基于RFID的城市照明設施智能巡檢管理系統的設計與實現

郭明武，譚仁春，秦艷華，吳蕩

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢　430022)

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基于RFID的城市照明設施智能巡檢管理系統的設計與實現

郭明武*，譚仁春，秦艷華，吳蕩

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢430022)

摘要：城市照明設施設備的巡檢管理工作是保障市民出行安全、維護城市形象的一項重要工作。本文針對傳統巡檢管理方法存在諸如“巡檢效率低、巡檢不到位，漏檢錯檢嚴重、巡檢結果時效性差”等問題，基于射頻識別(RFID)、GIS、GPS、移動無線通訊等技術設計并研發了城市照明設施智能巡檢管理系統。該系統不僅極大提高了巡檢管理的效率與智能化程度，也解決了傳統巡檢方法存在的種種問題。

關鍵詞：城市照明設施；智能巡檢；RFID；GIS

1引言

城市照明設施指用于城市道路(含里巷、住宅小區、橋梁、隧道、廣場、公共停車場)、不售票的公園和綠地等處的路燈配電室、變壓器、配電箱、燈桿、地上地下管線、燈具、工作井以及照明附屬設備等。除了擔負城市安全照明、美化城市環境和改善城市投資形象等重要職能外，城市照明設施還是城市的形象標志與風景線，也是城市賴以生存和發展最基本的基礎設施[1～3]。城市照明設施具有種類多、覆蓋廣與數量大等特點。由自然因素(如日曬雨淋等)及人為因素(如施工建設、交通事故等)導致老化或損壞的城市照明設施也呈現分布廣、分布隨機及數量龐大的特點，這讓城市照明設施設備的巡檢、管理與維護都面臨著嚴峻的挑戰。目前，各地對城市照明設施設備的巡檢主要是通過人工手填信息的方式進行，該方式存在如下問題：巡檢效率低、巡檢不到位，漏檢錯檢情況嚴重；巡檢結果時效性較差；無法對巡檢結果進行統一管理與評價[4]。這些問題嚴重影響了城市照明設施設備的運維管理與及時報修。

為了提高城市照明設施巡檢管理的信息化與智能化水平，本文設計并研發了城市照明設施設備智能巡檢管理系統，實現了城市照明設施設備的智能巡檢與報修管理。

2“智慧”標識標牌的設計制作與安裝

為了便于照明設施設備的智能巡檢與管理，本文為照明設施設備設計制作了具有身份識別功能的“智慧”標識標牌。

2.1“智慧”標識標牌的設計

設計的“智慧”標識標牌包括以下內容：①所屬道路名稱：燈桿所屬道路名稱；②流水編號：標牌編號，單雙分開，主干道馬路兩邊一邊是單號，一邊是雙號。如果只有單排路燈，就按順序編寫；③二維碼：將燈桿的空間位置及相關屬性信息與二維碼進行關聯，并將二維碼印刷到標牌上，社會公眾可以通過智能手機的二維碼掃描功能對需要保修的路燈設施進行報修；④RFID設備：RFID芯片寫入該標牌所對應路燈的路燈編號、設備編碼等信息，供專業巡檢人員使用專用設備對標牌中的智能芯片進行掃描讀取，從而完成智能巡檢[5]；⑤權屬單位信息；⑥維修熱線：當路燈設備設施出現故障時，告知用戶報修聯系方式。

社會公眾除了可以利用“智慧”標識標牌進行故障路燈設施的報修，還可以通過標牌上的路名、具有定位意義的流水編號或二維碼進行諸如求助報警、交通導航等方面的定位，從而提升路燈設施設備的社會服務職能。標識標牌的尺寸統一設計為：200 mm× 125 mm×1.0 mm。

RFID設備標示卡采用Philips Mifare1S50，國產復旦微電子仿S50芯片，存儲容量：為 8 Kbit。工作頻率為 13.56 MHz，讀卡電路相應頻率應保證在 13.56 MHz標準內。通訊速度為Kboud，讀寫距離最大為 10 cm，讀寫時間在 1 ms～2 ms，工作溫度為20℃～85℃，擦寫次數 >100 000次，數據保存>10年。2.2“智慧”標識標牌的制作與安裝

“智慧”標識標牌安裝制作的流程是：①首先按街區和道路采集用于固定“智慧”標識標牌的燈桿、變壓器等設施設備數據。采集的數據內容主要包括設施設備的類型、空間坐標；②對采集的設施設備進行統一編號(流水號)，在編號時，盡量保證同一條道路上相鄰的設施設備的編號相連；③按流水號順序依次制作標識標牌；④將制作好的標識標牌進行外業實地安裝。如圖1所示為實地安裝的“智慧”標識標牌的實例。

3智能巡檢管理系統的設計與實現

3.1總體設計及技術路線

系統設計成由服務器端與客戶端構成。服務器端對應“巡檢監控管理平臺”，主要負責巡檢計劃編制、巡檢計劃分發，巡檢結果的查看及分析等。客戶端對應“PDA終端”的智能“移動App”，主要負責巡檢信息的錄入上傳等。

系統綜合采用了射頻識別(RFID)、GIS、GPS、移動無線通訊等技術。利用射頻識別(RFID)實現照明設施設備的智能掃描；利用GIS技術實現巡檢線路規劃、巡檢線路回放和照明設施設備的展示定位等；利用GPS技術實現巡檢線路的跟蹤記錄與定位；利用移動無線通訊技術實現移動終端與服務器的移動通訊。

服務器端“巡檢監控管理平臺”采用B/S結構進行設計開發；基于.net 4.0平臺的C#語言進行后臺功能開發、前臺開發采用語言JavaScript、jQuery以及ArcGIS API for JavaScript。GIS相關功能主要基于ArcGIS API for JavaScript開發；服務器對每項巡檢計劃生成一個唯一編號，并以該編號及時間標識每個巡檢軌跡點，同時根據巡檢編號與時間順序來生成巡檢軌跡線。

客戶端“移動App”有Android版和IOS版，分別采用的開發平臺為Android+ArcGIS API for Android以及IOS+ArcGIS API for IOS。采用GPS進行軌跡定位，并每 30 s向服務器發送一次定位信息。

3.2數據庫的設計與實現

系統數據庫分兩大類，一類是存儲巡檢計劃與巡檢軌跡點的空間數據庫，另一類是巡檢結果、報修管理、字典管理及人員管理等信息的非空間數據庫。采用的數據庫管理系統為SQL Server，空間數據引擎采用ArcSDE。

3.2.1空間數據庫設計

3.2.2非空間數據庫設計

主要非空間數據庫設計如表3所示。

3.3功能設計與實現

系統巡檢的基本實現方式為：首先，服務器端通過“巡檢監控管理平臺”制定巡檢任務。PDA終端的“移動App”通過移動無線網絡與管理中心的后臺服務器建立連接，并從服務器下載巡檢任務。下載完成后，巡檢人員先掃描自己的工作牌完成系統登錄，并根據巡檢任務的要求，到達巡檢現場，打開巡檢任務功能，逐個掃描標牌上的RFID芯片卡。PDA終端的“移動App”會自動顯示該設備的相關信息。巡檢員根據設施設備的狀況，逐項選擇填寫巡檢記錄，并進行數據保存。保存后，“移動App”會將巡檢結果通過移動無線網絡提交并保存到服務器。其實現的原理如圖2所示：

3.3.1巡檢監控管理平臺功能設計

(1)巡檢計劃管理。巡檢通常分片區，按路段為單位進行。該模塊主要實現巡檢計劃制定、巡檢區域管理以及巡檢信息字典的維護等。其功能主要有：①巡檢計劃：制定路段巡檢計劃；②任務分配：將具體的巡檢計劃分配給指導的巡檢人員；③巡檢進度：在地圖上以不同的顏色區分巡檢計劃與已完成巡檢的路段，并給出進度統計圖表；④路段管理：設置各個片區巡檢路段；⑤字典管理：對巡檢的對象進行巡檢分類、管理巡檢信息的相關字典。

(2)巡檢結果管理。該模塊主要實現巡檢結果的查詢、查看與統計輸出。其功能主要有：①巡檢查詢：以道路名、巡檢人員姓名、巡檢設施設備類型、故障類型或巡檢時間等屬性為關鍵字查詢某個時間段內路燈設施設備的巡檢結果；②巡檢軌跡：在地圖上對巡檢軌跡進行回放查看，在回放時可以疊加巡檢計劃路線，以發現漏檢情況；③漏檢查詢：結合巡檢計劃，自動對巡檢結果進行漏檢判斷，并以列表的方式展示出來，同時還可以對漏檢設施在地圖上進行定位；④錯檢查詢：現場維修人員將發現的錯檢信息上報到管理中心。通過錯檢查詢可以查看巡檢人員錯檢的情況；⑤結果統計：統計某個巡檢人員巡檢線路的長度、設施設備的總數量，任務完成百分比，漏檢與錯檢數量及百分比等。

(3)報修管理。對社會公眾上報的故障信息進行管理。主要功能包括：①報修登記；②報修查詢。

(4)維修管理。對巡檢中發現的與社會公眾上報的故障設施設備維修情況進行管理。主要功能包括：①待修設備：查詢某個時間段內巡檢發現的與社會公眾上報的故障設施設備信息；②維修登記：對設施設備的維修狀態、維修人員、維修時間等信息進行編輯處理。

(5)系統設置。主要對巡檢人員、部門及功能權限進行管理維護。

3.3.2移動App功能設計與實現

功能主要包括：①用戶登錄；②巡檢計劃下載；③設備掃描；④巡檢信息錄入；部分功能界面如圖3所示：

4結語

城市照明設施的巡檢管理工作是一項十分艱巨的任務。本文研發的城市照明設施智能巡檢管理系統為我國城市照明設施巡檢管理面臨的種種問題提出了科學有效的解決方案。同時，該系統也為我國各大城市構建“智慧路燈”及“智慧城市”奠定了堅實的基礎。目前，該系統已成功應用于武漢市全市路燈設施設備的巡檢管理中。它不僅極大提高了武漢市城市照明設施巡檢管理及報修的效率與智能化程度，還減少了武漢市城市照明設施的安全隱患，確保了大武漢每日的城市燃燈率。

參考文獻

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[2]金長輝. 城市照明智能監控管理系統設計與實現[D]. 濟南：山東大學，2013.

[3]齊嘉偉. 基于數字化城市管理系統的城市照明管理體系研究[D]. 天津：天津大學，2009.

[4]徐忠正，李競，戴一坡等. 關于城市照明亮燈率和設施完好率考核方法的探討[J]. 照明工程學報，2014(10)：57～59.

[5]平青. 基于物聯網技術的城市照明控制系統[D]. 蘇州： 蘇州大學，2010.

Design and Implementation of the Intelligent Routing Inspection Management System for Urban Lighting Facilities Based on RFID

Guo Mingwu，Tan Renchun，Qing Yanhua，Wu Dang

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Key words：urban lighting facility；intelligent routing inspection management；RFID；GIS

Abstract：The routing inspection and management of urban lighting facilities is an important work to ensure the safety of citizens' travel and maintain the image of the city. At present，the existing method for the routing inspection and management of urban lighting facilities exists such problems as “low efficiency，high error ratio and poor timeliness”. In view of these problems，this paper designed and developed an intelligent routing inspection management system for urban lighting facilities based on RFID，GIS，GPS，mobile wireless communications technology. The application shows that this system not only greatly improves the efficiency and intelligence of the inspection management of urban lighting facilities，but also solves other problems in the traditional inspection method.

文章編號：1672-8262(2016)03-12-04

中圖分類號：P208.2

文獻標識碼：A

*收稿日期：2015—09—27

作者簡介：郭明武(1980—)男，博士，高級工程師，主要從事GIS研究工作。

基金項目：精密工程與工業測量國家測繪局重點實驗室開放基金(PF2012)