基于LBS與二維碼的工廠管線巡檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊 恒

（中冶集團武漢勘察研究院有限公司,湖北 武漢 430080）

1 引言

各類地上地下管線是工業(yè)企業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,日夜擔負著為生產(chǎn)提供物質(zhì)、信息和能源的繁重任務,堪稱企業(yè)的“生命線”[1]。然而,管道老化、腐蝕、泄漏等諸多不安全因素的增多,嚴重威脅著工廠的安全生產(chǎn)運行,導致工廠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。因此,管線巡檢工作就顯得非常重要。

目前國內(nèi)外管線巡檢系統(tǒng)主要分為兩類:①基于RFID的巡檢系統(tǒng),在巡檢路線上安裝接觸式或射頻式的信息按鈕,通過接收機讀取電子標簽數(shù)據(jù),檢查巡檢人員是否到位；②基于GPS和移動通信網(wǎng)絡(luò)的巡檢系統(tǒng),通過GPS定位結(jié)合地圖的方式精確識別巡檢人員是否到位。前者操作繁雜、效率低下。后者是目前工廠中常用的巡檢方式,但是對于地形復雜的區(qū)域或者室內(nèi),GPS信號會受到干擾,定位誤差大甚至出現(xiàn)無法定位的現(xiàn)象,存在巡檢盲區(qū)。

本文提出的基于LBS(位置服務)和二維碼(存儲巡檢點位的坐標)的工廠管線巡檢系統(tǒng),以LBS定位為主、二維碼定位為輔的方式可有效解決巡檢盲區(qū)的問題,且操作簡單、高效、維護方便。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 ArcGIS Server地圖服務

ArcGIS Server是用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶并發(fā)的企業(yè)級GIS應用平臺,具有強大的數(shù)據(jù)空間管理、空間分析、地圖可視化、數(shù)據(jù)編輯等功能[2]。ArcGIS Server可發(fā)布多種類型的地圖服務,包括:Map Server(切片/動態(tài)地圖服務)、Feature Server(要素地圖服務)、Geometry Server(幾何服務)等。在本系統(tǒng)中使用ArcGIS Server發(fā)布工廠管線大比例尺的專題地圖服務,與天地圖進行無縫融合,并提供了瀏覽、查詢、量測等功能。

2.2 LBS技術(shù)

基于位置的服務即Location Based Service(LBS),簡稱位置服務,是指以衛(wèi)星定位、通信基站定位、無線網(wǎng)絡(luò)定位等定位技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）,通過互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的與位置相關(guān)的信息服務[3]。目前很多互聯(lián)網(wǎng)公司都提供了LBS位置訪問接口服務,如:百度LBS、高德LBS、騰訊地圖LBS等。

百度LBS為Android移動端應用提供的一套簡單易用的定位服務接口,提供了GPS、基站、WiFi等多種定位方式,適用于室內(nèi)、室外多種定位場景,具有出色的定位性能；而且百度LBS定位頻率可以自定義設(shè)置。因此,本系統(tǒng)移動端采用了百度LBS來獲取巡檢人員的實時位置。

2.3 二維碼技術(shù)

二維碼又稱QR Code,是近年來主流的一種編碼方式,具有信息容量大、編碼范圍廣、容錯能力強、可靠性高、成本低等特點。二維碼制作非常簡便,使用二維碼生成工具生成二維碼,然后打印出來即可。同樣二維碼識別也很容易,手機上很多APP都提供了掃一掃功能,利用此功能,可以快速識別出二維碼的內(nèi)容。在工廠管線巡檢系統(tǒng)中,使用二維碼存儲巡檢點位的坐標數(shù)據(jù),用于定位巡檢人員的當前位置。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 架構(gòu)設(shè)計

工廠管線巡檢系統(tǒng)采用BS+MS的混合體系架構(gòu)設(shè)計,分為管線巡檢系統(tǒng)監(jiān)控端和管線巡檢系統(tǒng)移動端兩個部分。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖1所示:

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

管線巡檢監(jiān)控端采用B/S架構(gòu)實現(xiàn)。在后臺服務器端使用ADO.NET和C#實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫查詢、修改、更新和刪除等操作；并使用Web Service進行封裝,提供與前端進行數(shù)據(jù)交換的接口。在客戶端,使用ArcGIS Server For JavaScript API和Jquery+Dojo實現(xiàn)地圖的顯示、瀏覽、查詢功能及其他巡檢業(yè)務功能。

管線巡檢移動端采用M/S架構(gòu)實現(xiàn)。在服務器端同樣使用Web Service技術(shù)實現(xiàn)移動端與服務器端的數(shù)據(jù)交互。在移動端,以ArcGIS Server For Android和Android Framework為基礎(chǔ),使用JAVA語言實現(xiàn)移動端的巡檢功能。

3.2 功能設(shè)計

巡檢系統(tǒng)包括監(jiān)控端和移動端。監(jiān)控端功能模塊主要包括:地圖基礎(chǔ)功能模塊、事件管理功能模塊、任務管理功能模塊、巡檢監(jiān)控功能模塊、統(tǒng)計分析功能模塊、系統(tǒng)配置功能模塊。移動端巡檢功能包括:地圖基礎(chǔ)功能模塊、定位、到位震動提醒、接收和查看任務、事件上報、二維碼掃描、查看歷史事件及修改個人信息等功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如下圖2所示。3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括工廠管線及附屬物專題數(shù)據(jù)庫、巡檢業(yè)務數(shù)據(jù)庫、配置文件數(shù)據(jù)庫三個部分。工廠管線及附屬物數(shù)據(jù)采用ArcGIS提供的GDB數(shù)據(jù)庫進行存儲,數(shù)據(jù)包括:燃氣管線及附屬物、給水管線及附屬物、排水管線及附屬物、電力管線及附屬物、通信管線及附屬物、熱力管線及附屬物、工業(yè)管線及附屬物。巡檢業(yè)務數(shù)據(jù)使用MySQL數(shù)據(jù)庫進行存儲,主要包括:事件信息表、巡檢人員信息表、巡檢任務信息表、巡檢點信息表、巡檢路線信息表、巡檢設(shè)備信息表、巡檢人員的巡檢位置信息表、用戶權(quán)限信息表及其他配置信息表。配置文件數(shù)據(jù)庫則包括系統(tǒng)配置的信息和資料文件,如:xml文件、圖片等文件資料。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 巡檢監(jiān)控端功能實現(xiàn)

(1)基礎(chǔ)GIS功能。①地圖瀏覽:可對地圖進行平移、放大和縮小等操作；②管線量測:量測管線的長度；③信息查詢:查詢該管線的屬性信息；④圖層切換:可切換矢量底圖和影像底圖。

(2)事件管理。①事件總覽:通過列表的方式展示當月巡檢人員上報的事件,支持按事件名稱、事件上報日期、事件上報人、事件狀態(tài)等方式查詢；②今日事件分布:在地圖上展示當天發(fā)生事故的位置分布,點擊事故圖標可查看事故詳情；③歷史事件分布:在地圖上展示過去某段時間范圍內(nèi)的事故分布。

(3)任務管理:①巡檢路線設(shè)置:管理員可設(shè)置巡檢路線,并可在地圖上查看；②巡檢點位設(shè)置:管理員設(shè)置巡檢點位名稱、坐標、巡檢路線、精度等信息,可手工輸入巡檢點位坐標,也可以在地圖上選擇巡檢點位,針對GPS信號不好的區(qū)域可以創(chuàng)建巡檢點位的二維碼；③巡檢計劃制定與分派:管理員首先制定巡檢計劃并指定巡檢人員,然后按周或月批量生成巡檢任務,同時也可以添加、修改或者刪除某個巡檢任務。

(4)巡檢監(jiān)控:①當前位置和移動軌跡:可在地圖上查看巡檢人員的當前位置和移動軌跡；②歷史軌跡查看:可在地圖上查看巡檢人員某天的歷史軌跡。

(5)統(tǒng)計分析。①事件上報統(tǒng)計:統(tǒng)計每位巡檢人員上報的事故數(shù)量,并以圖表的方式展示；②事件趨勢分析:統(tǒng)計每年每個月的事故數(shù)量,以曲線圖的方式展示,通過比較分析出管線發(fā)生事故的趨勢；③巡檢執(zhí)行率:按照巡檢任務中巡檢點位的到位率統(tǒng)計巡檢人員的工作量。

(6)系統(tǒng)配置和權(quán)限管理。管理員可對單位、部門、班組、巡檢設(shè)備信息、巡檢設(shè)備狀態(tài)等進行添加、刪除和修改；也可設(shè)置管理人員、巡檢人員的信息、角色。

4.2 巡檢移動端功能實現(xiàn)

(1)基礎(chǔ)GIS功能。同巡檢監(jiān)控端一致,包括地圖瀏覽、管線量測、信息查詢、圖層切換。

(2)我的任務。巡檢人員登錄移動巡檢APP后,巡檢任務圖標上會使用紅色new圖標提醒巡檢人員有新的巡檢任務,并可查看該任務詳情,實現(xiàn)效果如圖4所示。

(3)事件上報。巡檢人員在巡檢過程中一旦發(fā)現(xiàn)管線泄漏、連接設(shè)備故障等事件后,可使用該功能向服務端提交事件的詳細情況,如圖5。

(4)二維碼掃描。在巡檢路線中出現(xiàn)定位誤差大或無GPS信號時,可掃描巡檢點位上的二維碼,獲取該點的坐標并自動上傳到服務器。

(5)歷史事件。查看個人上報的歷史事件,可通過地圖上的事件分布圖標查看詳情。

(6)其他功能。①定位:獲取當前位置并在地圖上顯示；②巡檢:開啟或者關(guān)閉巡檢。③個人信息:查看和修改個人信息。④震動提醒:巡檢人員到達巡檢點位置后,手機會通過震動的方式提醒已經(jīng)到達巡檢點。

圖4 巡檢移動端主界面

圖5 事件上報界面

5 結(jié)語

管線巡檢的主要目的是為了及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和泄漏事故,并能盡快對事件進行處置。由于日常的巡檢維護工作重復性強,部分巡檢人員容易產(chǎn)生厭煩心理,導致對巡檢工作出現(xiàn)懈怠,經(jīng)常不按時進行巡檢,捏造填寫巡檢報告,這樣就明顯偏移了設(shè)置巡檢崗位的目的。因此,為了解決上述問題,系統(tǒng)采用LBS和二維碼相結(jié)合的方式,利用大比例尺地圖精確地展示巡檢人員的當前位置和歷史軌跡,杜絕了巡檢不到位、巡檢不及時的問題。該系統(tǒng)目前已經(jīng)在多個大型的工業(yè)企業(yè)中得到應用,并取得了很好的效果。

[1]翟賀,李永錄,鄧明.工業(yè)企業(yè)管線安全技術(shù)及其應用[J].工業(yè)建筑,2005,35(z 1):976-978.

[2]師俊峰.基于ArcGIS Server的WebGIS研究和實現(xiàn)[D].長沙:中南大學,2009.

[3]吳瓊,許明金,馬俊英,等.對LB S發(fā)展的幾點思考建議[J].天津科技2017,44(3):20-24.