基于BLE的生产设备巡检定位智能系统的设计与实现

仝亮，黄永庚，周希文

（华能澜沧江水电股份有限公司乌弄龙·里底水电厂，云南 迪庆 674606）

0 前言

近年来，随着物联网关键技术的成熟以及智能导航技术的发展，使得基于位置的服务得到了广泛关注。在室外空旷环境下，用户完全能够通过全球定位系统（GPS）和北斗定位系统获得较精确的定位[1]。但是受制于GPS和北斗的局限性，不能在室内进行精确定位。目前无线室内定位技术已得到很多技术支持，应用较为广泛的有超声波定位技术、超带宽定位技术、红外线定位技术、WiFi定位技术和蓝牙定位技术等[2]。在BLE和移动终端不断发展和成熟的前提下，基于BLE的室内定位更成为研究热点[3]。

1 概述

随着水电站“无人值班”模式的逐渐推进，对生产区运行和维护的管理水平要求越来越高。为了提高水电站长周期安全稳定运行的能力，提高运行人员和维护人员的安全和设备巡检的效率，乌弄龙·里底电厂建立了一套生产设备巡检定位智能系统。系统采用阿里云服务器+手机APP+BLE模块的配置方式，通过BLE模块实现人员定位和设备巡检。并针对人员滞留报警、工器具离位报警、工器具借还等需求进行了实现。

2 存在的问题

2.1 手工记录工作量大

运行人员和维护人员开展巡检时，需要按照巡检路线开展设备巡检，并根据巡检情况在巡检记录本上记录设备状态，手工记录工作量大，费时费力还容易出错。

2.2 不能掌握巡检情况

值长对运行人员和维护人员的具体巡检情况不能掌握了解。例如运行人员和维护人员是否按照规定路线、规定周期对所有需要巡检的设备都进行了巡检。

2.3 不能掌握人员位置情况

值长对厂房内运行人员和维护人员的具体位置不掌握，当发生紧急情况时无法及时处置。例如当发生厂房漏水、消防报警等紧急情况时，值长不掌握厂房人员位置情况，无法第一时间安排最近的人员前往设备位置查看具体情况；当发生设备带电试运行、起重、带压设备试验等情况时，工作负责人无法快速确认工作面内是否有人逗留。

2.4 人员意外提醒

当厂房内人员开展工作出现晕倒、受伤等情况时，无法告知同事而得不到及时救治，如果刚好没有被其他人员发现可能会延误救治。

2.5 仪器、工器具管理

公用仪器和工器具借用手续不完善或者使用现场管理不规范，可能会发生公用仪器和工器具被借用但未登记，或者使用现场被挪用而未告知的情况。

3 需求分析

3.1 硬件要求

1）前端交互设备采用常规手机，避免配置单独的定位设备和访问设备；

2）系统后台采用公有云平台实现，避免现场服务器和存储设备的单独建设；

3）定位设备采用BLE信标节点，内置电池，不外接电源，简化现场施工难度。

3.2 软件要求

1）手机端交互软件应支持当前主流手机系统；

2）系统应支持按设定路线或自定路线巡检，适应运行人员和维护人员的多种需求，并支持查看历史巡检记录；

3）系统支持配置定位节点信息及设备信息，以及定位节点与设备的一对多绑定；

4）系统支持人员实时定位信息查看，包括访客位置信息；

5）厂房地图支持自定义上传，并支持BMP、JPEG、PNG等多种图片类型；

6）定位节点支持直接在地图上标记位置，同时可以根据需要修改；

7）系统支持工器具和仪器管理及当前状态查看；

8）系统支持工器具离位信息和人员滞留信息报警记录查询；

9）预留后续其他系统接入接口。

3.3 数据表要求

1）设备信息表采用主副表，主表配置所有设备信息，副表配置每一个设备对应的说明书、图纸、运行规程资料。主表需包含编号、名称、所属设备类别、所属技术监督、归口管理部门等信息，其中所属设备类别、所属技术监督、归口管理部门采用数据字典形式；副表需包含文档类型、名称、位置等信息，其中文档类型采用数据字典形式。

表1 设备信息主表

表2 设备信息副表

2）巡检点表需包括编号、位置、绑定设备、状态等信息，其中绑定设备支持一对多。

表3 巡检点表

3）工器具及仪器表需包含名称、型号、类型、所属技术监督、设备状态等信息。

4 系统设计与实现

4.1 结构设计

1）系统架构

系统服务器采用阿里云服务器，后台程序采用javaEE平台开发，前台交互采用手机端APP实现，定位标签采用BLEDA14580芯片。

后台管理主要包括设备管理、巡检点管理、地图管理、巡检记录、实时定位、离位报警记录、滞留报警记录、工器具信息八个模块。

前端交互主要包括智能巡检、人员管理、工器具管理三大模块。其中智能巡检模块包括设备巡检、巡检记录两个模块；人员管理包括实时定位、访客管理、滞留报警三个模块；工器具管理包括工器具借用、工器具归还、离位报警三个模块。

2）部署方式

系统服务部署在阿里云平台服务器上，系统配置可根据实际使用情况调整；交互APP安装在运行人员和维护人员手机上，不需额外增加手持终端；定位标签粘贴在巡检设备近旁，不需额外敷设电源线缆。

4.2 功能设计

共涉及有智能巡检、人员管理、工器具管理、WEB管理四大模块，系统设计如图1所示。

图1 生产设备巡检定位智能系统设计

1）智能巡检

设备巡检：分位运行人员巡检和维护人员巡检。通过手机APP自动查找BLE定位模块，巡检蓝牙模块绑定的设备，并记录设备状态。

巡检记录：按照时间、设备、人员、异常等类别查看历史巡检记录。

2）人员管理

实时定位：查看生产区域各位置人员实时位置。

访客管理：非本厂员工进入生产区域时，需录入访客信息，并实时记录访客位置信息。

滞留报警：人员长时间停留在某个位置时，推送报警消息，防止人员出现意外情况时，无法得到及时救护。

3）工器具管理

工器具借用：通过APP可以借用工器具和试验仪器，并做好登记。

工器具归还：通过APP可以归还属于借用状态的工器具和试验仪器，并做好登记。

离位报警：工器具和试验仪器未经登记即离开工器具室，推送报警消息，闭环工器具管理。

4）WEB管理

设备管理：对生产区域设备进行管理，包括增删改查设备，上传设备说明书、图纸、运行规程。

巡检点管理：对定位标签进行管理，包括增删改查定位标签，绑定设备。

地图管理：对生产区域内各区域、各层地图进行管理，具备PDF、JPG直接导入功能。

巡检记录：按照时间、设备、人员、异常等类别查看历史巡检记录。

实时定位：查看生产区域各位置人员实时位置。

离位报警记录：存储离位报警记录，可以根据设备分类、日期、时间进行分类查询。

滞留报警记录：存储人员滞留报警记录，可以根据位置、人员、日期、时间进行分类查询。

4.3 技术平台

生产设备巡检定位智能系统采用B/S结构后台管理+手机APP前端交互的模式进行开发，服务器采用阿里云服务器，数据库采用Oracle的MySQL，Web应用服务器采用Apache Tomcat，管理后台采用JavaEE开发平台。平台结构如图2所示。

图2 生产设备巡检定位智能系统技术平台

5 需进一步完善的功能

5.1 优化定位算法

生产设备巡检定位智能系统定位精度已经满足了现有应用，但低概率下存在人员定位漂移的情况。对查看人员巡检路线、查看人员当前位置造成一定的影响，后续将增加步态检测功能，优化定位算法，进一步提高定位精度。

5.2 三维地图

生产设备巡检定位智能系统支持查看当前厂房各层人员定位信息，但地图只是平面地图，未能包括人员纵向位置信息，同时对人员位置的显示也不够直观，后续将实现厂房三维地图显示，直观显示人员位置信息。

5.3 电子围栏

生产设备巡检定位智能系统支持人员长期滞留某一位置报警，但未结合定位标签与工作票、操作票等信息关联，当运行人员和维护人员误入非当前工作票或操作票工作范围的危险区域或者访客人员误入危险区域时，及时报警提醒。

5.4 智能报警

当前人员滞留、工器具未登记报警均采用全员推送的方式，没有针对性，未能结合人员和工器具的归属情况推送给相应的的班组长或者专业组长。后续将完善报警推送机制，根据报警分类推送给相应的角色。

5.5 图像识别

在设备巡检过程中，有一些需要记录的数据，例如断路器动作次数、油泵启停次数、保护压板位置等，需要手动录入生产设备巡检定位智能系统中，降低了巡检人员的工作效率。后续将利用图片识别技术，通过手机拍照上传图片的方式录入数据，提高巡检效率，简化人员工作量。

6 结束语

生产设备巡检定位智能系统结合实际情况采用BLE定位技术，创新了设备巡检方式，满足了人员定位需求，实现了工器具闭环管理。提高了电厂的管理水平，是乌弄龙·里底水电厂在“智能电厂”前进道路上迈出的新步伐。