沈 冰，屠佳恒，王 挺，屠佳佳

（1. 浙江滴石信息技術有限公司，浙江 杭州 310052；2. 浙江機電職業(yè)技術學院自動化學院，浙江 杭州 310053）

1 問題的提出

隨著經濟社會的發(fā)展，各地區(qū)對水利工程的重視程度不斷增強，同時也發(fā)現(xiàn)以往水利工程“重建輕管”現(xiàn)象帶來的問題[1]，包括無法使工程利用最大化、長期運行存在安全隱患甚至危害公共安全、以及造成嚴重資源浪費等。因此，對已建水利工程的安全巡查和維護管養(yǎng)顯得尤為重要[2]。

近年來，隨著我國水利工程的不斷建設，日常巡查、養(yǎng)護的工作量日益增加[3]，傳統(tǒng)的巡查打卡方式，例如按鈕、二維碼掃描、NFC 識別等已經無法滿足水利工程的室內外精確便利管養(yǎng)需求[4]。因此，有必要在巡查方式上探索新模式，新方法和新技術的應用。目前，低功耗藍牙技術已經在火電站[5]、工廠[6]和礦井[7]等智能巡檢中發(fā)揮了良好的作用，本文在此基礎上結合管理部門的實際需求和水利工程管養(yǎng)的標準，提出一種基于iBeacon 技術的安全巡檢系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設計

2.1 iBeacon簡介

iBeacon 是一種低耗能藍牙技術，是蘋果公司2013 年9 月發(fā)布的移動設備用OS（iOS7）配備的新功能。其工作方式是：配備有低功耗藍牙（BLE）通信功能的設備，使用BLE 技術向周圍發(fā)送自己特有的ID，接收到ID 的應用軟件會根據(jù)ID 采取一些行動[8]。目前，根據(jù)這項簡單的定位技術已經產生大量相關的技術應用，藍牙iBeacan基站就是其中之一。

BLE 通信包括2 個主要部分：adverTIsing（廣告）和connecting（連接）。藍牙iBeacan 基站采用advertising（廣告）模式，即單向發(fā)送機制，正如beacon（信標、燈塔）的字面意思，這種設備以一定的時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且發(fā)送的數(shù)據(jù)可被類似手機的設備獲取。當設備獲取到數(shù)據(jù)后，一個連接被建立即可讀取基站提供的信息。

2.2 系統(tǒng)結構

根據(jù)iBeacon 技術的工作原理，以及參考藍牙iBeacon 基站的操作手冊，設計了基于iBeacon技術的安全巡檢系統(tǒng)（見圖1），主要由藍牙iBeacon 基站、巡檢終端、云服務中心、PC 端軟件平臺、手機端APP 等組成。

圖1 基于iBeacon技術的安全巡檢系統(tǒng)圖

藍牙iBeacon 基站作為系統(tǒng)核心硬件設備，一方面自動感應設定范圍內的巡檢終端，記錄巡檢人員的巡檢次數(shù)和巡檢時間；另一方面自動推送對應站點的巡檢信息界面給巡檢終端，實現(xiàn)巡檢人員輕松點擊選項，即可錄入當前基站對應設備的巡檢信息。同時，巡檢信息通過巡檢終端實時發(fā)送至云服務器，上級管理部門可以通過PC 端軟件平臺和手機端APP 輕松訪問巡檢數(shù)據(jù)，有助于實時掌握巡檢情況，及時精準發(fā)現(xiàn)和處理隱患。

2.3 藍牙iBeacon基站

根據(jù)管理部門的實際需求和水利工程管養(yǎng)的標準對藍牙iBeacon 基站進行選型，本系統(tǒng)采用型號為EW-BCN02 的藍牙iBeacan 基站，具體性能指標見表1。

表1 藍牙iBeacan基站性能指標表

由表1 可知，藍牙iBeacon 基站不僅具有良好的防水性能，而且使用壽命長，支持3 uA 超低功耗待機運行，續(xù)航時間長達4～5 a，基本可實現(xiàn)免維護，同時重量輕、安裝便捷、傳輸距離遠，支持廣播功能和數(shù)據(jù)安全加密，性能指標適用于水利工程。

參考操作手冊可知，通過手機終端安裝的EW-Beacon 軟件，和EW-BCN02 設備連接可實現(xiàn)內部各類參數(shù)的設置功能，包括UUID、MAJOR和MINJOR、ADV NAME、TXPOWER 等， 其設置界面見圖2 和表2。

表2 設置界面具體參數(shù)及功能表

圖2 EW-BCN02設置界面圖

由于水利工程巡查范圍廣、藍牙iBeacon 基站部署多，因此，系統(tǒng)建設中對基站之間的信號干擾以及如何精準巡檢問題從技術上做了重要考慮。iBeacon 是一個基于BLE（低功耗藍牙技術）的2.4 G 射頻技術，根據(jù)射頻場強隨距離衰減的模型計算距離。因為射頻信號傳播本身受環(huán)境干擾大，不穩(wěn)定，所以基于這個原理的測距也不會精確。因此，我們把巡查感應范圍設定在3 m 以內，即巡查人員巡查過程中必須距離藍牙iBeacon 基站3 m 以內，而每個基站的最近安裝距離均在10 m以上，因此可以精準定位和消除干擾，試驗結果表明，目前的部署和設計也是可行的。

以數(shù)字化的巡檢和管理來看，在水利工程的固定點部署藍牙iBeacon 基站，而巡檢人員隨身攜帶的巡檢終端，將成為藍牙iBeacon 基站的定點“采集員”。巡檢人員通過定點、定時采集布署在固定位置的藍牙iBeacon 基站信息，點擊選項即可完成巡檢信息的錄入，數(shù)據(jù)加密后上傳云服務中心，從而精準獲取有效巡檢信息和巡檢路徑，更利于流程化、科學化、數(shù)字化管理，可有效解決當下傳統(tǒng)巡檢方式不“真”、不“快”、不“監(jiān)”的弊端。

3 軟件設計

軟件設計的關鍵是巡查過程中各類表單功能的設計，要實現(xiàn)水利工程巡查的流程化、科學化、數(shù)字化管理，必須進行全方位的頂層設計。涉及內容包括巡檢工程分解、巡檢路徑規(guī)劃、巡檢負責人和隱患責任人認定、巡檢內容分類、巡檢頻次制定以及錄入方式和模板設計等。

本文主要對軟件中的巡檢信息、隱患上報、隱患信息和處理流程等內容進行分析，具體如下：

3.1 巡檢信息

巡檢信息是安全巡查系統(tǒng)的基本內容，主要包含設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)等內容（見圖3）。圖3 中電氣參數(shù)數(shù)據(jù)均采取選擇模式代替輸入模式（除一些純數(shù)字必須輸入之外），圖3（a）點擊選擇和數(shù)字輸入模式，圖3（b）為滾動選項模式，有助于減少輸入工作量、顯著提高輸入的準確性和便利性。

圖3 巡檢信息圖

3.2 隱患上報

隱患上報是安全巡查的重要組成部分，隱患上報內容采用設定模板形式（見圖4）。文字描述僅需輸入“是”或“否”即可，極大方便隱患內容的輸入，隱患處理方式上則采用選擇形式，工作人員可根據(jù)隱患嚴重程度選擇現(xiàn)場處理或報修處理。同時，隱患部位照片的采集只需點擊添加圖片即可通過拍照或相冊上傳。

圖4 隱患上報界面圖

3.3 隱患信息

隱患信息上傳后將記錄在隱患模塊中，可以通過隱患記錄查看一段時間內各部位發(fā)生隱患的數(shù)量，并用不同的顏色標識不同的部位且標明數(shù)量，以便直觀地了解隱患信息。隱患詳細信息包括：隱患問題、經辦人上報、主管審核及負責人審核，且可以附加隱患照片及隱患消除后的照片。已完結的隱患信息會顯示具體結束時間（見圖5）。

圖5 隱患信息圖

3.4 處理流程

產生隱患信息后，必須根據(jù)責任流程對隱患進行處理。系統(tǒng)采用清晰、易懂的流程化圖形應用軟件，告知流程參與者該流程的動態(tài)走向和流程狀態(tài)，方便多角色處理人員在關鍵節(jié)點決定由誰來處理、查看處理結果，流程明確、責任清晰（見圖6）。

圖6 軟件處理流程圖

4 系統(tǒng)應用

系統(tǒng)搭建完成后，在多個大型水利工程巡查管理中應用，工程類型有大（1）型泵站、大（1）型水閘、地級市區(qū)域水庫群聯(lián)網巡檢等。某大型水利工程巡檢信息匯總欄目見圖7。

圖7 巡檢信息欄目統(tǒng)計頁面圖

巡檢信息按照當月的巡檢情況、巡檢頻率進行統(tǒng)計，按照巡檢總次數(shù)和巡檢規(guī)定的次數(shù)，通過進度條方式直觀地展示該巡檢頻率完成情況。如果要查看更詳細的信息，則點擊右下角的“查看詳情”鏈接，頁面將跳轉到詳細的日歷頁面中，見圖8。藍牙巡檢實現(xiàn)了室內外全天候精準定位，巡檢員和巡檢點通訊有加密，巡檢距離根據(jù)巡檢點可調整便于日常巡檢，具有良好的實際推廣應用價值。

圖8 巡檢信息日歷統(tǒng)計頁面圖

5 結 語

基于iBeacon 技術的安全巡檢系統(tǒng)，在水利工程安全巡檢領域尚屬前列，利用先進的硬件外部資源結合傳統(tǒng)的水利工程安全巡檢，是水利行業(yè)的一大突破。該系統(tǒng)極大改善了巡檢人員巡檢的效率以及巡檢的真實有效性，尤其在密閉環(huán)境（室內）和中大型水利工程中能發(fā)揮非常好的硬件支撐作用。iBeacon 技術創(chuàng)新性巡檢模式也為水利工程管理單位提供一種更有效的監(jiān)管手段，對實現(xiàn)長效化的安全管理具有重要意義。