陳永峰 劉揚(yáng) 鮑慶雪 張繼剛

摘 要：當(dāng)前社會(huì)日益發(fā)展，廣告牌匾的數(shù)量龐大，如何區(qū)分這些廣告牌匾是否在管理范圍內(nèi)，是否經(jīng)過相關(guān)部門的審核等，而這些問題會(huì)對(duì)城市的建設(shè)產(chǎn)生影響。文中針對(duì)這些情況建設(shè)了廣告牌匾監(jiān)測網(wǎng)，并運(yùn)用ArcGIS、Flex、WebService技術(shù)開發(fā)了沿街廣告牌匾監(jiān)測系統(tǒng)，此外還介紹了RFID關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)集成、傾角傳感器技術(shù)，同時(shí)對(duì)牌匾監(jiān)測實(shí)現(xiàn)GIS地圖展示、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，本系統(tǒng)為城市沿街牌匾監(jiān)測提供了及時(shí)準(zhǔn)確的信息支持。

關(guān)鍵詞：ArcGIS；RFID；實(shí)時(shí)監(jiān)測；信息支持

中圖分類號(hào)：TU984.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

射頻識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別等自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)相融合，構(gòu)筑了一個(gè)無所不在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。海量RFID信息處理、傳輸和安全對(duì)RFID的系統(tǒng)集成和應(yīng)用技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。RFID系統(tǒng)集成將向嵌入式、智能化、可重組的方向發(fā)展，通過構(gòu)建RFID公共服務(wù)體系，將使RFID信息資源的組織、管理和利用更為深入和廣泛[1]。

我們可以運(yùn)用RFID技術(shù)，給各個(gè)商家的廣告牌安裝有源標(biāo)簽，通過內(nèi)置的陀螺儀就能實(shí)時(shí)監(jiān)管牌匾是否被挪動(dòng)或拆除，在街道上安裝感應(yīng)基站，保證基站能夠覆蓋所有標(biāo)簽，這樣，標(biāo)簽的信息就能實(shí)時(shí)傳輸給終端，大大減少了需要的人力和物力，降低了監(jiān)管難度。再結(jié)合GIS建立一個(gè)簡單的可視化系統(tǒng)，極大地提高了管理效率。本文以北京市西城區(qū)為研究區(qū)，研究了實(shí)時(shí)監(jiān)測牌匾狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)硬件部署設(shè)計(jì)

北京市西城區(qū)沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括傳感器基站和監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，根據(jù)北京市西城區(qū)西長安街的位置和牌匾情況安裝了三個(gè)監(jiān)測基站，在68個(gè)牌匾上分別安裝了RFID標(biāo)簽。

沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸來接收數(shù)據(jù)[2，3]，具體的工作原理是標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的頻射信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至基站進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理，基站運(yùn)用SIM，通過GPRS將解析的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

沿街牌匾系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分為應(yīng)用層，業(yè)務(wù)層，通信層以及信號(hào)代碼采集層，其系統(tǒng)整體框架圖如圖1所示。應(yīng)用層可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的展示和共享。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

（1）應(yīng)用層。在應(yīng)用層里主要有牌匾的展示（牌匾的詳細(xì)信息），監(jiān)控管理，牌匾查詢以及決策分析四個(gè)方面，應(yīng)用層主要針對(duì)牌匾信息，牌匾展示與牌匾查詢則針對(duì)用戶，監(jiān)控管理和決策分析針對(duì)管理人員。

（2）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層主要分為牌匾管理和管理平臺(tái)兩部分，在牌匾管理中又可分為牌匾拆建登記，牌匾定位查詢，牌匾詳細(xì)信息的更改等，在管理平臺(tái)中有系統(tǒng)管理，用戶管理和權(quán)限管理三部分，其他模塊待定。

（3）通信層。通信層分為RFID中間件，有線局域網(wǎng)，無線局域網(wǎng)三部分。通信層的主要目的就是傳遞信息。

（4）采集層。采集層的采集工具由附著在牌匾上的標(biāo)簽，RFID閱讀器，牌匾定位裝置，傾角傳感器等工具組成，采集層主要功能是采集牌匾信息。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的過程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足第三范式要求，為保證數(shù)據(jù)在系統(tǒng)里運(yùn)行的高效性，數(shù)據(jù)庫需保證全面準(zhǔn)確、關(guān)系一致、松散耦合、適度冗余、高頻分離。在適當(dāng)?shù)那闆r下使用存儲(chǔ)過程和觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)用戶自定義的數(shù)據(jù)一致性和完整要求。沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)包括預(yù)警信息記錄表，見表1所列；歷史信息表見表2所列；標(biāo)志卡信息表見表3所列；基站接收數(shù)據(jù)時(shí)間表見表4所列。

表1 預(yù)警信息記錄表

鍵 字段名 數(shù)據(jù)類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

BoundAlarm nvarchar（） 20 否

MoveAlarm nvarchar（） 20 否

VoltageAlarm nvarchar（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表2 歷史信息表

鍵 字段名 數(shù)據(jù)類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

x decimal（） 20 否

y decimal（） 20 否

z decimal（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表3 標(biāo)志卡信息表

鍵 字段名 數(shù)據(jù)類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

CardID varchar（） 20 否

Name varchar（） 20 否

Type varchar（） 20 否

Pic nvarchar（） 50 否

ReceiveTime nvarchar（） 20

表4 基站接收數(shù)據(jù)時(shí)間表

鍵 字段名 數(shù)據(jù)類型 字段長度 是否可空 備注

BaseStation varchar（） 10 否

ReceiveTime varchar（） 20 否

1.4 具體功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的界面以及基本系統(tǒng)功能具體包括以下幾項(xiàng)：

（1）牌匾電子地圖總覽（縮放、全圖、刷新、前后視圖等）；

（2）牌匾查詢（選擇要素（包括名稱，所在街道，編號(hào)，牌匾注冊(cè)時(shí)間以及模糊檢索）、清除所選、查看屬性等）；

（3）街景牌匾影像瀏覽（左前、右前、正前、正右等）；

（4）定位（顯示牌匾當(dāng)前所在位置）；

（5）管理員登陸（需輸入賬號(hào)、密碼進(jìn)入數(shù)據(jù)管理）。

1.4.1 查詢功能

獲取資料如城區(qū)電子地圖、城區(qū)沿街牌匾數(shù)據(jù)（名稱，所在街道，編號(hào)，材質(zhì)等）。此功能的目的是，當(dāng)輸入任意一個(gè)牌匾的基本信息時(shí)，可以得出當(dāng)前牌匾的所有詳細(xì)信息。其中，加載牌匾編號(hào)和城區(qū)街道坐標(biāo)數(shù)據(jù)是為了更準(zhǔn)確的查詢位置；加載圖層，點(diǎn)擊“查詢”，即可彈出查詢窗體，進(jìn)而查詢“名稱”、“編號(hào)”、“所在街道”，選中其中之一點(diǎn)擊“確定”，即可彈出列表，得到選中的牌匾長度等詳細(xì)信息。查詢結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 查詢結(jié)構(gòu)圖

1.4.2 底圖為電子地圖模式

底圖是電子地圖，在電子地圖中標(biāo)注街道名稱，牌匾用符號(hào)來代替。對(duì)用戶而言，電子地圖可以更簡單地查詢到牌匾的符號(hào)，目前電子地圖的使用率正在飛速增長，電子地圖強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確性，在簡單易用的同時(shí)查詢速度快，省時(shí)間。

1.4.3 統(tǒng)計(jì)

獲取城區(qū)電子地圖、牌匾圖片、該地區(qū)牌匾分布圖等資料，再從管委廣告科獲取該區(qū)沿街牌匾的屬性數(shù)據(jù)，如牌匾的編號(hào)、照片、坐標(biāo)等。根據(jù)牌匾的材質(zhì)，可將其分為鋁板、玻璃鋼、石材、優(yōu)質(zhì)木材等。根據(jù)路名查找道路，首先要指定道路的起點(diǎn)，在數(shù)據(jù)庫中連接道路表，表中保存道路起終點(diǎn)的定位坐標(biāo)。加載該城區(qū)電子地圖與牌匾分布圖，再加載沿街牌匾屬性數(shù)據(jù)。在“工具”中點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”按鈕，選擇所需獲取的數(shù)據(jù)，可分別獲取全區(qū)牌匾的總覽數(shù)據(jù)、各街道上沿街的牌匾數(shù)據(jù)。

1.4.4 牌匾變更及注冊(cè)與注銷

在牌匾的管理過程中，會(huì)出現(xiàn)牌匾變更、牌匾增加、牌匾拆除等問題，那么就必須在系統(tǒng)中及時(shí)更正，所以應(yīng)在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中增設(shè)牌匾變更以及牌匾增加和牌匾刪除按鈕，在牌匾變更里查找想要變更的牌匾，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前要變更牌匾的詳細(xì)信息，選擇需要修改的信息進(jìn)行修改。

1.4.5 安全評(píng)估

獲取資料，如該城區(qū)電子地圖、該地區(qū)沿街牌匾電子地圖等。再從管委廣告科獲取各個(gè)牌匾在歷史上出現(xiàn)過的問題數(shù)據(jù)和從有關(guān)測繪部門獲取的各牌匾的坐標(biāo)。各圖經(jīng)過疊加，即可得到該條街道牌匾的安全系數(shù)。從安全系數(shù)即可知道該條街道上的牌匾是否應(yīng)該進(jìn)行“預(yù)警”。

1.4.6 報(bào)警事件處理

在沿街牌匾的管理過程中，肯定會(huì)遇到各種各樣的問題，但RFID的使用會(huì)使出現(xiàn)的問題簡單化。

在RFID系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，電子標(biāo)簽附著在牌匾表面，電子標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，進(jìn)而發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理。

1.4.7 全景快速瀏覽

獲取資料，如該城區(qū)電子地圖[4]、該地區(qū)沿街牌匾電子圖等。加載圖層，移動(dòng)鼠標(biāo)，轉(zhuǎn)動(dòng)鼠標(biāo)滾輪，即可對(duì)城區(qū)景色進(jìn)行快速瀏覽。全景瀏覽流程圖如圖3所示。

圖3 全景瀏覽流程圖

1.4.8 法規(guī)條例

設(shè)置沿街牌匾應(yīng)當(dāng)符合政府機(jī)關(guān)相應(yīng)的牌匾管理辦法，點(diǎn)擊“查詢”中的“法律法規(guī)”，會(huì)彈出有關(guān)沿街牌匾管理的法律法規(guī)。每條法規(guī)條例后面都有增、刪、改功能。

1.4.9 用戶管理

用戶管理主要是將不同用戶賦予不同權(quán)限，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)的操作和使用不同功能。具體完成以下功能：

（1）用戶登錄（系統(tǒng)啟動(dòng)界面后，需要用戶登錄界面，輸入用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)中，登錄后，系統(tǒng)根據(jù)用戶授權(quán)情況，顯示功能界面）；

（2）用戶個(gè)人信息修改（非管理員用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，修改自己的密碼和其他可修改的個(gè)人信息）；

（3）用戶授權(quán)（管理員登錄到系統(tǒng)中，可以進(jìn)行系統(tǒng)授權(quán)）；

（4）添加新用戶、刪除用戶、修改用戶屬性（用戶名、用戶等級(jí)、用戶密碼等）；

（5）用戶權(quán)限修改（對(duì)不同等級(jí)的用戶，有一個(gè)默認(rèn)權(quán)限，可以進(jìn)行哪些操作，同時(shí)也可以修改用戶權(quán)限，比如某些功能可以用等）。

1.4.10 圖形的放大縮小等功能

在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多牌匾的位置點(diǎn)，鼠標(biāo)移動(dòng)到牌匾點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)牌匾的懸浮照片，鼠標(biāo)點(diǎn)擊照片后會(huì)出現(xiàn)該牌匾的照片及基本信息，有時(shí)照片需要放大、縮小、漫游、全覽等操作，所以加入圖形的放大、縮小等功能，以方便用戶使用。

2 關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 傾角傳感器技術(shù)

傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)水平距離和物體高度的測量，從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器，這三種傾角傳感器都利用地球萬有引力的作用，將傳感器敏感器件對(duì)大地的姿態(tài)角，即與大地引力的夾角 （傾角）這一物理量，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或脈沖信號(hào)。

在地球上任何位置的物體都受到重力的作用（F=mgn） ，即任意質(zhì)量塊都會(huì)受到重力加速度的作用，采用加速度傳感器即可測出這個(gè)重力加速度。把加速度傳感器固定在物體的水平面上，則加速度傳感器感受到的加速度a0=gn；當(dāng)物體姿態(tài)改變時(shí)，加速度傳感器的敏感軸隨之轉(zhuǎn)動(dòng)角度 ，則傳感器受到的加速度變?yōu)閍1=gncos，因此可以通過測量加速度的變化來反映物體姿態(tài)的變化。

2.1.2 基于GIS的傳感器狀態(tài)變更及狀態(tài)顯示

正常情況下，若牌匾沒有變更，則傳感器返回服務(wù)器的數(shù)據(jù)為0，在出現(xiàn)牌匾更換的情況下，傳感器返回服務(wù)器的數(shù)據(jù)為-1。GIS通過傳回的數(shù)據(jù)將傳感器的狀態(tài)顯示出來，正常的顯示綠色，報(bào)警的顯示紅色，牌匾的屬性信息可以通過屬性的形式存儲(chǔ)在GIS相對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽上[5]，基站狀態(tài)顯示圖如圖4所示，其為城市管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖4 基站狀態(tài)顯示

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用B/S軟件體系結(jié)構(gòu)[6]，前臺(tái)運(yùn)用Flex平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫使用SQL2008將牌匾數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出來，后臺(tái)使用Java技術(shù)，實(shí)現(xiàn)前臺(tái)與后臺(tái)的高速交互。運(yùn)用Socket通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)器存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，通過Java后臺(tái)把數(shù)據(jù)調(diào)用到前臺(tái)，然后進(jìn)行解析、判斷。地圖數(shù)據(jù)通過ArcGIS Service 10.0發(fā)布緩存地圖，實(shí)現(xiàn)地圖的調(diào)用顯示等功能，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)。將系統(tǒng)導(dǎo)出發(fā)行版發(fā)布在Tomcat下，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的共享服務(wù)。

3 結(jié) 語

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)受到社會(huì)各界的認(rèn)可。沿街牌匾管理是城市急需解決的問題。廣告牌匾數(shù)量處于快速增長階段，而目前廣告牌匾管理工作人員的數(shù)量并沒有增加，這樣的現(xiàn)實(shí)情況使得監(jiān)管工作難上加難，將沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到城市管理中將發(fā)揮越來越大的作用。本系統(tǒng)利用Flex設(shè)計(jì)出界面，運(yùn)用傳感器、ArcGIS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與用戶的智能交互。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉星，石梅香，陳金松.基于RFID的高校設(shè)備管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2011， 32（6）：702-707.

[2]王洪鐘，武利亞.信息化城市管理的成功實(shí)踐——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于戶外廣告監(jiān)管系統(tǒng)[J]. 城市管理與科技，2009（4）： 550-555.

[3]徐兵，王晗.基于GIS的城市數(shù)字交通管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2005，33（12）： 16-18.

[4]Clarke K C.Mobile Mapping and Geographic Information Systems[J].Cartography and Geographic Information Society， 2004，31（3）：131-136.

[5]趙瑜，朱敏，牛灝， 等.基于GIS的城市戶外廣告管理探索與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息（測控自動(dòng)化）， 2009， 25（12-1）： 132-133， 136.

[6]鄭揚(yáng)波.基于B/S的廣告管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)（學(xué)術(shù)交流）， 2007（8）：301，307.