董天東

(河南省特種設備安全檢測研究院,河南 鄭州 450004)

基于RFID/GPRS/GIS的特種設備安全檢驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

董天東

(河南省特種設備安全檢測研究院,河南 鄭州 450004)

本文結合特種設備安全檢驗工作的特點和設備具體使用環(huán)境,分析基于射頻標識技術和無線通信技術的特種設備互聯(lián)技術以及在安全檢驗的應用,把基于RFID自動識別和計算機網絡技術為特征的檢驗業(yè)務管理延伸到特種設備檢驗現(xiàn)場,并依托地理信息系統(tǒng)技術實現(xiàn)了特種設備的地理空間分布管理,為依靠信息技術提升特種設備安全檢驗提供一種思路。

射頻標識;地理信息系統(tǒng);特種設備;安全檢驗

特種設備是指國家認定的,因設備本身和外在因素影響容易發(fā)生事故,且一旦發(fā)生事故會造成人身傷亡及重大財產損失的危險性設備,包括電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施、鍋爐、壓力容器、壓力管道等,尤其是最近媒體報道的多起“吃人電梯”事件,給人民的生活帶來了負面影響,在物聯(lián)網技術發(fā)展的今天,依靠目標識別和無線互聯(lián)技術隨時隨地了解這些設備的安全運行狀況,以便加強安全檢驗就顯得非常重要,而目前的情況是：①對使用這些設備的人或者乘坐這些設備的人來說,根據(jù)國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局的要求,必須在顯著位置張貼“安全檢驗標志”,標志內容包括設備注冊代碼、維保單位名稱、檢驗機構名稱、檢驗人員以及下次檢驗日期等,這些信息都是靜態(tài)的,反映的是檢驗時的設備安全狀況,對設備的詳細信息、不合格信息、企業(yè)整改信息無法全部顯示出來,在發(fā)生安全事故時(如電梯關人、公園游樂設施卡人、起重機傾覆等),現(xiàn)場無法方便快捷地獲取緊急救援方式和求救信息；②對安全監(jiān)管部門來說,檢驗機構檢驗的歷史信息保存在檢驗機構內部網絡中,現(xiàn)場無法確切知道歷史檢驗信息和企業(yè)的維護信息,加上企業(yè)普遍對特種設備安全意識淡薄、檔案資料丟失嚴重,不只是檢驗機構對此感覺麻煩,安全監(jiān)察部門和執(zhí)法部門也甚為頭痛,這些機構之間更是缺少必要的信息溝通渠道,使得特種設備安全監(jiān)察、執(zhí)法監(jiān)督和安全檢驗工作脫節(jié),借助RFID對設備自動識別,同時配合電信運行商的無線網絡技術把信息推送到用戶智能手機上或者監(jiān)管人員專用PDA中可以解決上述這些問題,本文基于此理念設計了特種設備檢驗檢測機構物聯(lián)網系統(tǒng),經過實際運用,較好地解決了這個問題。

1 目標識別和信息推送技術的實現(xiàn)

本文設計研究的特種設備物聯(lián)網系統(tǒng)中的特種設備目標識別,主要采用將印刷好的“安全檢驗標志”和RFID技術結合,其中RIFD技術主要是滿足安全檢驗部門的設備注冊登記信息以及安全檢驗信息的讀取和寫入,使用的掌中設備為檢驗機構專用的PDA,考慮到設備標簽的粘貼位置不方便PDA近距離操作,增加了藍牙讀卡器,這樣使PDA和RFID標簽的距離可以延伸到10m左右；PDA讀取設備的特征碼后通過GPRS無線通訊技術從特種設備安全檢驗系統(tǒng)中獲取該臺設備的相關信息,并回傳到檢驗人員手中,實現(xiàn)了檢驗現(xiàn)場和檢驗機構服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互,把檢驗機構部門的檢驗業(yè)務管理延伸到檢驗現(xiàn)場。同樣安全監(jiān)察人員、現(xiàn)場執(zhí)法人員、用戶或者乘客獲取設備安全信息只需要使用掌中設備,通過GPRS技術從安全可靠的網絡數(shù)據(jù)庫提取歷史檢查和維護資料,真正實現(xiàn)了特種設備的安全狀況公開透明。

實現(xiàn)過程中的一個關鍵技術RFID系統(tǒng)的選擇,這是一種非接觸式的自動識別技術,能夠用射頻方式向待識別設備發(fā)射識別代碼,待識別設備上粘貼有記錄設備特征代碼的RFID標簽,通過標簽上的天線發(fā)送和接收射頻數(shù)據(jù),藍牙讀卡器將收集到的信息傳送到用戶的PDA上處理和存儲［1］。該技術通過將“安全檢驗標志”與電子標簽相結合,實現(xiàn)無線即時讀取、大容量和高速數(shù)據(jù)處理以及高度自動化等功能,極大地方便現(xiàn)場檢驗人員讀寫設備相關檢驗信息。

射頻標簽使用的工作頻率各不相同,主要有三種基本頻率,決定著讀取距離：①低頻(125/134kHz)常用于訪問控制,如牲畜跟蹤和資產跟蹤；②高頻(13.56mHz)用于中速讀取數(shù)據(jù),讀取距離約1.5m。這一頻率具有不受水和金屬影響的特點；③超高頻(850mHz～950mHz)讀取距離最長,可達3m,用于高速讀取。

而標簽的讀取方式有兩種：一種是主動的,一種是被動的。主動標簽用電池驅動,向讀碼器發(fā)射信號,傳輸距離通常到100m。被動標簽沒有電池,靠讀碼器發(fā)出信號的能量工作,讀取距離大約只有3m。主動標簽比被動標簽的個頭大并且貴。

本次應用技術研究中對標簽的選擇主要考慮三個因素：①電子標簽的粘貼部位；②電子標簽的使用環(huán)境；③電子標簽的讀取距離。對電梯、游樂設施、客運索道來說,這些設備均有人可以方便、安全接觸到的部位,可以選擇讀取距離近的低頻或者高頻標簽,粘貼在比如電梯轎廂、客運索道上下站、游樂設施入口等處,而對有些不方便靠近的設備,比如無限遙控橋式起重機,就要有針對性開展研究,解決標簽粘貼部位的選擇問題。試用過程中我們選擇13.56mHz的高頻被動式電子標簽,對于不方便靠近的設備則另外增加藍牙讀卡器,通過該讀卡器讀取RFID信息,然后通過藍牙協(xié)議傳輸?shù)浆F(xiàn)場檢驗人員的掌中設備。

特種設備使用環(huán)境相當惡劣,尤其是起重機械,如此惡劣的環(huán)境中,RFID的使用效果和產品的穩(wěn)定性大打折扣。因此射頻標簽要能經受著大范圍溫度差的變化,潮濕的環(huán)境和載荷的沖擊,安裝位置必須可靠,對封裝材料的選材上,更要注意防爆、防壓、耐酸堿、防日曬等。

另外本系統(tǒng)實現(xiàn)過程中還考慮了射頻標簽的損壞或者丟失,對電梯、游樂設施和客運索道可以和印刷的“安全檢驗標志”結合在一起,粘貼在乘客明顯可見的部位,而對作業(yè)環(huán)境相對惡劣的起重機械來說,情況較為復雜一些,對電動葫蘆、地面跟隨方式操作的起重機可以把電子標簽做成卡片吸附在手電門上,對于有操作室的可以把標簽粘貼在司機操作的地方,而對于無線遙控又不方便近距離接觸的起重機則要具體場合決定,甚至可把射頻標簽芯片安裝在吊鉤、吊環(huán)等零件里。

射頻識別技術的使用將標簽芯片安裝在特種設備上后,檢驗員就可以利用PDA將直接讀取芯片上的記錄,使用GPRS技術從安全可靠的網絡數(shù)據(jù)庫提取歷史檢查和維護資料,真正實時了解設備的安全狀況,并馬上按照檢驗規(guī)程的要求開始本次檢驗工作,以標準掌上電腦PDA為基礎的現(xiàn)場記錄軟件可以非常容易地輸入檢驗情況,大大減輕檢驗員的工作量。當檢驗員按下存儲指令后,檢驗記錄就通過電信網絡傳送到檢驗機構基于互聯(lián)網上的業(yè)務管理系統(tǒng)中,完成檢驗機構內部的報告流轉與審批,要是熟練使用的話,這一系統(tǒng)能夠將總檢驗時間減少65%［2］。效率遠遠優(yōu)于過去檢驗人員到達現(xiàn)場后,先查看特種設備的出廠編號和設備注冊登記號,找用戶索要歷年檢驗報告,然后開始檢查工作并手工記錄的檢驗方法。

2 基于GPS/GPRS/RFID應用的特種設備安全檢驗系統(tǒng)架構

根據(jù)國家特種設備相關法律,從設備投入使用、期間定期檢查、報廢都有嚴格的管理流程,本次實現(xiàn)的特種設備物聯(lián)網安全檢驗系統(tǒng)要做到全過程管理,必須借助計算機網絡技術和無線通信技術,另外其PDA具備GPS定位模塊,非常容易地采集到設備定位信息,從而生成特種設備安全監(jiān)管地理信息系統(tǒng)(GIS),通過電子地圖平臺顯示特種設備的基本信息、設備的分類、安全狀態(tài)等等。本系統(tǒng)的網絡架構如圖1所示。

圖1 基于GPS/GPRS/RFID的特種設備安全檢驗系統(tǒng)網絡拓撲

本系統(tǒng)的特點是：①使用RFID目標識別出設備的注冊登記號,即設備擁有的唯一的“身份證”,然后通過GPRS網絡建設安全檢驗機構內部檢驗業(yè)務數(shù)據(jù)庫與特種設備現(xiàn)場智能終端之間的鏈路,實現(xiàn)設備基本信息、歷次檢驗信息、不合格信息等數(shù)據(jù)的推送；②可以根據(jù)訪問權限和信息公開設定內容,實現(xiàn)特種設備使用單位、安全監(jiān)察單位、安全檢驗單位以及普通百姓對相關安全信息的獲取,營造監(jiān)督氛圍,擴大監(jiān)管效果；③特種設備安全檢驗數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以把指定信息投遞給WebService接口,然后再推送到檢驗人員掌中的終端程序。檢驗人員可以在終端上進行填寫檢驗記錄,然后通過GPRS把數(shù)據(jù)回傳給特種設備安全檢驗數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。極大地節(jié)省檢驗員的檢驗時間,檢驗結果網絡實時上傳,緩解特種設備高速增長和檢驗人員不足的緊張局面［3一6］。

3 基于GPS/GPRS/RFID應用的特種設備安全檢驗系統(tǒng)開發(fā)技術

根據(jù)系統(tǒng)架構設計和大量安全檢驗數(shù)據(jù)輸入的實際情況,特種設備安全檢驗系統(tǒng)采用多層分布式應用體系MIDAS(MultitieredDistributedApplicationServices),其中客戶端采用Delphi進行界面開發(fā),服務器為Delphi開發(fā)的COM+/DCOM組件,數(shù)據(jù)庫為SQL SERVER2000版。把傳統(tǒng)結構中的C/S模式擴展為客戶層、中間層和數(shù)據(jù)層三層模式,客戶層主要負責檢驗數(shù)據(jù)的輸入和顯示,中間層負責訪問數(shù)據(jù)庫服務器,為客戶層提供遠程調用接口,是整個系統(tǒng)的核心,數(shù)據(jù)層則負責數(shù)據(jù)的儲存和管理等［7一8］。

用戶界面中的電子地圖的顯示、編輯、漫游以及空間檢索使用地圖控件實現(xiàn),空間數(shù)據(jù)分層存儲在本地客戶端,包括行政區(qū)劃層、道路層、水系層以及地名層,格式使用ESRI (Environmental Systems Research Institute)的shape文件,實現(xiàn)的檢索功能包括通過機電類特種設備的相關屬性數(shù)據(jù)檢索空間地理分布,如2015年7月26日湖北荊州“電梯吃人”事故發(fā)生后,某品牌同類型電梯在鄭州的分布情況,在第一時間內檢索出這些電梯的分布,及時安排復查,極大地方便了安全監(jiān)察。在各檢驗部門負責檢驗區(qū)域分布方面,通常不是嚴格意義上的行政區(qū)劃分布,那么使用電子地圖的空間檢索技術可以方便地增加檢驗區(qū)域分布檢索,增加各部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)的地理空間特征,為檢驗業(yè)務的管理提供了極大的便利。

4 結束語

此項應用技術的研究能完成設備信息登記與統(tǒng)計、當前狀態(tài)顯示等方面的管理,使主管部門可以方便實時了解特種設備的安裝信息、檢測結果、使用狀況、歷史記錄與當前狀態(tài)等,為地方政府在發(fā)生特重大事故時的緊急救援以及事故防范、控制和最大限度減輕特大和重大事故災害提供先進的管理手段,能有效地對特種設備進行監(jiān)督與管理,彌補當前管理上的不足,實現(xiàn)“特種設備安全監(jiān)察無死角”的目標。

［1］譚民,等.RFID技術系統(tǒng)工程及應用指南［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2007.

［2］Tagging towers·《Cranes Today》·17 September 2007.

［3］Barcodes on steroids·《Cranes Today》·15 November 2007.

［4］王來忠.射頻識別車輛信息管理系統(tǒng)［J］.中國安全科學學報,2006,16(4):76一80.

［5］王來忠.GPS車輛行駛記錄定位監(jiān)控信息管理系統(tǒng)［J］.中國安全科學學報,2008,18(6):89一94.

［6］陸文昌,徐賢,修彩靖.基于GPS與GSM的交通事故自動呼救系統(tǒng)的設計［J］.中國安全科學學報,2008,18(4):94一98.

［7］王斌,魏慶朝,楊松林.G3技術集成及其在青藏鐵路信息化中的應用研究［J］.中國安全科學學報,2005,15(5):71一74.

［8］張乃祿,張源,徐競天,等.基于通用無線分組業(yè)務(GPRS)的油田生產安全監(jiān)控系統(tǒng)［J］.中國安全科學學報, 2006,16(8):124一127.

Design and ImPlementation of SPecial EquiPment Safety InsPection System Base on RFID/GPRS/GIS

Dong Tiandong
(Henan Special EquipmentInspection Institute,Zhengzhou Henan 450000)

On basis of the characteristics of special equipment safety inspection and the specific application environment of equipment,this paper studiedspecial equipment interconnection technology and its application in safety inspection based on RFID and wireless communication technology,thus extending the inspection management characterized with RFID automatic recognition and computer networking technology to the on一site inspection.Geographic spatial distribution management of special equipment is also realized by GIS technology,thus providing a new method for improving special equipment safety inspection by information technology.

RFID;GIS;Special Equipment;Safety Inspection

TP311.52

A

1003一5168(2015)07一0037一3

2015一6一28

董天東(1966一),男,大專,研究方向:特種設備安全檢驗。