基于双模射频识别技术的救援器材车管理系统

蔡晨晨,王国宝,杨玉强

(1.徐州工程机械集团有限公司,江苏 徐州 221004; 2.徐工集团江苏徐州工程机械研究院,江苏 徐州 221004; 3.高端工程机械智能制造国家重点实验室,江苏 徐州 221004)

消防救援工作对于保护人民的生命和财产安全有十分重要的意义[1],人们对于火灾的防控和火灾救援工作越来越重视,消防救援装备的种类与数量也不断增加.消防车内部结构复杂,救援现场的情况瞬息万变[2],对消防车辆及消防救援装备的科学性和实时化管理就显得尤为重要.利用现代信息技术建立信息化消防车管理系统,实现合理地利用消防救援装备提升消防救援器材的利用效率,以保证消防救援工作的顺利进行,是未来的发展方向.

1 消防器材使用管理现状与存在问题

1.1 消防救援器材管理环节脱离

我国消防救援器材的采购和管理使用上存在分化,比如,装备处进行装备的采购和记录,消防大队对器材进行使用和维护,在将器材分配到消防大队后未及时录入,在申领、入库、出库、使用、维修、保养等环节有较多的信息不衔接情况,在管理上也有很多问题[3].

1.2 有装备信息采集及存储环节存在隐患

消防救援装备的相关信息大多在设备上,消防部门在采购后需要将大量的装备信息人工录入系统,工作量较大,有些消防装备更新和损耗快,管理人员无法及时将装备状态录入系统,导致了系统中装备状态和显示情况不符[4].有些单位在消防验收合格后,忽视了消防设备的维护保养,导致消防设施无法正常运行,在消防救援使用时产生巨大的安全隐患.以往消防救援设备多用条码方式识别,条码识别效率较低并且在使用多次后条码磨损识别困难,导致器材使用过程中不能及时准确地掌握设备的状态.

1.3 车载信息记录实时性低

消防车的车载器材信息、随车人员信息、车辆状态信息等,一般通过人工记录,对于器材的使用情况等无法实时进行更新,在重特大火灾现场,器材的使用和人员的调动只能在完成任务后通过回忆的方式进行统计,不能及时全面真实地反映救援情况.

为解决上述问题,笔者提出基于射频识别技术和4G无线网络传输技术的救援器材车器材管理系统,应用信息技术实现车载器材的信息化高效化管理.

2 系统总体设计

系统设计的主要目的是利用RFID技术对消防救援器材车上的消防救援器材进行实时监控.在消防救援车上安装电子标签和读写器,通过电子标签与读写器之间的数据交换,读写器获取绑定电子标签的器材的在库情况,并将数据通过车载终端和无线网络传送到服务器,用户登录客户端即可查看器材的状态,同时系统将对器材的使用、保养、维修、出入库情况进行统计分析,为消防救援的情况总结和改进提供数据支持.

2.1 系统架构

系统架构分为信息采集、信息传输和信息处理3层,对应于物联感知层、网络层、应用层的3层架构.信息采集层主要在救援器材车,包括高频低频双模标签,有源RFID读写器、激活源、车载终端;信息传输主要集中在救援器材车内部和外部网络,包括车载终端、工业4G无线路由器、4G无线传输网络[5];信息处理主要集中在服务器与客户端,主要包括本地工控机服务器、远程云端服务器、客户端、数据库.救援器材车器材管理系统架构如图1所示.

图1 救援器材车器材管理系统架构图Fig.1 Structure diagram of rescue vehicle equipment management system

2.2 系统工作原理

系统RFID识别部分同时采用低频激活源和2.4G高频有源识别技术,提高系统识别准确性,RFID标签为高频低频双模标签,RFID标签在救援器材车的激活源附近时(一般5 m左右)被激活源激活(低频部分),RFID高频部分将激活信息和身份信息(标签ID)同时发送到RFID读写器,完成系统激活状态和身份的识别.将有源RFID读写器与激活源安装在救援器材车内部适当位置,并与工业4G无线路由器相连接,当辨别到标签数据信息后,读写器会将标签数据信息发送给路由器.路由器一方面将标签数据发送到本地工控机服务器,用户可通过智能手机、笔记本或工业PAD等设备连接到本地路由器的WiFi链路(支持Web访问模式),从本地工控机服务器中获取标签数据信息,Web端还可以通过连接本地服务器完成不同区层LED的控制.另一方面通过4G网络链路连接到Internet网络,本地服务器将数据同步到远程云端服务器,用户可以随时随地通过智能手机、笔记本、PAD等从云服务器获取到标签数据信息.

2.3 客户端功能设计

客户端采用B/S架构,用户不需要下载软件,在手机、笔记本、PDA等设备上可以轻松查询器材的数据.器材管理系统共有设备管理、出勤管理、器材统计、维修保养、告警管理、系统设置共6个模块,如图2所示.通过记录车辆信息、维修信息、保养信息、一键盘点等功能实现对车辆、器材信息的全面记录和统计.

图2 器材管理系统功能模块Fig.2 Function module of equipment management system

2.3.1 设备管理模块

将车辆信息和购买器材信息录入系统,需要录入的信息如下:车牌汽车品牌、车型、使用年限、器材名称、购买数量、购买时间、器材使用年限、操作说明等.

2.3.2 出勤管理模块

记录出勤车辆、出勤人员、任务性质、出勤时间、器材使用绑定.对出勤任务性质分析、任务器材使用统计,为消防救援任务总结提供数据支持,同时为器材的采购和使用提供一定参考.

2.3.3 器材统计模块

可以输入编号、关键词等信息查询器材详情,并通过图示显示器材在车辆上的摆放位置.显示器材车中区域、行号、器材编号、器材名称、器材型号、器材描述、在库状态、备注并生成救援器材在库状态报表.统计各类器材在用户指定时间段的使用频率和使用趋势.系统启动实时监控功能,在每30 s内对救援器材车中所有救援器材的在库状态进行一次盘点,形成采集数据报文,传输至后台服务进行分析处理.及时监测有源RFID标签的状态、欠压状态等参数.告警产生时相关信息通过读卡器和交换机把告警信息传递给救援器材车器材管理系统,并以图形界面形式实时显示车内器材在库情况.

2.3.4 维修保养模块

向系统录入器材维修信息、器材保养信息、器材维修信息等,录入信息为:器材名称、保养时间、保养部位详情、送保人员、维修时间、送修人员、送保时间、返回时间、保养金额等信息.

2.3.5 告警管理模块

可以查询系统所有的告警(异常为有源标签和救援器材缺失)进行查询,异常仅可以查询,不能修改和删除.可以查询系统所有的告警进行查询,告警不可以删除,但是可以处理,操作人员对救援器材车内物品进行人工巡检确认后,在系统录入处理意见,并对告警设备进行修复,消除告警.

2.3.6 系统设置模块

系统建立权限管理,约定用户组能操作的相关事宜.根据角色以及权限来控制整个系统的登录以及可使用的业务模块.操作人员配置救援器材车、救援器材车区域、层号的关系,救援器材车与救援器材车区域对应关系是1∶M,区域和层号的对应关系是1∶N.

系统操作日志记录所有登录系统的用户关键操作信息,关键操作信息记录在数据库中,用户可以查看系统操作日志.系统运行日志由后台写到指定的文件目录中,方便查询.

3 系统实现

3.1 硬件实现

硬件采用双频电子源标签、远距离读写器、低频激活源、4G工业无线路由器、工控机、工业交换机、Windows PAD、网口控制继电器.

将救援器材车车厢以中线为基准,划分为2个区域;每个区域放置1个读卡器和1个激活源;读卡器和激活源设备应该安装在救援器材车区域内,路由器设备天线应放置在能够很好地与运营商基站通信的位置;各区域内所有装配有源标签的救援设备每隔5 s(时间可调)发送一次设备标识信息,该区域内读卡器实时接收区域内的救援标签标识信息,标签信息中同时携带激活信息,通过以太网转发到路由器.路由器设备30 s上报一次数据,平均在30 s内(以现场实测全部救援设备标识信息全部接收完成时间为准)将全部救援设备标识信息接收完成,组包后根据不同情况实现以下传输:

(1) 数据集中转发设备在没有连接外部平台的情况下,可使用无线路由器,将数据传输到本地工控机服务器软件上,可通过手机、笔记本、工业PAD等实现本地查看的功能;

(2) 连接 GPRS/4G网络后,通过路由器将标签数据发送到云端服务器,实现远程多用户访问功能.

3.2 软件实现

客户端采用Visual Studio 2013和MySQL数据库,利用MVC+Bootstrap+jquery框架开发.器材管理人员及消防人员登录器材管理系统,可以对消防救援器材的在库情况进行查询与管理,并及时查看和处理器材的告警,有效提升了器材的管理效率.器材管理系统车辆管理界面如图3所示.

图3 器材管理系统车辆管理界面Fig.3 Equipment management system vehicle management interface

4 结语

基于RFID技术的救援器材车器材管理系统，利用电子标签对每个器材进行标识和管理,方便管理人员实时查看和掌握器材的状态、维修保养情况、使用情况等,并根据相关信息及时采取相应的措施[6],减少因器材缺失或损坏导致的危险的发生,实现消防救援器材的有效管理和使用.