基于RFID與三維可視化技術(shù)的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳 欣，高正浩，陳俁霏，彭鈺欽

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州貴陽(yáng)550002；2.貴州黔馳信息股份有限公司貴州貴陽(yáng)550002）

隨著我國(guó)電力企業(yè)規(guī)模的不斷發(fā)展，固定資產(chǎn)的規(guī)模、價(jià)值和種類不斷增加，且分布較為松散，為管理帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)基于手寫(xiě)貼牌的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)需要管理人員的廣泛參與，工作量大、管理效率低、跟蹤效果差、管理局限性強(qiáng)、查找和定位困難，難以滿足當(dāng)前背景下對(duì)固定資產(chǎn)實(shí)時(shí)和精準(zhǔn)管理的需求[1-3]。因此，尋求高效、精準(zhǔn)的固定資產(chǎn)管理手段迫在眉睫。

近來(lái)，各研究者發(fā)現(xiàn)，RFID（Radio Frequency Identification）射頻技術(shù)具有識(shí)別非接觸式、工作距離長(zhǎng)、識(shí)別效率高等優(yōu)勢(shì)，且相較于二維碼技術(shù)，可自動(dòng)化操作、速度快、無(wú)人工可視要求，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)能有效提高管理效率。由于單純基于RFID技術(shù)的固定資產(chǎn)系統(tǒng)在快速查找和定位方面仍存在不足[4-6]。因此，文中基于RFID技術(shù)，引入以三維GIS為基礎(chǔ)的可視化技術(shù)，結(jié)合ZigBee技術(shù)，為電力企業(yè)設(shè)計(jì)了一套固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，能夠?qū)崿F(xiàn)電力企業(yè)固定資產(chǎn)的入庫(kù)、外借、查詢和報(bào)廢等功能，并提供三維可視化的資產(chǎn)實(shí)體和位置顯示，能為固定資產(chǎn)的實(shí)時(shí)管理與精確定位提供便利。

1 技術(shù)分析

1.1 RFID技術(shù)

RFID電子標(biāo)簽體積小、容量大、安全性強(qiáng)、無(wú)需接觸即可使用，其所在系統(tǒng)基本原理如圖1所示[7]。標(biāo)簽一旦進(jìn)入RFID系統(tǒng)的耦合磁場(chǎng)范圍，就會(huì)獲取到讀寫(xiě)器發(fā)射的射頻信號(hào)，并根據(jù)射頻信號(hào)引起的感應(yīng)電流，射送出自身內(nèi)部相應(yīng)的產(chǎn)品信息，進(jìn)而由讀寫(xiě)器接收并通過(guò)串口傳遞給客戶端進(jìn)行處理。

圖1 RFID系統(tǒng)的基本原理

1.2 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)具有功耗低、延時(shí)短、協(xié)議簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，可以用于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳遞以實(shí)現(xiàn)一定程度的智能控制[8]。該技術(shù)硬件由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器以及終端節(jié)點(diǎn)組成。本文選用Chipcon公司研發(fā)的CC2430芯片作為無(wú)線系統(tǒng)芯片[9]。

1.3 三維可視化技術(shù)

面向三維的GIS技術(shù)相比較于二維，能夠更直觀地展示空間信息，將抽象的物體可視化，且可提供更強(qiáng)的空間分析功能[10]。本文采用Sketchup軟件對(duì)固定資產(chǎn)建立三維模型，該軟件涵蓋了窗、門、家具等組件，使用和開(kāi)發(fā)較為便利[11]。為了完成各固定資產(chǎn)實(shí)體的可視化管理，本文后續(xù)采用ArcGIS Engine控件（ESRI公司），對(duì)三維GIS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)固定資產(chǎn)與環(huán)境的三維呈現(xiàn)、查詢等功能[12]。

2 系統(tǒng)分析

電力企業(yè)的固定資產(chǎn)有運(yùn)輸工具、辦公用具、儀器設(shè)備等。具有分布松散、種類多、價(jià)值高等特點(diǎn)。文中基于RFID、三維可視化等技術(shù)來(lái)構(gòu)建固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)固定資產(chǎn)的高效管理。

2.1 業(yè)務(wù)流程

固定資產(chǎn)管理的基礎(chǔ)功能是實(shí)現(xiàn)各資產(chǎn)的全程管理，包括采購(gòu)、運(yùn)行、維護(hù)和報(bào)廢等。本文研究的對(duì)象是某國(guó)有電力企業(yè)的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)管理的資產(chǎn)大多用于辦公與管理。

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)日常管理流程，可見(jiàn)圖2所示。各固定資產(chǎn)從采購(gòu)入庫(kù)到報(bào)銷后的注銷，全過(guò)程需要依次進(jìn)行登記編號(hào)、建立檔案、不定時(shí)跟蹤、監(jiān)控狀態(tài)和檢查使用情況等。

圖2 某電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理流程

本系統(tǒng)引入了RFID技術(shù)，由RFID讀寫(xiě)器讀取固定資產(chǎn)的相關(guān)信息，并借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各固定資產(chǎn)信息的采集工作。其相關(guān)流程，可見(jiàn)下圖3。

圖3 基于RFID技術(shù)的固定資產(chǎn)信息采集流程

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)信息修改流程，如圖4所示。由管理人員在相關(guān)管理界面修改后，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將修改后的信息數(shù)據(jù)傳遞給RFID讀寫(xiě)器，再對(duì)各固定資產(chǎn)的標(biāo)簽進(jìn)行寫(xiě)入，從而實(shí)現(xiàn)修改功能。

圖4 基于RFID技術(shù)的固定資產(chǎn)信息修改流程

2.2 需求分析

基于RFID技術(shù)和可視化技術(shù)的固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)需要包含固定資產(chǎn)分配和編碼、外出（借）、維護(hù)、查詢（三維展示和定位）以及監(jiān)管責(zé)任人調(diào)離等功能。

固定資產(chǎn)分配和編碼功能中，當(dāng)固定資產(chǎn)經(jīng)采購(gòu)入庫(kù)后，需要根據(jù)資產(chǎn)類型進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、登記，其編碼需要涵蓋資產(chǎn)的類型、購(gòu)置日期、價(jià)值、用途等信息。

固定資產(chǎn)的修改功能中，當(dāng)固定資產(chǎn)的信息需要修改時(shí)，管理人員在管理系統(tǒng)中通過(guò)操控RFID系統(tǒng)將修改后的信息寫(xiě)入固定資產(chǎn)的電子標(biāo)簽中。

固定資產(chǎn)外出或外借功能中，當(dāng)固定資產(chǎn)需要外出或外借時(shí)，需要使用人員辦理相關(guān)手續(xù)，并由管理人員通過(guò)操控RFID系統(tǒng)對(duì)所需外出資產(chǎn)的使用狀態(tài)進(jìn)行編碼。當(dāng)資產(chǎn)歸還后，再重新編碼回正常狀態(tài)。

固定資產(chǎn)維護(hù)功能中，當(dāng)固定資產(chǎn)需要維護(hù)（維修）時(shí)，需在固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的相關(guān)頁(yè)面下填寫(xiě)該資產(chǎn)的維修狀態(tài)，維修后也需修改回正常狀態(tài)。

固定資產(chǎn)查詢功能中，當(dāng)固定資產(chǎn)在管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中被查詢時(shí)，系統(tǒng)不僅將該固定資產(chǎn)的信息以文字的形式反饋，還可提供按鈕從而以三維模型的形式顯示資產(chǎn)和位置信息。

2.3 設(shè)計(jì)要求

以固定資產(chǎn)分配和編碼功能為例，表1所示即為本系統(tǒng)的資產(chǎn)編碼設(shè)計(jì)表。其中，涵蓋了資產(chǎn)編號(hào)、添置日期、資產(chǎn)類型、性質(zhì)和用途等信息，用于固定資產(chǎn)外出（借）、維護(hù)、報(bào)廢等功能所需的狀態(tài)編碼。

表1 資產(chǎn)編碼設(shè)計(jì)表

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖，可見(jiàn)圖5所示。主要包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)（標(biāo)簽、讀寫(xiě)器等）、計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)庫(kù)）等系統(tǒng)。

圖5 固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

3.2 RFID數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)

該模塊的功能主要是采集RFID電子標(biāo)簽中存放的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換成某一種統(tǒng)一的數(shù)字格式后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。相關(guān)的讀寫(xiě)電路，可見(jiàn)圖6所示，該電路采用飛利浦公司研發(fā)的 MF-RC500（13.56 MHz）作為處理器[13]。發(fā)送信號(hào)過(guò)程中，該處理器借助13.56 MHz的能量載波（由TX1和TX2提供），將所需發(fā)送的數(shù)據(jù)作為RFID信號(hào)發(fā)送出去；接收信號(hào)過(guò)程中，信號(hào)經(jīng)天線、C3、R1、R2以及R6傳遞到處理器的RX和VMID端，再由接收器檢測(cè)和調(diào)解后，借助FIFO存儲(chǔ)器經(jīng)由并行數(shù)據(jù)接口傳遞給ZigBee無(wú)線系統(tǒng)中CC2430的P0～P7端口。此外，MF-RC500和ZigBee各節(jié)點(diǎn)由D0-D7數(shù)據(jù)線采用并行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[14-15]。

圖6 RFID數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊讀寫(xiě)電路圖

3.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

該模塊的主要功能是將RFID讀寫(xiě)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換傳遞給固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的服務(wù)器接口，并存儲(chǔ)到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中[16]。其數(shù)據(jù)通信模塊的核心電路，可見(jiàn)圖7。圖中使用的是內(nèi)部發(fā)送（接收）開(kāi)關(guān)電路，易于實(shí)現(xiàn)天線的接口和匹配操作。天線接收器采用的是差動(dòng)連接，并將非平衡變壓器應(yīng)用在單極天線以增強(qiáng)天線的收發(fā)性能。此外，借助外圍電路將CC2430芯片中的TXRX_SWITCH引腳同RF_P和RF_N引腳相連接，可完成對(duì)功率（低噪聲）放大器的偏置工作。

主機(jī)與無(wú)線模塊主節(jié)點(diǎn)的通信接口采用的是RS232C（+5 V供電），相關(guān)的無(wú)線傳輸接口電路如下圖8所示。

圖7 數(shù)據(jù)通信模塊的核心電路圖

圖8 主節(jié)點(diǎn)接口電路圖

3.4 無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)使用的是簇樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其終端節(jié)點(diǎn)為各RFID電子標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)采集及故障提示節(jié)點(diǎn)。最終設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可見(jiàn)下圖9。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，且各從節(jié)點(diǎn)均有自己的地址編號(hào)，處于連接狀態(tài)下即可向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信息，以確保不會(huì)出現(xiàn)信道沖突。

圖9 無(wú)線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框圖

為提高無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率，在安全機(jī)制、通信信標(biāo)以及原語(yǔ)方面對(duì)ZigBee協(xié)議進(jìn)行了精簡(jiǎn)，相應(yīng)的協(xié)議棧與實(shí)現(xiàn)原語(yǔ)，可見(jiàn)圖10所示。

3.5 三維可視化設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的固定資產(chǎn)三維仿真和模型構(gòu)建的技術(shù)路線，可見(jiàn)下圖11所示。依次通過(guò)搭建組件庫(kù)（三維仿真）、模型格式轉(zhuǎn)換（符號(hào)化）、呈現(xiàn)三維效果（三維立體呈現(xiàn)）等過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)在固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)中的可視化功能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

文中固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)采用模塊化對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖12所示。其重點(diǎn)介紹RFID數(shù)據(jù)采集模塊下的電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)和固定資產(chǎn)三維可視化的實(shí)現(xiàn)。

圖10 本文ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)控制主節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)原語(yǔ)示意圖

圖11 三維可視化技術(shù)路線圖

圖12 本文系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)圖

RFID電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)、中斷服務(wù)程序等模塊。各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)首次通電后會(huì)進(jìn)行初始化操作，完成后加入到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，并在工作和休眠狀態(tài)下交替運(yùn)行，對(duì)RFID電子標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集。相關(guān)代碼如下所示：

資產(chǎn)三維可視化實(shí)現(xiàn)步驟依次為：創(chuàng)建固定資產(chǎn)及所處房間、樓層等的3D仿真模型（SketchUp軟件中），經(jīng)格式轉(zhuǎn)換變?yōu)閟hk文件導(dǎo)入到ArcScene軟件中去；利用ArcGIS軟件構(gòu)建和加載相關(guān)的矢量數(shù)據(jù)，并生成位置底圖文件；在ArcScene軟件中對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行組織；最終使用Visual Studio 2010及Arcgis Engine10環(huán)境下的SceneControl控件實(shí)現(xiàn)對(duì)固定資產(chǎn)的顯示與管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)人工為主的電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)工作量大、效率低、查找和定位困難的問(wèn)題，本文基于RFID和三維可視化技術(shù)，結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套電力企業(yè)固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，能夠較好地完成電力企業(yè)固定資產(chǎn)的入庫(kù)、外借、查詢和三維顯示、定位等功能，有效提高了電力企業(yè)固定資產(chǎn)的管理效率，并能為相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供一定的參考。