沿街牌匾监测系统设计与实现

陈永峰 刘扬 鲍庆雪 张继刚

摘 要：当前社会日益发展，广告牌匾的数量庞大，如何区分这些广告牌匾是否在管理范围内，是否经过相关部门的审核等，而这些问题会对城市的建设产生影响。文中针对这些情况建设了广告牌匾监测网，并运用ArcGIS、Flex、WebService技术开发了沿街广告牌匾监测系统，此外还介绍了RFID关键技术、数据集成、倾角传感器技术，同时对牌匾监测实现GIS地图展示、实时状态监测、历史数据查询、统计等功能。在实际应用中，本系统为城市沿街牌匾监测提供了及时准确的信息支持。

关键词：ArcGIS；RFID；实时监测；信息支持

中图分类号：TU984.11 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）05-00-03

0 引 言

射频识别技术、生物识别等自动识别技术与互联网、通信、传感网络等信息技术相融合，构筑了一个无所不在的网络环境。海量RFID信息处理、传输和安全对RFID的系统集成和应用技术提出了新的挑战。RFID系统集成将向嵌入式、智能化、可重组的方向发展，通过构建RFID公共服务体系，将使RFID信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛[1]。

我们可以运用RFID技术，给各个商家的广告牌安装有源标签，通过内置的陀螺仪就能实时监管牌匾是否被挪动或拆除，在街道上安装感应基站，保证基站能够覆盖所有标签，这样，标签的信息就能实时传输给终端，大大减少了需要的人力和物力，降低了监管难度。再结合GIS建立一个简单的可视化系统，极大地提高了管理效率。本文以北京市西城区为研究区，研究了实时监测牌匾状态的关键技术。

1 系统设计

1.1 监测网络硬件部署设计

北京市西城区沿街牌匾监测系统结构包括传感器基站和监测数据中心，根据北京市西城区西长安街的位置和牌匾情况安装了三个监测基站，在68个牌匾上分别安装了RFID标签。

沿街牌匾监测系统通过GPRS无线网络的传输来接收数据[2，3]，具体的工作原理是标识卡进入磁场后，接收解读器发出的频射信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至基站进行有关数据的处理，基站运用SIM，通过GPRS将解析的数据发送到服务器。

1.2 监测系统的总体设计

沿街牌匾系统总体设计分为应用层，业务层，通信层以及信号代码采集层，其系统整体框架图如图1所示。应用层可以进行数据的展示和共享。

图1 系统整体框架图

（1）应用层。在应用层里主要有牌匾的展示（牌匾的详细信息），监控管理，牌匾查询以及决策分析四个方面，应用层主要针对牌匾信息，牌匾展示与牌匾查询则针对用户，监控管理和决策分析针对管理人员。

（2）业务层。业务层主要分为牌匾管理和管理平台两部分，在牌匾管理中又可分为牌匾拆建登记，牌匾定位查询，牌匾详细信息的更改等，在管理平台中有系统管理，用户管理和权限管理三部分，其他模块待定。

（3）通信层。通信层分为RFID中间件，有线局域网，无线局域网三部分。通信层的主要目的就是传递信息。

（4）采集层。采集层的采集工具由附着在牌匾上的标签，RFID阅读器，牌匾定位装置，倾角传感器等工具组成，采集层主要功能是采集牌匾信息。

1.3 数据库设计

在数据库设计的过程中，数据结构满足第三范式要求，为保证数据在系统里运行的高效性，数据库需保证全面准确、关系一致、松散耦合、适度冗余、高频分离。在适当的情况下使用存储过程和触发器来实现用户自定义的数据一致性和完整要求。沿街牌匾监测系统包括预警信息记录表，见表1所列；历史信息表见表2所列；标志卡信息表见表3所列；基站接收数据时间表见表4所列。

表1 预警信息记录表

键 字段名 数据类型 字段长度 是否可空 备注

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 历史信息表

键 字段名 数据类型 字段长度 是否可空 备注

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 标志卡信息表

键 字段名 数据类型 字段长度 是否可空 备注

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 基站接收数据时间表

键 字段名 数据类型 字段长度 是否可空 备注

BaseStation varchar（） 10 否

ReceiveTime varchar（） 20 否

1.4 具体功能设计

系统的界面以及基本系统功能具体包括以下几项：

（1）牌匾电子地图总览（缩放、全图、刷新、前后视图等）；

（2）牌匾查询（选择要素（包括名称，所在街道，编号，牌匾注册时间以及模糊检索）、清除所选、查看属性等）；

（3）街景牌匾影像浏览（左前、右前、正前、正右等）；

（4）定位（显示牌匾当前所在位置）；

（5）管理员登陆（需输入账号、密码进入数据管理）。

1.4.1 查询功能

获取资料如城区电子地图、城区沿街牌匾数据（名称，所在街道，编号，材质等）。此功能的目的是，当输入任意一个牌匾的基本信息时，可以得出当前牌匾的所有详细信息。其中，加载牌匾编号和城区街道坐标数据是为了更准确的查询位置；加载图层，点击“查询”，即可弹出查询窗体，进而查询“名称”、“编号”、“所在街道”，选中其中之一点击“确定”，即可弹出列表，得到选中的牌匾长度等详细信息。查询结构图如图2所示。

图2 查询结构图

1.4.2 底图为电子地图模式

底图是电子地图，在电子地图中标注街道名称，牌匾用符号来代替。对用户而言，电子地图可以更简单地查询到牌匾的符号，目前电子地图的使用率正在飞速增长，电子地图强调准确性，在简单易用的同时查询速度快，省时间。

1.4.3 统计

获取城区电子地图、牌匾图片、该地区牌匾分布图等资料，再从管委广告科获取该区沿街牌匾的属性数据，如牌匾的编号、照片、坐标等。根据牌匾的材质，可将其分为铝板、玻璃钢、石材、优质木材等。根据路名查找道路，首先要指定道路的起点，在数据库中连接道路表，表中保存道路起终点的定位坐标。加载该城区电子地图与牌匾分布图，再加载沿街牌匾属性数据。在“工具”中点击“统计”按钮，选择所需获取的数据，可分别获取全区牌匾的总览数据、各街道上沿街的牌匾数据。

1.4.4 牌匾变更及注册与注销

在牌匾的管理过程中，会出现牌匾变更、牌匾增加、牌匾拆除等问题，那么就必须在系统中及时更正，所以应在数据管理系统中增设牌匾变更以及牌匾增加和牌匾删除按钮，在牌匾变更里查找想要变更的牌匾，会出现当前要变更牌匾的详细信息，选择需要修改的信息进行修改。

1.4.5 安全评估

获取资料，如该城区电子地图、该地区沿街牌匾电子地图等。再从管委广告科获取各个牌匾在历史上出现过的问题数据和从有关测绘部门获取的各牌匾的坐标。各图经过叠加，即可得到该条街道牌匾的安全系数。从安全系数即可知道该条街道上的牌匾是否应该进行“预警”。

1.4.6 报警事件处理

在沿街牌匾的管理过程中，肯定会遇到各种各样的问题，但RFID的使用会使出现的问题简单化。

在RFID系统的应用过程中，电子标签附着在牌匾表面，电子标签中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，进而发送出自身编码等信息，被读取器读取并解码后送至电脑主机进行相关处理。

1.4.7 全景快速浏览

获取资料，如该城区电子地图[4]、该地区沿街牌匾电子图等。加载图层，移动鼠标，转动鼠标滚轮，即可对城区景色进行快速浏览。全景浏览流程图如图3所示。

图3 全景浏览流程图

1.4.8 法规条例

设置沿街牌匾应当符合政府机关相应的牌匾管理办法，点击“查询”中的“法律法规”，会弹出有关沿街牌匾管理的法律法规。每条法规条例后面都有增、删、改功能。

1.4.9 用户管理

用户管理主要是将不同用户赋予不同权限，可以实现对不同数据的操作和使用不同功能。具体完成以下功能：

（1）用户登录（系统启动界面后，需要用户登录界面，输入用户名和密码登录到系统中，登录后，系统根据用户授权情况，显示功能界面）；

（2）用户个人信息修改（非管理员用户进入系统后，修改自己的密码和其他可修改的个人信息）；

（3）用户授权（管理员登录到系统中，可以进行系统授权）；

（4）添加新用户、删除用户、修改用户属性（用户名、用户等级、用户密码等）；

（5）用户权限修改（对不同等级的用户，有一个默认权限，可以进行哪些操作，同时也可以修改用户权限，比如某些功能可以用等）。

1.4.10 图形的放大缩小等功能

在进入系统时，会出现许多牌匾的位置点，鼠标移动到牌匾点时会出现牌匾的悬浮照片，鼠标点击照片后会出现该牌匾的照片及基本信息，有时照片需要放大、缩小、漫游、全览等操作，所以加入图形的放大、缩小等功能，以方便用户使用。

2 关键技术及系统实现

2.1 关键技术

2.1.1 倾角传感器技术

倾角传感器经常用于系统水平距离和物体高度的测量，从工作原理上可分为固体摆式、液体摆式、气体摆式三种倾角传感器，这三种倾角传感器都利用地球万有引力的作用，将传感器敏感器件对大地的姿态角，即与大地引力的夹角 （倾角）这一物理量，转换成模拟信号或脉冲信号。

在地球上任何位置的物体都受到重力的作用（F=mgn） ，即任意质量块都会受到重力加速度的作用，采用加速度传感器即可测出这个重力加速度。把加速度传感器固定在物体的水平面上，则加速度传感器感受到的加速度a0=gn；当物体姿态改变时，加速度传感器的敏感轴随之转动角度 ，则传感器受到的加速度变为a1=gncos，因此可以通过测量加速度的变化来反映物体姿态的变化。

2.1.2 基于GIS的传感器状态变更及状态显示

正常情况下，若牌匾没有变更，则传感器返回服务器的数据为0，在出现牌匾更换的情况下，传感器返回服务器的数据为-1。GIS通过传回的数据将传感器的状态显示出来，正常的显示绿色，报警的显示红色，牌匾的属性信息可以通过属性的形式存储在GIS相对应的标签上[5]，基站状态显示图如图4所示，其为城市管理提供了数据基础。

图4 基站状态显示

2.2 系统实现

本系统采用B/S软件体系结构[6]，前台运用Flex平台，数据库使用SQL2008将牌匾数据结构准确地设计出来，后台使用Java技术，实现前台与后台的高速交互。运用Socket通信将数据传输的服务器存储到数据库中，通过Java后台把数据调用到前台，然后进行解析、判断。地图数据通过ArcGIS Service 10.0发布缓存地图，实现地图的调用显示等功能，从而实现了整个系统的开发。将系统导出发行版发布在Tomcat下，实现互联网的共享服务。

3 结 语

近年来，物联网技术已经受到社会各界的认可。沿街牌匾管理是城市急需解决的问题。广告牌匾数量处于快速增长阶段，而目前广告牌匾管理工作人员的数量并没有增加，这样的现实情况使得监管工作难上加难，将沿街牌匾监测系统应用到城市管理中将发挥越来越大的作用。本系统利用Flex设计出界面，运用传感器、ArcGIS等技术实现了数据与用户的智能交互。

参考文献

[1]王晓星，石梅香，陈金松.基于RFID的高校设备管理系统研究与设计[J].中北大学学报（自然科学版）， 2011， 32（6）：702-707.

[2]王洪钟，武利亚.信息化城市管理的成功实践——无线传感器网络技术应用于户外广告监管系统[J]. 城市管理与科技，2009（4）： 550-555.

[3]徐兵，王晗.基于GIS的城市数字交通管理信息系统设计开发[J].计算机与数字工程，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]赵瑜，朱敏，牛灏， 等.基于GIS的城市户外广告管理探索与实现[J].微计算机信息（测控自动化）， 2009， 25（12-1）： 132-133， 136.

[6]郑扬波.基于B/S的广告管理信息系统的设计与分析[J].电脑知识与技术（学术交流）， 2007（8）：301，307.