陳佳音

(長(zhǎng)春金融高等專(zhuān)科學(xué)校,長(zhǎng)春 130124)

物聯(lián)網(wǎng)是一種萬(wàn)物相連的網(wǎng)絡(luò),也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸和發(fā)展。具有全面感知、傳輸迅速、智能處理、易于對(duì)接大數(shù)據(jù)平臺(tái)等特點(diǎn)[1]。本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員設(shè)備管理系統(tǒng),采用多種傳感、網(wǎng)絡(luò)、安全、智能控制技術(shù),系統(tǒng)化地對(duì)人員、設(shè)備、安防、環(huán)境進(jìn)行管理及監(jiān)控?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的人員設(shè)備管理系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 主要功能模塊Fig.1 Main function module

1 主要模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 人員管理模塊

人員管理模塊設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出人員的自動(dòng)化管理及記錄,主要采用RFID、Android相結(jié)合的方法,通過(guò)RFID讀卡器、開(kāi)放式通道門(mén),實(shí)現(xiàn)讀取標(biāo)簽、識(shí)別出入人員、刷卡取號(hào)、智能排隊(duì)等工作場(chǎng)景,結(jié)合無(wú)線技術(shù)拓展遠(yuǎn)程預(yù)約、遠(yuǎn)程查看等功能。

人員管理模塊的具體實(shí)現(xiàn)主要包括邏輯流程設(shè)計(jì)、管理功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、服務(wù)器功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及移動(dòng)端功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

邏輯流程的實(shí)現(xiàn)。邏輯流程設(shè)計(jì)的目的是理順軟硬件之間、管理員與數(shù)據(jù)庫(kù)之間、PC端移動(dòng)端與服務(wù)器端三者之間的數(shù)據(jù)流方向及控制流方向。如圖2所示。

圖2 人員管理模塊邏輯流程Fig.2 Logic flow of personnel management module

管理功能的實(shí)現(xiàn)。管理功能的核心是分級(jí)管理及訪問(wèn)控制,故本模塊的ROOT登錄權(quán)限為系統(tǒng)管理員所有,當(dāng)管理員成功登錄后即可進(jìn)行人員管理。

服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器端主要為客戶(hù)端提供遠(yuǎn)程預(yù)約、數(shù)據(jù)查看、參數(shù)設(shè)置等服務(wù),若遠(yuǎn)程客戶(hù)是管理員,則能查詢(xún)所有信息。服務(wù)器為后臺(tái)服務(wù),具有可配置性,能夠解析客戶(hù)發(fā)送過(guò)來(lái)的消息、完成消息校驗(yàn)并把連接記錄保存到日志文件中,方便以后查看。

移動(dòng)客戶(hù)端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)客戶(hù)端APP可遠(yuǎn)程登錄人員管理模塊進(jìn)行預(yù)約、查詢(xún)等。采用如下設(shè)計(jì):移動(dòng)端為遠(yuǎn)程消息添加頭、尾、校驗(yàn)和,方便服務(wù)器識(shí)別及校驗(yàn)。登錄成功后,服務(wù)器需分析客戶(hù)級(jí)別,再展示可操作數(shù)據(jù)列表供客戶(hù)查詢(xún)。

1.2 安防模塊

安防模塊的設(shè)計(jì)主要采用ARM平臺(tái)+Linux+傳感網(wǎng)絡(luò)的形式,實(shí)現(xiàn)如下功能:智能安防報(bào)警,具有門(mén)禁控制、火災(zāi)報(bào)警、水浸檢測(cè)、入侵檢測(cè)、緊急求助等多種安防檢測(cè)形式,可通過(guò)聲、光、短信進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警時(shí)自動(dòng)備份傳感器抓取到的數(shù)據(jù)及傳感器運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),還可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景采用不同的安防報(bào)警級(jí)別,智能化處理報(bào)警信息。多路視頻監(jiān)控,通過(guò)IP攝像頭在PC端和移動(dòng)端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視及云臺(tái)控制,具有日夜兩種模式的紅外模擬攝像頭,可全天候監(jiān)控室內(nèi)外,根據(jù)不同光源進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整,保證畫(huà)面清晰。遠(yuǎn)程控制,管理員通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)、繼電器、采集器等設(shè)備主動(dòng)控制燈光、電器開(kāi)關(guān)、門(mén)禁或設(shè)置各類(lèi)傳感器參數(shù)及工作狀態(tài)。

安防模塊的硬件主要包括主控端和外圍感知層設(shè)備兩部分。主控端實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感層數(shù)據(jù)的接收及遠(yuǎn)程控制等功能,內(nèi)部集成了ARM處理器和Linux系統(tǒng),系統(tǒng)上電啟動(dòng)后,該模塊會(huì)進(jìn)入到顯示界面,通過(guò)點(diǎn)擊界面下方的各個(gè)按鈕進(jìn)行主頁(yè)、環(huán)境、視頻、歷史、設(shè)置等功能的切換。外圍感知設(shè)備主要分成三類(lèi),即傳感器、控制型設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備,包含煙霧、紅外、門(mén)磁、攝像、聲感、光感、振感等10余種有線或無(wú)線傳感器。

安防模塊主要實(shí)現(xiàn)本地控制、遠(yuǎn)程控制兩種模式與日常狀態(tài)、無(wú)人值守狀態(tài)、休眠狀態(tài)3種工作狀態(tài)。本地控制包括兩路視頻監(jiān)控、傳感器狀態(tài)檢測(cè)、控制型設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)及數(shù)據(jù)刪除與存儲(chǔ)、參數(shù)配置、短信報(bào)警、抓拍監(jiān)控圖像等內(nèi)容。遠(yuǎn)程控制指管理員可使用PC或手機(jī)通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制室內(nèi)燈光、電器開(kāi)關(guān)、門(mén)禁及各類(lèi)傳感器的狀態(tài),提供短信報(bào)警功能。3種工作狀態(tài)的具體區(qū)別如表1所示。

表1 工作狀態(tài)比較Tab.1 Comparison of working conditions

1.3 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊主要包括智能庫(kù)房監(jiān)控、設(shè)備資產(chǎn)智能出入庫(kù)系統(tǒng)及智能展柜三大功能。

智能庫(kù)房管理的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)房的自動(dòng)化管理、無(wú)人值守報(bào)警等功能,具體實(shí)現(xiàn)包括云臺(tái)攝像與倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)兩個(gè)界面。倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)可細(xì)分為自動(dòng)監(jiān)視、控制、傳感器狀態(tài)及溫濕度調(diào)控設(shè)置等模塊。自動(dòng)監(jiān)控是按下監(jiān)控鍵時(shí),軟件獲取當(dāng)前傳感器的狀態(tài),遇到異常時(shí)自動(dòng)報(bào)警、錄像,如果管理員不想進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控,則點(diǎn)擊監(jiān)視停止即可?？刂颇K包括以下幾部分:①錄像時(shí)長(zhǎng)控制。當(dāng)煙霧探測(cè)器或振動(dòng)傳感器觸發(fā)時(shí),發(fā)出警告,并開(kāi)始錄像,錄像時(shí)間長(zhǎng)默認(rèn)為1 min。如果煙霧探測(cè)器或振動(dòng)傳感器正常則不進(jìn)行錄像。錄像時(shí)間長(zhǎng)短可由用戶(hù)決定。②錄像狀態(tài)控制。查看當(dāng)前是否錄像,當(dāng)觸發(fā)煙霧探測(cè)器或振動(dòng)傳感器,則會(huì)顯示錄制中的字樣,錄制完成后顯示錄制完成。③報(bào)警控制。當(dāng)任意的傳感器異常時(shí),開(kāi)啟報(bào)警燈。管理員也可自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉報(bào)警燈。④消防水霧控制?？墒謩?dòng)點(diǎn)擊打開(kāi)和關(guān)閉,分別控制水霧滅火器的開(kāi)與關(guān)。使用自動(dòng)監(jiān)控功能,當(dāng)煙霧探測(cè)器發(fā)生異常時(shí),水霧滅火器打開(kāi),工作時(shí)間為30 s。⑤溫度控制。可手動(dòng)點(diǎn)擊打開(kāi)和關(guān)閉,分別控制溫度調(diào)控器的開(kāi)與關(guān)。使用自動(dòng)監(jiān)控功能,當(dāng)溫濕度調(diào)控設(shè)置中的溫度低于實(shí)際溫度時(shí),溫度調(diào)控器自動(dòng)打開(kāi),工作時(shí)間為30 s。傳感器狀態(tài)模塊包括以下幾部分:①煙霧探測(cè)器。檢測(cè)探測(cè)器附近有煙霧時(shí),自動(dòng)打開(kāi)水霧滅火器,啟動(dòng)錄像,并觸發(fā)警告。②振動(dòng)傳感器。當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)時(shí),啟動(dòng)錄像并觸發(fā)警告。③溫濕度傳感器。檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度與濕度。④溫濕度調(diào)控設(shè)置。溫濕度范圍為1～100,用戶(hù)可提前設(shè)置好,再點(diǎn)擊自動(dòng)監(jiān)視按鈕。設(shè)置好溫濕度后,當(dāng)設(shè)置的溫濕度低于實(shí)際溫濕度時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)溫度調(diào)控器,溫度調(diào)控器的工作為每半分鐘工作一次。

設(shè)備資產(chǎn)智能出入庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括對(duì)設(shè)備、資產(chǎn)進(jìn)行管理統(tǒng)計(jì),利用智能貨架技術(shù)對(duì)設(shè)備資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能出入庫(kù)操作等,具體如下:資產(chǎn)注冊(cè),對(duì)新資產(chǎn)進(jìn)行信息注冊(cè),分配唯一的標(biāo)簽,修改或刪除已注冊(cè)的標(biāo)簽。資產(chǎn)入庫(kù),掃描記錄進(jìn)入庫(kù)房的資產(chǎn)。資產(chǎn)出庫(kù),掃描記錄離開(kāi)庫(kù)房的資產(chǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù),提供對(duì)注冊(cè)資產(chǎn)表、入庫(kù)資產(chǎn)信息表、出庫(kù)資產(chǎn)信息表、信息檢索功能。資產(chǎn)統(tǒng)計(jì),可對(duì)近一段時(shí)間內(nèi)的資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),生成報(bào)表。智能貨架,對(duì)貨架上的物資進(jìn)行掃描,方便查看物資的位置信息,當(dāng)有貨物上架或下架將自動(dòng)提示。設(shè)備資產(chǎn)智能出入庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件部分主要由桌面讀寫(xiě)器一體機(jī)和多通道高頻讀寫(xiě)器組成。一體機(jī)負(fù)責(zé)完成資產(chǎn)注冊(cè)、出入庫(kù)的管理。高頻讀寫(xiě)器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能貨架上資產(chǎn)的移動(dòng)狀況及位置信息。設(shè)備資產(chǎn)智能出入庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的軟件部分由主頁(yè)、資產(chǎn)注冊(cè)、入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)、資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)及智能貨架等功能塊組成。主頁(yè),系統(tǒng)登錄界面,輸入正確的用戶(hù)名和密碼才能使用軟件其他功能。資產(chǎn)注冊(cè),為新物資分配唯一的RFID標(biāo)簽,建立數(shù)據(jù)庫(kù)記錄項(xiàng),修改及刪除已注冊(cè)資產(chǎn)信息功能。入庫(kù)管理,掃描需要入庫(kù)的物資,加入到資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。出庫(kù)管理,掃描需要出庫(kù)的物資,從資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)刪除記錄。數(shù)據(jù)庫(kù),包括對(duì)注冊(cè)資產(chǎn)、入庫(kù)資產(chǎn)、出庫(kù)資產(chǎn)及資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的查詢(xún)檢索功能,導(dǎo)出各數(shù)據(jù)庫(kù)信息到Excel表格。資產(chǎn)統(tǒng)計(jì),對(duì)今日、近一周、近一月、近一季度、近半年、近一年的入庫(kù)及出庫(kù)資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將統(tǒng)計(jì)信息導(dǎo)出到Excel表格。智能貨架,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貨架上物資的移動(dòng)及位置信息,將物資信息導(dǎo)出到Excel表格。

智能展柜模塊的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)展示功能,利用RFID射頻技術(shù)及光學(xué)掃描技術(shù)處理電子標(biāo)簽、一維條碼、二維條碼。只需將標(biāo)簽及條碼貼放于物品之上,參觀者不僅能夠通過(guò)櫥窗觀看展品,還可以通過(guò)手持掃描機(jī)掃取商品信息,展柜所有者只需對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行必要的維護(hù)和修改即可充分發(fā)揮展柜的功能,大大提高了智能展柜的便利性及實(shí)用價(jià)值。

2 系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員設(shè)備管理系統(tǒng)是一種較為前沿的應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)與人工智能行業(yè)的頭部企業(yè)并沒(méi)有就此達(dá)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),各種已建成的案例在軟硬件選型、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、模塊功能上各有不同、各具特色并各有優(yōu)缺點(diǎn),因此很難用某些量化的指標(biāo)及架構(gòu)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行同類(lèi)產(chǎn)品比較。在這種背景下,用戶(hù)的使用滿(mǎn)意度就成為評(píng)價(jià)該系統(tǒng)優(yōu)劣的有力證據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了實(shí)地使用及評(píng)測(cè),以便第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)漏洞,獲得第一手的評(píng)價(jià)資料。整個(gè)評(píng)測(cè)過(guò)程包括單一功能模塊滿(mǎn)意度評(píng)測(cè)及系統(tǒng)整體滿(mǎn)意度評(píng)測(cè)。評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表2、圖3、表3所示。

表2 單一功能模塊滿(mǎn)意度調(diào)查T(mén)ab.2 Satisfaction survey of single function module

表3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員設(shè)備管理系統(tǒng)滿(mǎn)意度調(diào)查T(mén)ab.3 Satisfaction survey of personnel equipment management system based on Internet of Things technology

圖3 用戶(hù)滿(mǎn)意度評(píng)分?jǐn)?shù)曲線Fig.3 Curve of users’ satisfaction rating score

表2中的數(shù)據(jù)表明,系統(tǒng)各獨(dú)立模塊的功能得到了大部分用戶(hù)的認(rèn)可,其中報(bào)警、監(jiān)控及門(mén)禁等功能受到好評(píng),這與該領(lǐng)域的技術(shù)相對(duì)成熟、用戶(hù)接觸較多、接受程度較高有關(guān)。人員管理、設(shè)備倉(cāng)儲(chǔ)管理的評(píng)價(jià)稍次之,說(shuō)明這方面的技術(shù)還有很多改進(jìn)空間。而電力電子控制、GUI界面等方面的評(píng)價(jià)相對(duì)較低,這是本系統(tǒng)需要大力提高的地方。

圖3從便利性、安全性、可靠性等方面對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理系統(tǒng)進(jìn)行用戶(hù)滿(mǎn)意度對(duì)比,畫(huà)出相應(yīng)的分布曲線。表3對(duì)圖3中曲線的數(shù)字特征進(jìn)行了具體說(shuō)明。圖3和表3中的數(shù)據(jù)顯示,從偏度、峰度、h值、p值、平均分、標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)上看,傳統(tǒng)管理系統(tǒng)的用戶(hù)滿(mǎn)意度評(píng)分?jǐn)?shù)曲線呈現(xiàn)略微左偏態(tài)分布,分?jǐn)?shù)集中在50～80分段,標(biāo)準(zhǔn)差在10～13,說(shuō)明用戶(hù)對(duì)傳統(tǒng)管理系統(tǒng)的滿(mǎn)意度普遍不高,低分評(píng)價(jià)較多,評(píng)分兩極分化較嚴(yán)重?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的管理系統(tǒng)用戶(hù)滿(mǎn)意度評(píng)分?jǐn)?shù)則呈現(xiàn)近正態(tài)分布,分?jǐn)?shù)集中在70～90分段,標(biāo)準(zhǔn)差在7～9,整體評(píng)分高出傳統(tǒng)管理系統(tǒng)6～10分,低分段評(píng)價(jià)大為減少,兩極分化現(xiàn)象減少,說(shuō)明用戶(hù)對(duì)該系統(tǒng)認(rèn)可度是較為一致的好評(píng)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的管理系統(tǒng)便利性的提升大于安全性,安全性的提升大于可靠性,符合設(shè)計(jì)預(yù)期。為了把管理人員從繁重的人工中解脫出來(lái),便利性體驗(yàn)提升必然是最大的。而越復(fù)雜的系統(tǒng)可靠性越低,故可靠性的提升是最小的。無(wú)人值守安防相對(duì)于傳統(tǒng)安防效果有階梯性上升,但目前還不能完全取代傳統(tǒng)安防手段,故提升效果處于三者中間的位置。

綜合以上用戶(hù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析可以得出結(jié)論,設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員設(shè)備管理系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)可提高管理效率,安全性及可靠性,得到了用戶(hù)的一致認(rèn)可,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。