張貴強(qiáng)，戴毅茹，王堅(jiān)

（同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心，上海　201804）

基于藍(lán)牙定位技術(shù)的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張貴強(qiáng)，戴毅茹，王堅(jiān)

（同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心，上海201804）

為了加強(qiáng)?；吩谑褂孟M(fèi)過(guò)程中的監(jiān)控管理，論文提出了一種基于藍(lán)牙定位的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)。首先介紹了基于藍(lán)牙定位的危化品監(jiān)控管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)，然后重點(diǎn)介紹了藍(lán)牙定位技術(shù)、藍(lán)牙信號(hào)衰減模型、藍(lán)牙定位服務(wù)器的搭建，最后對(duì)功能模塊進(jìn)行了介紹。

藍(lán)牙定位；危化品；MVC架構(gòu)

0　引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，焊接、噴涂等現(xiàn)代工藝已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用，?；吩诠S日常生產(chǎn)制造中的應(yīng)用日益廣泛。?；肪哂幸兹?、易爆、有毒、腐蝕、放射性等性質(zhì)，因此對(duì)存儲(chǔ)和使用環(huán)境要求很高，在危化品的消費(fèi)、使用過(guò)程中，受生產(chǎn)力發(fā)展水平低、從業(yè)人員素質(zhì)低、安全生產(chǎn)基礎(chǔ)差等因素的制約和影響，安全事故頻發(fā)，因此亟需加強(qiáng)?；吩谑褂眠^(guò)程中的監(jiān)控管理。針對(duì)生產(chǎn)企業(yè)制造車(chē)間對(duì)?；返墓芾磉€停留在紙質(zhì)?；饭て惫芾淼穆浜笄闆r，本文將?；返墓芾硇畔⒒?，系統(tǒng)化，本文還采用室內(nèi)定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)危化品實(shí)時(shí)位置、歷史軌跡的監(jiān)控。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括兩部分：定位系統(tǒng)和應(yīng)用層。定位系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)采集模塊包括固定藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)陣列，移動(dòng)藍(lán)牙標(biāo)簽，網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)備等。定位系統(tǒng)服務(wù)器按照一定的頻率收集硬件采集到的數(shù)據(jù)，計(jì)算出標(biāo)簽所在的區(qū)塊和具體位置信息，并將該信息加上采集信息時(shí)間戳存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，定位系統(tǒng)提供查詢實(shí)時(shí)位置信息和歷史位置信息的接口。應(yīng)用層采用微軟的MVC架構(gòu)，Model層又稱為數(shù)據(jù)層，負(fù)責(zé)和定位服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過(guò)對(duì)定位服務(wù)器接口的調(diào)用，獲取?；返奈恢眯畔?。數(shù)據(jù)層還負(fù)責(zé)和?；坊A(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀取、添加、更新、刪除等操作。View層又稱為表現(xiàn)層，提供用戶和系統(tǒng)交互的接口，負(fù)責(zé)向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)和系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)。Controller層是應(yīng)用層的核心，是數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層的橋梁，負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram of hazardous chemical monitoring and management system

1.2功能設(shè)計(jì)

基于藍(lán)牙定位技術(shù)的危化品監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括?；坊A(chǔ)信息管理，相關(guān)制度管理，?；飞暾?qǐng)領(lǐng)用管理，?；穼?shí)時(shí)監(jiān)控，危化品歷史軌跡和報(bào)警這六個(gè)主要功能，該系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2　?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)功能圖Fig.2 System function diagram of hazardous chemical monitoring and management system

其中基礎(chǔ)信息管理主要包括?；犯鞣N屬性信息的錄入，修改等，電子標(biāo)簽信息管理主要是將電子標(biāo)簽和?；芬灰粚?duì)應(yīng)。車(chē)間相關(guān)信息主要是車(chē)間區(qū)塊的劃分等信息。在基礎(chǔ)信息管理模塊，利用對(duì)象關(guān)系映射，構(gòu)建?；奉?lèi)，利用面向?qū)ο蠓庋b的思想將危化品類(lèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，并提供對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行添加，修改，刪除，讀取的方法。

相關(guān)制度管理主要是對(duì)?；饭芾淼南嚓P(guān)文件信息管理和文件的存儲(chǔ)，此處相關(guān)制度包括危化品使用操作規(guī)程，申請(qǐng)領(lǐng)用制度等。

危化品的申請(qǐng)領(lǐng)用管理主要是對(duì)申請(qǐng)領(lǐng)用流程的管理。首先由需求單位在系統(tǒng)提出?；返纳暾?qǐng)清單，并錄入相關(guān)需求信息和原因，上級(jí)審核部門(mén)審核需求單位提出的危化品使用申請(qǐng)，如果符合規(guī)范則同意申請(qǐng)，不符合規(guī)范則退回申請(qǐng)。申請(qǐng)人員在申請(qǐng)得到批準(zhǔn)后到庫(kù)房領(lǐng)取相應(yīng)危化品，在?；愤M(jìn)入車(chē)間之前貼上藍(lán)牙標(biāo)簽，并在系統(tǒng)錄入標(biāo)簽信息。?；愤M(jìn)入車(chē)間，監(jiān)控開(kāi)始。由于危化品一般都是放在固定的容器中，不能?chē)?yán)格按照需求量精確領(lǐng)取，因此在一道工序完成時(shí)，危化品可能會(huì)存在剩余。?；返念I(lǐng)用人就可以根據(jù)需求，放在車(chē)間繼續(xù)使用，但要根據(jù)公司規(guī)章制度通知相應(yīng)的安全管理員。如果確定短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其他用途，應(yīng)退還到倉(cāng)庫(kù)，?；冯x開(kāi)車(chē)間前，應(yīng)在安全管理員的確認(rèn)下，解除定位標(biāo)簽，并在系統(tǒng)中注銷(xiāo)掉該?；?，然后退還到相應(yīng)倉(cāng)庫(kù)，?；飞暾?qǐng)領(lǐng)用流程如圖3所示。

圖3　危化品申請(qǐng)領(lǐng)用流程圖Fig.3 Application flow diagram for hazardous chemical

實(shí)時(shí)監(jiān)控管理提供單個(gè)?；穼?shí)時(shí)位置查詢功能和車(chē)間所有?；穼?shí)時(shí)監(jiān)控的功能。用戶可以查詢指定的?；?，也可以用大屏幕實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控車(chē)間內(nèi)所有的?；?，當(dāng)發(fā)生安全事故或者災(zāi)難時(shí)，可以迅速找到所有的?；罚瑓f(xié)助進(jìn)行相關(guān)處理。

歷史軌跡主要是查詢某一?；纺骋粫r(shí)間段內(nèi)在車(chē)間內(nèi)的位置軌跡，當(dāng)安全事故發(fā)生后可以用來(lái)輔助調(diào)查事故原因。

報(bào)警功能使用定時(shí)器，定時(shí)掃描車(chē)間內(nèi)的?；?，查詢?cè)擃?lèi)別?；方惯M(jìn)入的區(qū)塊，進(jìn)而判斷該?；肥欠裨诜欠▍^(qū)塊，在非法區(qū)塊則在前臺(tái)彈出報(bào)警頁(yè)面，顯示報(bào)警信息，不在非法區(qū)塊則完成此次掃描，等待定時(shí)器觸發(fā)下一次掃描。

1.3藍(lán)牙定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離的無(wú)線通信技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)提供的功率控制方法和參數(shù)有：接收信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength Indicator，RSSI），鏈路質(zhì)量（Link Quality，LQ），傳輸功率級(jí)（Transmit Power Level，TPL）等，這些控制方法和參數(shù)使藍(lán)牙技術(shù)具備了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的基本條件。藍(lán)牙技術(shù)提供了基于信號(hào)強(qiáng)度的定位方法，利用藍(lán)牙發(fā)送者和接收者之間的距離和RSSI的關(guān)系，判斷單個(gè)標(biāo)簽和單個(gè)天線的距離，采用三角定位來(lái)估計(jì)位置?；谛盘?hào)強(qiáng)度的定位方法主要是根據(jù)藍(lán)牙信號(hào)的傳播模型，利用藍(lán)牙信號(hào)的衰減特性來(lái)建立信號(hào)強(qiáng)度和距離之間的關(guān)系，本文采用的是基于路徑丟失的信號(hào)傳播模型，模型定義如下：

其中：PL（d）—在距離為d時(shí)接收到的信號(hào)強(qiáng)度；［dB］—信號(hào)的強(qiáng)度單位；PL（d0）—在距離為d0時(shí)接收到信號(hào)的強(qiáng)度；α—路徑衰減因子，反映的是距離和傳播功率路徑損耗的關(guān)系，XσL表示的是零均值、正態(tài)分布隨機(jī)變量噪音；σL—標(biāo)準(zhǔn)偏差。其中PL（d0）、α、XσL需要確認(rèn)，d0一般取1米，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法可以估算衰減因子α和隨機(jī)變量XσL。

藍(lán)牙定位系統(tǒng)硬件部分主要包括在車(chē)間布置的網(wǎng)狀分布固定藍(lán)牙陣列，將車(chē)間的大空間分布為一個(gè)一個(gè)的網(wǎng)格，固定藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的位置盡量在保證整體布局的情況下接近電源，減少布線。

藍(lán)牙定位服務(wù)器包括數(shù)據(jù)收集單元，數(shù)據(jù)計(jì)算單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)收集單元主要負(fù)責(zé)和硬件的交互，按一定的頻率向硬件發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，固定藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)陣列收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，掃描范圍內(nèi)的移動(dòng)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)，查詢信號(hào)的強(qiáng)度，鏈路質(zhì)量等信息，并將這些數(shù)據(jù)反饋給數(shù)據(jù)收集單元，數(shù)據(jù)收集單元將收集到的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)計(jì)算單元，數(shù)據(jù)計(jì)算單元根據(jù)藍(lán)牙陣列收集到的數(shù)據(jù)和藍(lán)牙陣列的位置信息，計(jì)算出移動(dòng)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域塊和相對(duì)于藍(lán)牙陣列的具體位置。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包含一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中主要包括固定藍(lán)牙陣列的信息和移動(dòng)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的位置信息。固定藍(lán)牙陣列的信息主要包括固定藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，相對(duì)于車(chē)間的位置等信息，移動(dòng)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的信息主要包括節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，位置信息，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間等信息。定位系統(tǒng)的架構(gòu)如圖4所示。

圖4　定位系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.4 System architecture diagram of locating system

2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于藍(lán)牙定位技術(shù)的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)定位系統(tǒng)硬件采用市場(chǎng)上應(yīng)用成熟的藍(lán)牙組件和藍(lán)牙標(biāo)簽，服務(wù)器端部署一臺(tái)運(yùn)算服務(wù)器和一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，運(yùn)算服務(wù)器采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Microsoft SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用層采用B/S模式，基于微軟MVC架構(gòu)用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。

系統(tǒng)主界面是?；坊A(chǔ)信息的列表，用Bootstrap開(kāi)源庫(kù)中的控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該頁(yè)面可以進(jìn)行系統(tǒng)中危化品基礎(chǔ)信息的添加、更新、刪除等操作，還可以選取要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史軌跡監(jiān)控的?；贰?bào)警信息也是在該頁(yè)面彈出呈現(xiàn)。實(shí)時(shí)監(jiān)控的界面如圖5所示。

圖5　實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊界面Fig.5 Interface of real-time monitoring module

3　結(jié)束語(yǔ)

基于藍(lán)牙定位的?；繁O(jiān)控管理系統(tǒng)解決了危化品使用車(chē)間危化品管理落后、復(fù)雜、信息化水平低的問(wèn)題，優(yōu)化了危化品管理的流程，提高了危化品管理的信息化水平，針對(duì)申請(qǐng)領(lǐng)用流程的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)了?；饭芾淼呢?zé)任明確和分級(jí)監(jiān)督。該系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)危化品實(shí)時(shí)位置和歷史軌跡的監(jiān)控，安全管理員可以有效的監(jiān)控進(jìn)入車(chē)間的危化品，實(shí)現(xiàn)了集中管理。報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)則可以有效降低?；愤M(jìn)入非法區(qū)域的危險(xiǎn)。

該系統(tǒng)和安全生產(chǎn)系統(tǒng)工程的其他技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用到某大型制造企業(yè)的安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)中，加強(qiáng)了對(duì)?；返谋O(jiān)控管理，減少了企業(yè)?；钒踩鹿实陌l(fā)生，提高了企業(yè)的安全管理信息化水平。

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Design and Implementation of Hazardous Chemical Monitoring and Management System Based on Bluetooth Locating Technology

ZHANG Gui-Qiang，DAI Yi-Ru，WANG Jian
（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

To enhance the monitoring and management of hazardous chemical in consumption process，this paper delivers a hazardous chemical monitoring and management system based on Bluetooth locating technology.Firstly，the paper introduces the design of architecture and function module of the hazardous chemical monitoring and management system，then it emphasizes the Bluetooth locating technology，Bluetooth signal attenuation model，constructing of the Bluetooth locating server.Finally，it introduces the function module.

bluetooth locating；hazardous chemical；MVC structure

TP29

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.012

1002-6673（2015）01-035-03

2014-12-07

項(xiàng)目來(lái)源：上海市信息化發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（2011010117）；2013年上海市信息化發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)：基于物聯(lián)網(wǎng)的大型電氣電站設(shè)備安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)

張貴強(qiáng)（1989-），男，河南永城人，碩士研究生。研究方向：智能生產(chǎn)系統(tǒng)，安全系統(tǒng)工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授，研究方向：先進(jìn)制造理論和企業(yè)建模。