蔡晨晨,王國寶,楊玉強

(1.徐州工程機械集團有限公司,江蘇 徐州 221004; 2.徐工集團江蘇徐州工程機械研究院,江蘇 徐州 221004; 3.高端工程機械智能制造國家重點實驗室,江蘇 徐州 221004)

消防救援工作對于保護人民的生命和財產(chǎn)安全有十分重要的意義[1],人們對于火災(zāi)的防控和火災(zāi)救援工作越來越重視,消防救援裝備的種類與數(shù)量也不斷增加.消防車內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,救援現(xiàn)場的情況瞬息萬變[2],對消防車輛及消防救援裝備的科學(xué)性和實時化管理就顯得尤為重要.利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立信息化消防車管理系統(tǒng),實現(xiàn)合理地利用消防救援裝備提升消防救援器材的利用效率,以保證消防救援工作的順利進(jìn)行,是未來的發(fā)展方向.

1 消防器材使用管理現(xiàn)狀與存在問題

1.1 消防救援器材管理環(huán)節(jié)脫離

我國消防救援器材的采購和管理使用上存在分化,比如,裝備處進(jìn)行裝備的采購和記錄,消防大隊對器材進(jìn)行使用和維護,在將器材分配到消防大隊后未及時錄入,在申領(lǐng)、入庫、出庫、使用、維修、保養(yǎng)等環(huán)節(jié)有較多的信息不銜接情況,在管理上也有很多問題[3].

1.2 有裝備信息采集及存儲環(huán)節(jié)存在隱患

消防救援裝備的相關(guān)信息大多在設(shè)備上,消防部門在采購后需要將大量的裝備信息人工錄入系統(tǒng),工作量較大,有些消防裝備更新和損耗快,管理人員無法及時將裝備狀態(tài)錄入系統(tǒng),導(dǎo)致了系統(tǒng)中裝備狀態(tài)和顯示情況不符[4].有些單位在消防驗收合格后,忽視了消防設(shè)備的維護保養(yǎng),導(dǎo)致消防設(shè)施無法正常運行,在消防救援使用時產(chǎn)生巨大的安全隱患.以往消防救援設(shè)備多用條碼方式識別,條碼識別效率較低并且在使用多次后條碼磨損識別困難,導(dǎo)致器材使用過程中不能及時準(zhǔn)確地掌握設(shè)備的狀態(tài).

1.3 車載信息記錄實時性低

消防車的車載器材信息、隨車人員信息、車輛狀態(tài)信息等,一般通過人工記錄,對于器材的使用情況等無法實時進(jìn)行更新,在重特大火災(zāi)現(xiàn)場,器材的使用和人員的調(diào)動只能在完成任務(wù)后通過回憶的方式進(jìn)行統(tǒng)計,不能及時全面真實地反映救援情況.

為解決上述問題,筆者提出基于射頻識別技術(shù)和4G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的救援器材車器材管理系統(tǒng),應(yīng)用信息技術(shù)實現(xiàn)車載器材的信息化高效化管理.

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是利用RFID技術(shù)對消防救援器材車上的消防救援器材進(jìn)行實時監(jiān)控.在消防救援車上安裝電子標(biāo)簽和讀寫器,通過電子標(biāo)簽與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換,讀寫器獲取綁定電子標(biāo)簽的器材的在庫情況,并將數(shù)據(jù)通過車載終端和無線網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器,用戶登錄客戶端即可查看器材的狀態(tài),同時系統(tǒng)將對器材的使用、保養(yǎng)、維修、出入庫情況進(jìn)行統(tǒng)計分析,為消防救援的情況總結(jié)和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持.

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)分為信息采集、信息傳輸和信息處理3層,對應(yīng)于物聯(lián)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的3層架構(gòu).信息采集層主要在救援器材車,包括高頻低頻雙模標(biāo)簽,有源RFID讀寫器、激活源、車載終端;信息傳輸主要集中在救援器材車內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò),包括車載終端、工業(yè)4G無線路由器、4G無線傳輸網(wǎng)絡(luò)[5];信息處理主要集中在服務(wù)器與客戶端,主要包括本地工控機服務(wù)器、遠(yuǎn)程云端服務(wù)器、客戶端、數(shù)據(jù)庫.救援器材車器材管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示.

圖1 救援器材車器材管理系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of rescue vehicle equipment management system

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)RFID識別部分同時采用低頻激活源和2.4G高頻有源識別技術(shù),提高系統(tǒng)識別準(zhǔn)確性,RFID標(biāo)簽為高頻低頻雙模標(biāo)簽,RFID標(biāo)簽在救援器材車的激活源附近時(一般5 m左右)被激活源激活(低頻部分),RFID高頻部分將激活信息和身份信息(標(biāo)簽ID)同時發(fā)送到RFID讀寫器,完成系統(tǒng)激活狀態(tài)和身份的識別.將有源RFID讀寫器與激活源安裝在救援器材車內(nèi)部適當(dāng)位置,并與工業(yè)4G無線路由器相連接,當(dāng)辨別到標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息后,讀寫器會將標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息發(fā)送給路由器.路由器一方面將標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到本地工控機服務(wù)器,用戶可通過智能手機、筆記本或工業(yè)PAD等設(shè)備連接到本地路由器的WiFi鏈路(支持Web訪問模式),從本地工控機服務(wù)器中獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息,Web端還可以通過連接本地服務(wù)器完成不同區(qū)層LED的控制.另一方面通過4G網(wǎng)絡(luò)鏈路連接到Internet網(wǎng)絡(luò),本地服務(wù)器將數(shù)據(jù)同步到遠(yuǎn)程云端服務(wù)器,用戶可以隨時隨地通過智能手機、筆記本、PAD等從云服務(wù)器獲取到標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息.

2.3 客戶端功能設(shè)計

客戶端采用B/S架構(gòu),用戶不需要下載軟件,在手機、筆記本、PDA等設(shè)備上可以輕松查詢器材的數(shù)據(jù).器材管理系統(tǒng)共有設(shè)備管理、出勤管理、器材統(tǒng)計、維修保養(yǎng)、告警管理、系統(tǒng)設(shè)置共6個模塊,如圖2所示.通過記錄車輛信息、維修信息、保養(yǎng)信息、一鍵盤點等功能實現(xiàn)對車輛、器材信息的全面記錄和統(tǒng)計.

圖2 器材管理系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Function module of equipment management system

2.3.1 設(shè)備管理模塊

將車輛信息和購買器材信息錄入系統(tǒng),需要錄入的信息如下:車牌汽車品牌、車型、使用年限、器材名稱、購買數(shù)量、購買時間、器材使用年限、操作說明等.

2.3.2 出勤管理模塊

記錄出勤車輛、出勤人員、任務(wù)性質(zhì)、出勤時間、器材使用綁定.對出勤任務(wù)性質(zhì)分析、任務(wù)器材使用統(tǒng)計,為消防救援任務(wù)總結(jié)提供數(shù)據(jù)支持,同時為器材的采購和使用提供一定參考.

2.3.3 器材統(tǒng)計模塊

可以輸入編號、關(guān)鍵詞等信息查詢器材詳情,并通過圖示顯示器材在車輛上的擺放位置.顯示器材車中區(qū)域、行號、器材編號、器材名稱、器材型號、器材描述、在庫狀態(tài)、備注并生成救援器材在庫狀態(tài)報表.統(tǒng)計各類器材在用戶指定時間段的使用頻率和使用趨勢.系統(tǒng)啟動實時監(jiān)控功能,在每30 s內(nèi)對救援器材車中所有救援器材的在庫狀態(tài)進(jìn)行一次盤點,形成采集數(shù)據(jù)報文,傳輸至后臺服務(wù)進(jìn)行分析處理.及時監(jiān)測有源RFID標(biāo)簽的狀態(tài)、欠壓狀態(tài)等參數(shù).告警產(chǎn)生時相關(guān)信息通過讀卡器和交換機把告警信息傳遞給救援器材車器材管理系統(tǒng),并以圖形界面形式實時顯示車內(nèi)器材在庫情況.

2.3.4 維修保養(yǎng)模塊

向系統(tǒng)錄入器材維修信息、器材保養(yǎng)信息、器材維修信息等,錄入信息為:器材名稱、保養(yǎng)時間、保養(yǎng)部位詳情、送保人員、維修時間、送修人員、送保時間、返回時間、保養(yǎng)金額等信息.

2.3.5 告警管理模塊

可以查詢系統(tǒng)所有的告警(異常為有源標(biāo)簽和救援器材缺失)進(jìn)行查詢,異常僅可以查詢,不能修改和刪除.可以查詢系統(tǒng)所有的告警進(jìn)行查詢,告警不可以刪除,但是可以處理,操作人員對救援器材車內(nèi)物品進(jìn)行人工巡檢確認(rèn)后,在系統(tǒng)錄入處理意見,并對告警設(shè)備進(jìn)行修復(fù),消除告警.

2.3.6 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)建立權(quán)限管理,約定用戶組能操作的相關(guān)事宜.根據(jù)角色以及權(quán)限來控制整個系統(tǒng)的登錄以及可使用的業(yè)務(wù)模塊.操作人員配置救援器材車、救援器材車區(qū)域、層號的關(guān)系,救援器材車與救援器材車區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系是1∶M,區(qū)域和層號的對應(yīng)關(guān)系是1∶N.

系統(tǒng)操作日志記錄所有登錄系統(tǒng)的用戶關(guān)鍵操作信息,關(guān)鍵操作信息記錄在數(shù)據(jù)庫中,用戶可以查看系統(tǒng)操作日志.系統(tǒng)運行日志由后臺寫到指定的文件目錄中,方便查詢.

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 硬件實現(xiàn)

硬件采用雙頻電子源標(biāo)簽、遠(yuǎn)距離讀寫器、低頻激活源、4G工業(yè)無線路由器、工控機、工業(yè)交換機、Windows PAD、網(wǎng)口控制繼電器.

將救援器材車車廂以中線為基準(zhǔn),劃分為2個區(qū)域;每個區(qū)域放置1個讀卡器和1個激活源;讀卡器和激活源設(shè)備應(yīng)該安裝在救援器材車區(qū)域內(nèi),路由器設(shè)備天線應(yīng)放置在能夠很好地與運營商基站通信的位置;各區(qū)域內(nèi)所有裝配有源標(biāo)簽的救援設(shè)備每隔5 s(時間可調(diào))發(fā)送一次設(shè)備標(biāo)識信息,該區(qū)域內(nèi)讀卡器實時接收區(qū)域內(nèi)的救援標(biāo)簽標(biāo)識信息,標(biāo)簽信息中同時攜帶激活信息,通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到路由器.路由器設(shè)備30 s上報一次數(shù)據(jù),平均在30 s內(nèi)(以現(xiàn)場實測全部救援設(shè)備標(biāo)識信息全部接收完成時間為準(zhǔn))將全部救援設(shè)備標(biāo)識信息接收完成,組包后根據(jù)不同情況實現(xiàn)以下傳輸:

(1) 數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備在沒有連接外部平臺的情況下,可使用無線路由器,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜毓た貦C服務(wù)器軟件上,可通過手機、筆記本、工業(yè)PAD等實現(xiàn)本地查看的功能;

(2) 連接 GPRS/4G網(wǎng)絡(luò)后,通過路由器將標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器,實現(xiàn)遠(yuǎn)程多用戶訪問功能.

3.2 軟件實現(xiàn)

客戶端采用Visual Studio 2013和MySQL數(shù)據(jù)庫,利用MVC+Bootstrap+jquery框架開發(fā).器材管理人員及消防人員登錄器材管理系統(tǒng),可以對消防救援器材的在庫情況進(jìn)行查詢與管理,并及時查看和處理器材的告警,有效提升了器材的管理效率.器材管理系統(tǒng)車輛管理界面如圖3所示.

圖3 器材管理系統(tǒng)車輛管理界面Fig.3 Equipment management system vehicle management interface

4 結(jié)語

基于RFID技術(shù)的救援器材車器材管理系統(tǒng)，利用電子標(biāo)簽對每個器材進(jìn)行標(biāo)識和管理,方便管理人員實時查看和掌握器材的狀態(tài)、維修保養(yǎng)情況、使用情況等,并根據(jù)相關(guān)信息及時采取相應(yīng)的措施[6],減少因器材缺失或損壞導(dǎo)致的危險的發(fā)生,實現(xiàn)消防救援器材的有效管理和使用.