基于iBeacon 技术的安全巡检系统研究

沈 冰，屠佳恒，王 挺，屠佳佳

（1. 浙江滴石信息技术有限公司，浙江 杭州 310052；2. 浙江机电职业技术学院自动化学院，浙江 杭州 310053）

1 问题的提出

随着经济社会的发展，各地区对水利工程的重视程度不断增强，同时也发现以往水利工程“重建轻管”现象带来的问题[1]，包括无法使工程利用最大化、长期运行存在安全隐患甚至危害公共安全、以及造成严重资源浪费等。因此，对已建水利工程的安全巡查和维护管养显得尤为重要[2]。

近年来，随着我国水利工程的不断建设，日常巡查、养护的工作量日益增加[3]，传统的巡查打卡方式，例如按钮、二维码扫描、NFC 识别等已经无法满足水利工程的室内外精确便利管养需求[4]。因此，有必要在巡查方式上探索新模式，新方法和新技术的应用。目前，低功耗蓝牙技术已经在火电站[5]、工厂[6]和矿井[7]等智能巡检中发挥了良好的作用，本文在此基础上结合管理部门的实际需求和水利工程管养的标准，提出一种基于iBeacon 技术的安全巡检系统。

2 系统设计

2.1 iBeacon简介

iBeacon 是一种低耗能蓝牙技术，是苹果公司2013 年9 月发布的移动设备用OS（iOS7）配备的新功能。其工作方式是：配备有低功耗蓝牙（BLE）通信功能的设备，使用BLE 技术向周围发送自己特有的ID，接收到ID 的应用软件会根据ID 采取一些行动[8]。目前，根据这项简单的定位技术已经产生大量相关的技术应用，蓝牙iBeacan基站就是其中之一。

BLE 通信包括2 个主要部分：adverTIsing（广告）和connecting（连接）。蓝牙iBeacan 基站采用advertising（广告）模式，即单向发送机制，正如beacon（信标、灯塔）的字面意思，这种设备以一定的时间间隔发送数据包，并且发送的数据可被类似手机的设备获取。当设备获取到数据后，一个连接被建立即可读取基站提供的信息。

2.2 系统结构

根据iBeacon 技术的工作原理，以及参考蓝牙iBeacon 基站的操作手册，设计了基于iBeacon技术的安全巡检系统（见图1），主要由蓝牙iBeacon 基站、巡检终端、云服务中心、PC 端软件平台、手机端APP 等组成。

图1 基于iBeacon技术的安全巡检系统图

蓝牙iBeacon 基站作为系统核心硬件设备，一方面自动感应设定范围内的巡检终端，记录巡检人员的巡检次数和巡检时间；另一方面自动推送对应站点的巡检信息界面给巡检终端，实现巡检人员轻松点击选项，即可录入当前基站对应设备的巡检信息。同时，巡检信息通过巡检终端实时发送至云服务器，上级管理部门可以通过PC 端软件平台和手机端APP 轻松访问巡检数据，有助于实时掌握巡检情况，及时精准发现和处理隐患。

2.3 蓝牙iBeacon基站

根据管理部门的实际需求和水利工程管养的标准对蓝牙iBeacon 基站进行选型，本系统采用型号为EW-BCN02 的蓝牙iBeacan 基站，具体性能指标见表1。

表1 蓝牙iBeacan基站性能指标表

由表1 可知，蓝牙iBeacon 基站不仅具有良好的防水性能，而且使用寿命长，支持3 uA 超低功耗待机运行，续航时间长达4～5 a，基本可实现免维护，同时重量轻、安装便捷、传输距离远，支持广播功能和数据安全加密，性能指标适用于水利工程。

参考操作手册可知，通过手机终端安装的EW-Beacon 软件，和EW-BCN02 设备连接可实现内部各类参数的设置功能，包括UUID、MAJOR和MINJOR、ADV NAME、TXPOWER 等， 其设置界面见图2 和表2。

表2 设置界面具体参数及功能表

图2 EW-BCN02设置界面图

由于水利工程巡查范围广、蓝牙iBeacon 基站部署多，因此，系统建设中对基站之间的信号干扰以及如何精准巡检问题从技术上做了重要考虑。iBeacon 是一个基于BLE（低功耗蓝牙技术）的2.4 G 射频技术，根据射频场强随距离衰减的模型计算距离。因为射频信号传播本身受环境干扰大，不稳定，所以基于这个原理的测距也不会精确。因此，我们把巡查感应范围设定在3 m 以内，即巡查人员巡查过程中必须距离蓝牙iBeacon 基站3 m 以内，而每个基站的最近安装距离均在10 m以上，因此可以精准定位和消除干扰，试验结果表明，目前的部署和设计也是可行的。

以数字化的巡检和管理来看，在水利工程的固定点部署蓝牙iBeacon 基站，而巡检人员随身携带的巡检终端，将成为蓝牙iBeacon 基站的定点“采集员”。巡检人员通过定点、定时采集布署在固定位置的蓝牙iBeacon 基站信息，点击选项即可完成巡检信息的录入，数据加密后上传云服务中心，从而精准获取有效巡检信息和巡检路径，更利于流程化、科学化、数字化管理，可有效解决当下传统巡检方式不“真”、不“快”、不“监”的弊端。

3 软件设计

软件设计的关键是巡查过程中各类表单功能的设计，要实现水利工程巡查的流程化、科学化、数字化管理，必须进行全方位的顶层设计。涉及内容包括巡检工程分解、巡检路径规划、巡检负责人和隐患责任人认定、巡检内容分类、巡检频次制定以及录入方式和模板设计等。

本文主要对软件中的巡检信息、隐患上报、隐患信息和处理流程等内容进行分析，具体如下：

3.1 巡检信息

巡检信息是安全巡查系统的基本内容，主要包含设备的运行状态、运行参数等内容（见图3）。图3 中电气参数数据均采取选择模式代替输入模式（除一些纯数字必须输入之外），图3（a）点击选择和数字输入模式，图3（b）为滚动选项模式，有助于减少输入工作量、显著提高输入的准确性和便利性。

图3 巡检信息图

3.2 隐患上报

隐患上报是安全巡查的重要组成部分，隐患上报内容采用设定模板形式（见图4）。文字描述仅需输入“是”或“否”即可，极大方便隐患内容的输入，隐患处理方式上则采用选择形式，工作人员可根据隐患严重程度选择现场处理或报修处理。同时，隐患部位照片的采集只需点击添加图片即可通过拍照或相册上传。

图4 隐患上报界面图

3.3 隐患信息

隐患信息上传后将记录在隐患模块中，可以通过隐患记录查看一段时间内各部位发生隐患的数量，并用不同的颜色标识不同的部位且标明数量，以便直观地了解隐患信息。隐患详细信息包括：隐患问题、经办人上报、主管审核及负责人审核，且可以附加隐患照片及隐患消除后的照片。已完结的隐患信息会显示具体结束时间（见图5）。

图5 隐患信息图

3.4 处理流程

产生隐患信息后，必须根据责任流程对隐患进行处理。系统采用清晰、易懂的流程化图形应用软件，告知流程参与者该流程的动态走向和流程状态，方便多角色处理人员在关键节点决定由谁来处理、查看处理结果，流程明确、责任清晰（见图6）。

图6 软件处理流程图

4 系统应用

系统搭建完成后，在多个大型水利工程巡查管理中应用，工程类型有大（1）型泵站、大（1）型水闸、地级市区域水库群联网巡检等。某大型水利工程巡检信息汇总栏目见图7。

图7 巡检信息栏目统计页面图

巡检信息按照当月的巡检情况、巡检频率进行统计，按照巡检总次数和巡检规定的次数，通过进度条方式直观地展示该巡检频率完成情况。如果要查看更详细的信息，则点击右下角的“查看详情”链接，页面将跳转到详细的日历页面中，见图8。蓝牙巡检实现了室内外全天候精准定位，巡检员和巡检点通讯有加密，巡检距离根据巡检点可调整便于日常巡检，具有良好的实际推广应用价值。

图8 巡检信息日历统计页面图

5 结 语

基于iBeacon 技术的安全巡检系统，在水利工程安全巡检领域尚属前列，利用先进的硬件外部资源结合传统的水利工程安全巡检，是水利行业的一大突破。该系统极大改善了巡检人员巡检的效率以及巡检的真实有效性，尤其在密闭环境（室内）和中大型水利工程中能发挥非常好的硬件支撑作用。iBeacon 技术创新性巡检模式也为水利工程管理单位提供一种更有效的监管手段，对实现长效化的安全管理具有重要意义。