基于物联网技术的水电站物资智慧管理平台设计

郑凯，潘润霞

（中国水电四局第三分局，云南 昆明 650000）

在“双碳”目标发展下，我国大力关注水电行业发展，水电工程建设规模愈发庞大，涉及的物资类型愈发繁杂，采用传统的物资管理手段已经无法适应水电工程发展需求。在传统物资管理模式下，物资查找与取放困难，管理工作极易出现纰漏，严重影响物资的检修效率。因此，水电物资管理工作亟待适应智慧时代的发展特征，构建水电站物资智慧管理平台，统筹规划物联网技术、云计算技术等各类技术的应用，全面提升水电站物资智慧管理水平，以满足新时期水电工程高质量发展要求。

1 物资智慧管理关键技术

物资智慧管理是指借助各类技术手段实现对物资的自动识别与管理，以便物资管理人员对各类物资的集中管控，提高设备设施检修效率。从水电站物资管理需求角度，水电站物资管理需要采用的关键技术包括各类物联网技术以及远程控制与管理技术，其目的在于实现对物资信息的自动采集、整理、分析与管理，具体技术内容如下。

（1）各类物联网技术。①射频识别技术（RFID），RFID技术的原理为阅读器与标签间进行非接触式的数据通信，从而识别出目标信息。RFID的应用场景非常广泛，适用于各类运行环境条件下，且全程无须人工干预，可以同时识别出多个电子标签，完全可满足水电站物资类型多的要求。在实际应用中，可以在水电站物资中贴放电子标签，并在电子标签中录入相应物资信息，采用RFID技术进行电子标签识别后，可准确掌握物资所在位置及其相关信息。②重力传感技术，重力传感技术可以通过传感器对物资变化进行感知，感知到的变化数据将反馈至系统中，与电子秤的称重原理类似。该项技术的优势在于无须贴放标签，而且可以重叠倒放，操作较为便利，但缺点在于其识别精度完全由传感器精度决定。③智慧视觉技术，智慧视觉是指利用物联网的视觉感知部分获取水电站物资的图像或视频视觉数据，再利用智能识别手段对图像或视频进行视觉标签提取，并最终上传至系统。视觉识别技术的优势较为明显，不仅录入信息方便，而且物资可以重叠倒放与混放，因此不受到存储量的限制，并且同样不需要贴放标签。然而，该项技术同样存在一定局限性，表现在受到物资大小与传感器视角的限制。

（2）远程控制与管理技术。水电站物资智慧管理的最终落脚点在于对物资的远程控制与管理，考虑到水电站物资仓储位置较为分散、物资数量较多、管理工作较为复杂等特征，最终确定采用“物联网技术+WiFi+5G”的水电站物资信息获取与传输模式，利用物联网技术进行物资信息获取，短距离信息传输采用WiFi技术，长距离信息传输采用5G技术，二者间可以相互配合，确保信息传输的稳定性。水电站物资智慧管理系统采用“集中管理，独立控制”模式，利用通信网络实现物资信息传输，并利用人工智能算法进行物资状态识别，再通过信息反馈制定控制方案，采用嵌入式技术进行物资远程控制与管理。

2 系统应用效果

（1）水电站物资智慧管理系统在应用后，对各类物联网技术的功能实现进行了验证。首先，智能网关开关在监控模式下，可以实现RFID多标签进入、离开事件的上报工作，且可以接收来自物资管理平台的获取指定天线实时监控的RFID标签列表请求，并返回列表信息，运行3个月并未发现任何异常状态。其次，采用的重力感应电子秤可以精准识别到托盘上物资重量的变化，并自动向平台上报变化信息，目前最大识别误差未超过1%，且不存在漏报现象。同时，平台可调用查询接口按电子秤地址信息进行物资数量与重量的查询，运行期间未发现报错情况。最后，智能视觉服务器可以实现同平台的高效数据交互，精准进行门禁控制与物资识别，少数体积较大以及传感器角度存在偏差的物资无法进行精准识别，但RFID技术可以弥补这一缺陷。

（2）水电站物资智慧管理系统的应用对水电站物资管理工作达到了流程重塑与效率提升的目标，其应用效果集中体现在三个方面：第一，帮助物资管理业务流程实现了统一，可精准管控每一环节。系统的应用贯穿于物资管理的整个过程，包括物资申请、申请核准、采购、运输、存储、申领、核销与结算，全过程可通过系统进行追溯与查询，实现了对各环节的规范化管理，可根据系统精准判断物资管理业务流程的流动轨迹；第二，帮助物资管理业务实现了数据的集成与共享，提高了物资管理数据的利用效率。系统可以根据数据使用者需求针对性攫取物资领用量、物资核销管理等数据信息，并按照其需求进行分时段、分标段以及分类型的物资管理数据信息分析，帮助数据使用者快速精准地获取物资管理信息，提高对物资的动态管控能力；第三，帮助物资管理工作提供了责任追究路径，提高物资管理工作的规范化水平。系统覆盖了物资管理的各个流程，因此可以对涉及的管理主体进行明确的责任划分。一旦出现物资管理问题，可利用系统判断在哪一环节出现未按照物资管理流程开展工作，从而第一时间对责任人进行责任追究。明确的责任追究手段可以有效规避物资管理工作中的人为失误因素，并且可以有效规避因管理人员岗位调动以及权责不清引发的物资管理风险。

3 水电站物资智慧管理平台的设计构建

3.1 总体架构

本次在水电站物资智慧管理平台设计中，综合考虑了技术特征与物资管理工作特点，确定了物资协同运转与高效管理的智慧管理平台。平台设计中确定统一业务流程、统一数据规范，在统筹管理下实现对水电站物资的智慧化管理。其总体架构如图1所示。

图1 基于物联网技术的水电站物资智慧管理平台总体架构

3.2 系统模块设计

3.2.1 硬件技术设备模块

水电站物资智慧管理平台设计构建中借助硬件设施可满足物资管理的特性要求，借助数据库服务器、智能网关、二维码技术和RFID等技术，可根据水电站物资的属性、应用场景与使用特性进行有效管理。物资智慧管理系统中，对于可重复使用的物资，可应用RFID技术创建相应的管理标签，通过安装RFID天线感知不同物资的相应标签，可将物资相应的数据信息直接通过智能网关传输到系统数据库中进行分析与存储。对于水电站中的消耗类物资，可搭配使用重力传感器等设备掌握物资的使用情况，通过重量感知与视频反馈实现对物资种类与单次使用量的有效控制。智慧管理系统中借助二维码技术可实现对物资的智能高效管理，物资管理人员通过移动终端设备扫描物资二维码便可以获取全部信息，掌握其使用情况，便于后台管理。

3.2.2 软件应用服务模块

水电站物资智慧管理平台的软件应用服务功能由多个模块共同构成，其中各个模块的主要功能内容如下。

（1）仓库管理。此项应用功能主要负责仓库基本信息管理，包含水电站物资位置管理、物资编码、物资货架与货位确定与物资管理员信息等级等。平台中的仓库管理模块借助二维码技术可实现物资的一站式管理，结合水电站工程施工要求，自动调配物资，保证仓库物资调用能够满足工程要求，同时能够有效避免因仓库管理不当造成物资库存积压，提高仓库物资的应用效率。

（2）入库管理。水电站物资入库时，物资智慧管理平台会自动对物资进行检测，确定是否已有同类物资存入，从而确定是否创新新的物资管理清单，之后入库管理模块会根据物资属性建立相应的入库管理标签，系统会根据管理人情况明确物资操作入库的执行人，并将物资自动分配到相应的货位与货架。物资入库后，该模块会将入库单发送给向物资操作管理人员，并完成相应的系统门禁授权，在物资操作管理人员完成检查并提交确认后，平台则会确定物资的入库管理工作完成，入库管理完成后，平台会自动根据物资变化进行自动提示，便于后续物资应用与管理。

（3）出库管理。物资出库前，该模块会根据库存状态进行系统提醒，确定库存物资数量是否能够满足出库要求，平台出库模块会根据物资使用申报计划生成相应的出库单，并记录出库车辆、货物、运输路线与领料人与管理操作人员信息。物资出库中会与平台建立相应的数据接口，可实现物资出库的全过程监控。与此同时，出库时平台会自动根据物资货位生成相应的门禁权限，领料人在通过门禁认证后可进入仓库制定位置领取物资，完成物资领取工作后，需尽快完成物资领取确认，系统在领料人确认后生成最新的物资库存信息，并从平台数据库端完成出库数据与库存信息的更新与存储，同时平台会结束门禁授权，恢复正常管理状态。

（4）供应商管理。该模块功能以提供供应商基本信息，供应商注册变更、注销与长期评价为主。水电站物资智慧管理平台的供应商管理需要根据工程实际需求确定相应的物资供应量和物资供应类型。水电站工程项目开展会根据施工需求提出详细的供货计划，平台会计算出阶段性的物资需求量，并推荐优秀的供应商名单，通过系统对比确定最佳供货对象。在供应商管理中，需要结合货运单据完成物资配送供应服务，平台系统会定期跟踪供应商配送单运输情况，通过运输的实时跟踪，全面掌握物资供应情况。智慧管理平台中的供应商管理模块可实现物资管理工作可塑性追踪，按照施工现场需求确定最佳的物资运输地点、路线、种类与数量，从而提升供应管理效率。

（5）数据分析。水电站物资智慧管理平台的数据分析功能可以帮助管理人员更好地了解其物资库存情况、采购计划和耗材使用情况，从而优化物资管理流程，提高效率和节约成本。数据分析模块可以通过对物资库存数据进行分析，帮助管理员实时监测库存数量、种类和价值情况，并生成报表以便快速了解库存状况。此外，平台还能够根据历史数据预测未来的用料量，能够为水电站物资使用制定合理的采购计划，可以极大地减少库存积压和资源浪费问题。该模块可以通过对耗材使用数据的分析，掌握水电站工程施工中的消耗情况和使用效率，及时发现异常情况并作出相应调整。同时，平台还支持对具体设备的维修保养记录进行跟踪和分析，帮助平台管理人员优化设备维护计划，提高生产效率。另外，该模块还支持多维度的数据可视化展示，包括图表、报表、仪表盘等多种形式，使用户可以直观地了解物资管理情况，及时作出决策，提高工作效率和精准度。

（6）高级管理。此项功能主要负责定期测试物资管理、物资预警与物资检修查验等功能。物资入库管理后，需要通过预设条件进行有效提醒，对于已入库却为进行测试的物资不得出库使用，同时高级管理模块中还设置了智能预警功能，系统会根据物资情况自动生成提示信息，对物资管理中的问题进行及时警示，帮助物资管理人员提高物资管理与使用效率。

（7）系统设置。该模块为水电站物资管理平台中的底层模块，其主要负责系统基础功能，如系统用户管理，系统权限设定与系统升级维护。平台在后续应用中经常会根据水电站工程业务要求进行系统升级优化，其中会加入新的硬件，增设开发新的系统功能，因此，平台开发人员需要通过系统设置模块进行系统底层功能管理，通过该模块为物资智慧平台中其他模块的运行提供保障。

4 结语

物资管理是水电站管理工作的重要内容，需要利用先进的技术手段提升水电站物资智慧管理水平，研究设计了基于物联网技术的水电站物资智慧管理平台，物资智慧管理系统覆盖物资管理的整个流程，可通过各类物联网技术精准获取到物资信息，并实现对物资的远程控制与管理，有效解决了传统物资管理模式的效率低下问题，并减少了物资管理人员的工作量，有利于促进水电站管理工作的智慧化转型。