現未按照物資管理流程開展工作，從而第一時間對責任人進行責任追究。明確的責任追究手段可以有效規避物資管理工作中的人為失誤因素，并且可以有效規避因管理人員崗位調動以及權責不清引發的物資管理風險。

3 水電站物資智慧管理平臺的設計構建

3.1 總體架構

本次在水電站物資智慧管理平臺設計中，綜合考慮了技術特征與物資管理工作特點，確定了物資協同運轉與高效管理的智慧管理平臺。平臺設計中確定統一業務流程、統一數據規范，在統籌管理下實現對水電站物資的智慧化管理。其總體架構如圖1所示。

圖1 基于物聯網技術的水電站物資智慧管理平臺總體架構

3.2 系統模塊設計

3.2.1 硬件技術設備模塊

水電站物資智慧管理平臺設計構建中借助硬件設施可滿足物資管理的特性要求，借助數據庫服務器、智能網關、二維碼技術和RFID等技術，可根據水電站物資的屬性、應用場景與使用特性進行有效管理。物資智慧管理系統中，對于可重復使用的物資，可應用RFID技術創建相應的管理標簽，通過安裝RFID天線感知不同物資的相應標簽，可將物資相應的數據信息直接通過智能網關傳輸到系統數據庫中進行分析與存儲。對于水電站中的消耗類物資，可搭配使用重力傳感器等設備掌握物資的使用情況，通過重量感知與視頻反饋實現對物資種類與單次使用量的有效控制。智慧管理系統中借助二維碼技術可實現對物資的智能高效管理，物資管理人員通過移動終端設備掃描物資二維碼便可以獲取全部信息，掌握其使用情況，便于后臺管理。

3.2.2 軟件應用服務模塊

水電站物資智慧管理平臺的軟件應用服務功能由多個模塊共同構成，其中各個模塊的主要功能內容如下。

（1）倉庫管理。此項應用功能主要負責倉庫基本信息管理，包含水電站物資位置管理、物資編碼、物資貨架與貨位確定與物資管理員信息等級等。平臺中的倉庫管理模塊借助二維碼技術可實現物資的一站式管理，結合水電站工程施工要求，自動調配物資，保證倉庫物資調用能夠滿足工程要求，同時能夠有效避免因倉庫管理不當造成物資庫存積壓，提高倉庫物資的應用效率。

（2）入庫管理。水電站物資入庫時，物資智慧管理平臺會自動對物資進行檢測，確定是否已有同類物資存入，從而確定是否創新新的物資管理清單，之后入庫管理模塊會根據物資屬性建立相應的入庫管理標簽，系統會根據管理人情況明確物資操作入庫的執行人，并將物資自動分配到相應的貨位與貨架。物資入庫后，該模塊會將入庫單發送給向物資操作管理人員，并完成相應的系統門禁授權，在物資操作管理人員完成檢查并提交確認后，平臺則會確定物資的入庫管理工作完成，入庫管理完成后，平臺會自動根據物資變化進行自動提示，便于后續物資應用與管理。

（3）出庫管理。物資出庫前，該模塊會根據庫存狀態進行系統提醒，確定庫存物資數量是否能夠滿足出庫要求，平臺出庫模塊會根據物資使用申報計劃生成相應的出庫單，并記錄出庫車輛、貨物、運輸路線與領料人與管理操作人員信息。物資出庫中會與平臺建立相應的數據接口，可實現物資出庫的全過程監控。與此同時，出庫時平臺會自動根據物資貨位生成相應的門禁權限，領料人在通過門禁認證后可進入倉庫制定位置領取物資，完成物資領取工作后，需盡快完成物資領取確認，系統在領料人確認后生成最新的物資庫存信息，并從平臺數據庫端完成出庫數據與庫存信息的更新與存儲，同時平臺會結束門禁授權，恢復正常管理狀態。

（4）供應商管理。該模塊功能以提供供應商基本信息，供應商注冊變更、注銷與長期評價為主。水電站物資智慧管理平臺的供應商管理需要根據工程實際需求確定相應的物資供應量和物資供應類型。水電站工程項目開展會根據施工需求提出詳細的供貨計劃，平臺會計算出階段性的物資需求量，并推薦優秀的供應商名單，通過系統對比確定最佳供貨對象。在供應商管理中，需要結合貨運單據完成物資配送供應服務，平臺系統會定期跟蹤供應商配送單運輸情況，通過運輸的實時跟蹤，全面掌握物資供應情況。智慧管理平臺中的供應商管理模塊可實現物資管理工作可塑性追蹤，按照施工現場需求確定最佳的物資運輸地點、路線、種類與數量，從而提升供應管理效率。

（5）數據分析。水電站物資智慧管理平臺的數據分析功能可以幫助管理人員更好地了解其物資庫存情況、采購計劃和耗材使用情況，從而優化物資管理流程，提高效率和節約成本。數據分析模塊可以通過對物資庫存數據進行分析，幫助管理員實時監測庫存數量、種類和價值情況，并生成報表以便快速了解庫存狀況。此外，平臺還能夠根據歷史數據預測未來的用料量，能夠為水電站物資使用制定合理的采購計劃，可以極大地減少庫存積壓和資源浪費問題。該模塊可以通過對耗材使用數據的分析，掌握水電站工程施工中的消耗情況和使用效率，及時發現異常情況并作出相應調整。同時，平臺還支持對具體設備的維修保養記錄進行跟蹤和分析，幫助平臺管理人員優化設備維護計劃，提高生產效率。另外，該模塊還支持多維度的數據可視化展示，包括圖表、報表、儀表盤等多種形式，使用戶可以直觀地了解物資管理情況，及時作出決策，提高工作效率和精準度。

（6）高級管理。此項功能主要負責定期測試物資管理、物資預警與物資檢修查驗等功能。物資入庫管理后，需要通過預設條件進行有效提醒，對于已入庫卻為進行測試的物資不得出庫使用，同時高級管理模塊中還設置了智能預警功能，系統會根據物資情況自動生成提示信息，對物資管理中的問題進行及時警示，幫助物資管理人員提高物資管理與使用效率。

（7）系統設置。該模塊為水電站物資管理平臺中的底層模塊，其主要負責系統基礎功能，如系統用戶管理，系統權限設定與系統升級維護。平臺在后續應用中經常會根據水電站工程業務要求進行系統升級優化，其中會加入新的硬件，增設開發新的系統功能，因此，平臺開發人員需要通過系統設置模塊進行系統底層功能管理，通過該模塊為物資智慧平臺中其他模塊的運行提供保障。

4 結語

物資管理是水電站管理工作的重要內容，需要利用先進的技術手段提升水電站物資智慧管理水平，研究設計了基于物聯網技術的水電站物資智慧管理平臺，物資智慧管理系統覆蓋物資管理的整個流程，可通過各類物聯網技術精準獲取到物資信息，并實現對物資的遠程控制與管理，有效解決了傳統物資管理模式的效率低下問題，并減少了物資管理人員的工作量，有利于促進水電站管理工作的智慧化轉型。