郭惠

摘要：為了最大程度保證數(shù)據(jù)采集和巡檢過程的客觀性、真實性，避免各種人為因素影響，提高巡檢工作規(guī)范化及科學化水平，減少安全隱患，避免重大事故發(fā)生，將精確識別人體特征技術(shù)、網(wǎng)絡視頻技術(shù)和自動化數(shù)據(jù)處理技術(shù)無縫集成，設計了電子巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)以煤礦行業(yè)為例，利用人臉識別和瞳孔識別技術(shù)、GPS定位技術(shù)和GIS技術(shù)，建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術(shù)架構(gòu)的煤礦關(guān)鍵設備電子巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和管理平臺，設計了手持式數(shù)據(jù)采集器（包括數(shù)字視頻信息采集）以及一系列相關(guān)配套軟件。系統(tǒng)運行效果良好，顯著提高了巡檢效率，大量降低了漏檢事故率和安全事故率。

關(guān)鍵詞：電子巡檢；面部瞳孔識別；GPS定位技術(shù)；GIS技術(shù)；手持式數(shù)據(jù)采集器

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004010603

0引言

電子巡檢系統(tǒng)應用于燃氣行業(yè)、電力行業(yè)、管道運輸以及石油石化行業(yè)等[12]。電力行業(yè)主要巡檢振動和溫度；燃氣和管道運輸行業(yè)主要巡檢燃氣壓力、管道壓力和溫度等。本文以煤礦生產(chǎn)設備巡檢為例，根據(jù)煤礦生產(chǎn)背景，通過計算機智能化和傳感器對設備前端進行數(shù)字信息采集，同時利用數(shù)字信息傳輸技術(shù)實時傳輸，從而達到對煤礦主要生產(chǎn)設備進行定期、定時循環(huán)檢查和維修維護的目的。 該系統(tǒng)通過面部瞳孔識別系統(tǒng)自動識別工作人員。巡檢人員在巡檢時手持數(shù)據(jù)采集器，通過視頻和數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場采集關(guān)鍵設備運行數(shù)據(jù)參數(shù)，實時在線傳送至煤礦安全監(jiān)控平臺及有關(guān)單位。巡檢完畢后，將采集的有關(guān)數(shù)據(jù)輸入電腦。管理人員可通過局域網(wǎng)實時監(jiān)督巡檢人員情況。比如某一崗位職工從何時開始巡檢、每站用了多長時間、整體巡檢用時等。系統(tǒng)還可根據(jù)異常數(shù)據(jù)對設備故障進行時域分析，判斷發(fā)生故障的原因及部位。該系統(tǒng)是數(shù)據(jù)高速傳輸技術(shù)的無縫集成，能夠最大程度保證數(shù)據(jù)采集的真實有效，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新與人員動態(tài)管理。 系統(tǒng)可將數(shù)據(jù)自動實時轉(zhuǎn)為電子檔案，保存一年甚至更長時間，數(shù)據(jù)記錄量大，方便有關(guān)人員查詢，提高了工作效率。煤礦關(guān)鍵設備安全運行電子巡檢系統(tǒng)對保證煤礦安全生產(chǎn)、提高工作效率有著重要意義。

1系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)目標

系統(tǒng)目標包括：實現(xiàn)精確采集煤礦關(guān)鍵生產(chǎn)設備數(shù)字信息，智能分析和處理設備運行狀態(tài)，對非正常運行設備自動提示或報警處理；減少設備日常維護和檢修工作量，提高設備檢修效率和準確性，防止設備運行維護工作中漏檢、代檢現(xiàn)象發(fā)生；通過網(wǎng)絡視頻技術(shù)遠程聯(lián)合診斷設備運行狀態(tài)，分析事故原因；長期保存設備運行、維護數(shù)據(jù)，為分析事故原因提供充分依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1.2系統(tǒng)設計

煤礦設備巡檢管理系統(tǒng)主要根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)管理的閉環(huán)管理機制設計。系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件主要包括服務器計算機、數(shù)據(jù)采集器（手持PDA以及與之配套的射頻卡）。軟件包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，覆蓋了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、展示的全過程。1.2.1系統(tǒng)原理 實時巡檢管理系統(tǒng)利用3G 網(wǎng)絡組成一個GPS 智能終端PDA 和系統(tǒng)管理平臺。人員在巡檢時攜帶手持式GPS 智能終端，通過3G網(wǎng)絡定時向管理中心發(fā)送位置信息，若發(fā)現(xiàn)巡檢設備故障，可記錄在GPS 智能終端內(nèi)，與工作狀態(tài)和運行參數(shù)一并傳回系統(tǒng)管理平臺。

系統(tǒng)管理平臺會對巡檢人員的地理位置信息進行分析，生成巡檢數(shù)據(jù)報表，從而了解巡檢過程；對設備故障、狀態(tài)及參數(shù)進行分析，生成設備數(shù)據(jù)報表，掌握設備運行狀況，為技術(shù)人員分析設備狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支撐，如圖1所示。1.2.2系統(tǒng)工作流程 系統(tǒng)框圖如圖2所示。

設備巡檢系統(tǒng)流程如圖3所示。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1人臉識別和瞳孔識別技術(shù)

本系統(tǒng)人臉識別采用多種方法以便提供更精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，步驟如下： （1） 服務器收集存儲特征模版，設定特定閾值。主要方法包括人臉圖像的灰度變換、幾何校正、歸一化、直方圖均衡化、濾波等。（2）人臉圖像特征提取[3]。APP通過攝像頭拍照，根據(jù)人臉幾何數(shù)據(jù)提取有利于人臉圖像分類的圖像特征數(shù)據(jù)，例如特征點間歐氏距離、角度等。提出的圖像數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲特征模版進行搜索、匹配，定位人員。（3） 虹膜識別技術(shù)[4]。系統(tǒng)根據(jù)虹膜身份識別唯一性的特征，不需要和設備直接接觸就能獲取人臉圖像，可同時進行多個人臉的分揀、判斷和識別。

2.2系統(tǒng)管理平臺

本系統(tǒng)采用SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5框架[5]和MVC模型進行設計。MVC模型將軟件系統(tǒng)分為三層，分別是視圖層、控制層和業(yè)務邏輯層。視圖層向用戶提供圖形界面，業(yè)務邏輯層負責具體業(yè)務，控制層負責命令傳輸，三者關(guān)系如圖4所示。

2.3軟件設計

電子巡檢系統(tǒng)包括井下數(shù)據(jù)采集器端軟件與井上服務器端軟件。圖5和圖6分別為井下PDA 客戶端軟件架構(gòu)和服務器端軟件架構(gòu)程序框圖。

服務器端軟件包括配置參數(shù)模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、數(shù)據(jù)處理及保存模塊、時鐘同步模塊。其中WCF 服務的使用是一個難點，在服務器端與在PDA 設備中使用方式截然不同。首先，調(diào)用WCF服務的方式不同，在PDA端必須采用BasicHttpBinding方式來進行綁定，而在PC則需使用IIS部署；此外，在PDA上開發(fā)桌面應用程序使用和配置WCF時也和PC 機有所不同，需用第三方工具NetCFSvcUtil.exe生成 CFClientBase.cs和WcfServcie.cs兩個WCF 服務代理類，然后再在程序中引用這兩個類。

2.4硬件設計

2.4.1手持式煤礦用數(shù)據(jù)采集器 采集器[67] 由PDA以及與之配套的射頻卡組成，集成了RFID、GPRS、GPS 等模塊，內(nèi)置安卓6.0操作系統(tǒng)和PDA端軟件，可通過手寫或鍵盤輸入信息，保存巡檢路線和設備照片、維護維修記錄等大量數(shù)據(jù)庫信息，還可在巡檢過程中填寫巡檢詳細內(nèi)容，同時上傳現(xiàn)場視頻、照片等。

2.4.2RFID無線射頻卡 每個RFID電子標簽提供唯一的電子編碼，無需和識別器建立機械接觸，能夠穿透霧、冰、塵垢等，工作在各種惡劣環(huán)境下，以每秒50～100次的頻率和識別器通信，實現(xiàn)實時監(jiān)控位置。

2.5GPS 定位技術(shù)和GIS 地理信息系統(tǒng)

本系統(tǒng)獨立安裝GPS 和GIS模塊，該模塊實現(xiàn)對地圖信息和巡檢線路、巡檢人員的管理。

3結(jié)語

電子巡檢系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定，效果良好，最大程度保證了數(shù)據(jù)和巡檢過程真實有效，還能及時發(fā)現(xiàn)設備運行故〖LL〗障和隱患，保障被檢設備良好運行。該系統(tǒng)降低勞動強度90%，節(jié)約工時90%，有效避免了誤報、漏檢等事故的發(fā)生，減少了安全隱患。系統(tǒng)創(chuàng)新點如下：（1）研發(fā)了防爆型手持式數(shù)據(jù)采集器（包括數(shù)字視頻信息采集）以及一系列相關(guān)的配套軟件，做到精確采集煤礦關(guān)鍵生產(chǎn)設備的數(shù)字信息。（2）建立以SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5為技術(shù)架構(gòu)的煤礦關(guān)鍵設備電子巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和管理平臺，能夠自動記錄設備運行狀態(tài)和參數(shù)，智能分析和處理相應數(shù)據(jù)，對非正常運行設備自動提示或報警。（3）編制了一整套軟件系統(tǒng)及相關(guān)安全維護軟件。（4）開發(fā)巡檢人員GPS 定位系統(tǒng)，采用面部瞳孔精確識別技術(shù)，自動跟蹤管理巡檢軌跡。

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（責任編輯：杜能鋼）

Abstract：In order to ensure the greatest objectivity and authenticity of data acquisition and inspection process in various industries，avoid the influence of various human factors，improve the standardized and scientific level of all kinds of inspection work，reduce security risks and avoid the occurrence of major accidents，the system is designed by the seamless integration of the body characteristics identification technology，network video technology and automatic data processing technology.The system takes the coal industry as an example，using the technology of face recognition and pupil identification，GPS location technology and GIS technology，to establish the coal mine key equipment electronic patrol system database and management platform based on SpringMVC3+Spring3+Hibernate3+Freemarker+HTML5 as the technical framework.It also designs the handheld data collector （including digital video information collection） and a series of related software.The system has good operation effect，greatly improves the inspection efficiency，and reduces undetected accident rate and safety accident rate.

Key Words：Electronic Patrol；Facial Pupil Recognition；GPS Location Technology；GIS Technology；Handheld Data Collector