物聯網在煙花爆竹流向監管系統中的應用研究

陳銀良

（北京市應急管理信息中心，北京 100744）

0 引 言

煙花爆竹屬于易燃易爆的危險物品，做好煙花爆竹安全生產工作，事關人民群眾生命財產安全[1]。近年來，煙花爆竹市場需求量日益增加，受經濟利益驅動，非法生產、經營、儲存、運輸、燃放煙花爆竹的現象明顯增多，并通過非法渠道流入消費者手中，對社會公共安全構成嚴重威脅，由此引起的事故時有發生[2-5]。

做好煙花爆竹流向信息化監管工作，建立統一的煙花爆竹流向登記監管信息系統，強化對煙花爆竹各重點環節的安全監管，是煙花爆竹生產、經營、儲存、運輸、燃放的安全生產監管需要。

在此背景下，本文從物聯網應用角度出發，開發設計了一種煙花爆竹流向監管系統，并在春節期間成功應用，保障了春節期間城市的安全運行。

1 系統總體設計

1.1 基本思路

本系統的基本設計思路為：針對煙花爆竹綜合管理所涉及的煙花爆竹流向實時跟蹤管理和煙花爆竹物聯網監控，利用物聯網技術實時獲取電子標簽、倉庫溫濕度、倉庫周界報警，建立煙花爆竹圖像共享管理系統[6]；接入批發企業安全生產倉庫視頻圖像和零售單位視頻圖像等相關感知信息并進行智能分析[7]，提高安全監管部門對煙花爆竹存儲、運輸和銷售的實時監控能力；為監管部門開展春節期間煙花爆竹管理科學決策提供支撐。

本文運用物聯網技術來實現企業流向管理的現代化，通過RFID（Radio Frequency Identification, RFID）掃描門和掃描槍，快速讀取RFID標簽信息，以提高煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數據統計及時準確。

物聯網技術的應用促進了煙花爆竹安全生產監管向及時、遠程和精細化方向發展。運用本文系統的移動執法子系統，執法檢查時可直接掃描RFID，讀取煙花爆竹流向信息，可有效遏制了非法煙花爆竹的生產、運輸、銷售和燃放。該系統的成功運用保障了春節期間城市的安全運行。

1.2 系統架構

本系統的總體架構如圖1所示。系統層次自下而上分為物聯數據接入、傳感網絡、區縣匯聚、政務網絡、應用支撐、數據資源、系統功能和綜合管理。

（1）物聯數據采集煙花爆竹儲存倉庫的出入庫流向數據、溫濕度數據、周界報警數據、視頻圖像和銷售網點的視頻圖像數據，形成煙花爆竹安全監管物聯數據。這些數據首先接入煙花爆竹批發企業，形成批發單位流向管理系統、批發倉庫物聯監控系統和網點視頻監控系統，為上層提供物聯數據。

（2）傳感網絡層利用有線政務網絡、無線物聯數據專網、無線寬帶專網及運營商網絡等實現傳感數據的傳輸[8]。

（3）區縣匯聚主要是實現物聯網和視頻數據在區縣安監局的落地，為區縣開展安全監管提供數據和平臺。

（4）政務網絡主要是指現有的全市統一的政務外網，實現市區兩級和各政府部門相關系統的網絡連接。

（5）應用支撐主要是利用全市物聯網應用支撐平臺提供的提供編碼賦碼、信息目錄、空間管理、認證授權等基礎服務，實現物聯信息資源的共享交換，結合本地地理信息引擎實現空間地理應用。

（6）數據資源是指通過數據的匯聚和共享交換形成的許可基本信息、流向信息、物聯監控信息、預警預報信息和視頻圖像信息等數據資源的存儲和訪問。

圖1 系統總體架構

（7）系統功能提供基本信息查詢、流向信息管理、實時數據顯示、歷史數據回放、報警信息處理、圖像信息管理、空間地理分析、數據關聯分析和數據統計分析等基礎功能。

（8）綜合管理層提供系統直接的業務應用，包括煙花爆竹流向管理、煙花爆竹物聯網監控、煙花爆竹移動執法和圖像信息共享管理等，并且通過接口、頁面整合等方式提供給市應急辦等與本項目相關的委辦局應用。

1.3 RFID技術及工作原理

RFID技術是一種非接觸式自動識別技術，其通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。它能識別相距幾厘米到幾十米范圍內的物體，而且可以批量讀取、能識別靜止和運動狀態下的物體[9]。RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性的應用技術，識別工作無需人工干預，支持只讀工作模式和讀/寫工作模式，且無需接觸或瞄準；可自由工作在各種惡劣環境下。RFID具備讀取方便快捷、識別速度快、穿透性和無障礙閱讀、數據容量大、使用壽命長、動態實時更新、安全性高、小型多樣化等多種優勢，這些獨特優越性是其他識別技術無法比擬的。

最基本的RFID系統由電子標簽、閱讀器和天線三部分組成[10]。RFID系統在實際應用中，電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量，發送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行相關處理。射頻識別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對象，因此可廣泛應用于各行各業，典型應用包括供應鏈與物流管理、郵件和包裹處理、身份識別、防偽、門禁和防盜系統、物身份標識、空間定位與跟蹤等。

1.4 RFID標簽信息編碼規則

RFID標簽信息共96位，分為7個碼段，具體編碼規則見表1所列。

表1 RFID標簽信息編碼規則表

2 系統軟件設計方案

煙花爆竹流向監管系統由3個子系統組成，分別為煙花爆竹流向監管系統、煙花爆竹物聯網監控系統和移動執法系統。

2.1 煙花爆竹流向監管系統

煙花爆竹流向監管系統通過電子標簽識讀器對煙花爆竹的品種、含藥量、級別以及出入庫時間信息進行讀取、錄入，實現了對批發單位倉庫煙花爆竹期初庫存數、入庫數、出庫數、返庫數等流向數據的實時監管。系統功能如下：能夠實時掌握批發單位倉庫中的煙花爆竹庫存數，監管批發單位是否超量儲存；能夠通過批發企業的出庫信息和批發單位與零售單位的配送關系，隨時掌握批發單位給每個銷售網點的配送信息；能夠查詢零售單位每批進貨量，累計進貨量等信息。系統實現了批發倉庫存量預警機制，能夠通過短信將有關預警信息發給相關的人員。煙花爆竹流向監管系統如圖2所示。

圖2 煙花爆竹流向監管系統

2.2 煙花爆竹物聯網監控系統

煙花爆竹物聯網監控系統分為市區兩級系統：批發單位倉庫溫濕度監控數據、周界報警數據和視頻監控數據通過數據接口直接發送到市局系統；零售單位視頻監控數據通過數據接口發送到區系統。市區兩級平臺通過數據共享和交換分別存儲到實時和歷史數據庫中。煙花爆竹物聯網監控系統如圖3所示。

圖3 煙花爆竹物聯網監控系統

系統依托地理信息系統的空間信息技術，實現了監控數據的可視化，有效地跟蹤流向數據和溫濕度傳感數據及視頻數據，通過地理信息系統直觀的表現方式，能夠快速定位預警和報警信息，為事故應急處理提供有利支持。通過倉庫溫濕度、周界報警等物聯網監控，進一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲安全。通過視頻監控有效保障了零售網點安全。

2.3 移動執法系統

移動執法系統是在移動PC上部署的單機執法檢查系統，實現對煙花爆竹的核查功能，支持執法人員手工輸入或與執法終端對接自動獲取煙花爆竹的RFID碼，查詢煙花爆竹相關品名、類型、批發單位、零售單位等信息，方便執法人員進行核查，輔助現場執法。系統能夠實現與流向監管系統的數據同步，保持流向數據的及時更新。移動執法系統如圖4所示。

圖4 移動執法系統

3 系統硬件設計方案

系統硬件設計主要包括RFID掃描終端設計和RFID天線門設計。

批發單位采用手持RFID掃描終端、RFID天線門組合方式進行煙花爆竹出入庫管理。其中，RFID天線門主要實現煙花爆竹批量掃描作業，提高出入庫作業效率；手持RFID掃描主要是對沒有通過批量掃描的煙花爆竹進行補掃以及庫房的盤庫操作。

3.1 RFID掃描終端

掃描終端主要指標如下：

（1）符合標準：ISO14443A/B、ISO15693、ISO18000-6C、6B；

（2）設備工作頻率：可兼容UHF 頻率920～925 MHz、HF 頻率 13.56 MHz ；

（3）顯示屏：豎屏，至少達到3.2"，240×320，達到256K真彩、半穿透半反射型TFT LCD（室外太陽光下可讀）背光可調；

（4）系統閃存：至少滿足128 MB DDR SDRAM、256 MB NANDFLASH；

（5）鍵盤：標準鍵盤，左右手皆可操作的人體工程學設計，可單手操作；

（6）天線：HF內置天線、UHF圓極化3 dBi天線；

（7）電源接口：主電池滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰聚合物電池，擴展手柄電池需滿足3.7 V/4 000 mA·h鋰電池；

（8）無線通信：支持WiFi無線通信、藍牙通信2.0（標準配置）、紅外通信（標準配置）、GPRS/CDMA（可選配件，內置）、GPS定位功能（可選配件，內置）；

（9）數據接口：支持10M/100M LAN接口、USB 2.0接口（支持USB OTG）、RS 232接口（可選）；

（10）外部接口：支持1個耳麥插孔、1個DC_IN插孔及DC_IN+5 V電源輸入接口；

（11）擴展槽口：需包括1個SD/MMC卡插槽、1個SAM卡插槽、1個IC卡插槽；

（12）操作溫度：-20～55 ℃；

（13）存儲溫度：-25～60 ℃；

（14）防護等級達到IP66；

（15）相對濕度：5%RH～95%RH。

3.2 RFID天線門

RFID天線門主要指標如下：

（1）符合EPC Class 1 Gen 2（ISO 18000-6C），標簽緩存大于200個標簽，標簽識讀率大于190標簽/s，標簽識讀距離大于6 m；

（2）4個RF天線；

（3）天線門一對，含兩個門，高至少1.8 m；

（4）識讀器處理器最低配置：Intel IXP420（266 MHz）；

（5）內存至少滿足64 MB SDRAM/64 MB FLASH；

（6）工作頻率為865～956 MHz；

（7）天線支持4高性能反向TNC連接器天線端口；

（8）射頻功率至少為30 dBm；

（9）網絡需支持10/100 Base-T Ethernet（RJ 45），串口為 RS 232（DB9）；

（10）網絡服務；

（11）工作溫度為-20～55 ℃；

（12）存儲溫度為-20～85 ℃；

（13）濕度為5%RH～95%RH（non-condensing）；

（14）防護等級達到IP54；

（15）符合中國地區頻率使用要求，且有國家主管部門的認證。

4 系統應用

本文系統實現了對煙花爆竹批發單位倉庫、零售網點的全面監控，以及對煙花爆竹流向的全過程、實時監管，圓滿完成每年春節期間煙花爆竹綜合管理的技術保障任務。通過本項目的實施，全面提升煙花爆竹相關企業的管理水平，在落實企業安全生產監管主體責任的同時，大幅提升政府監管和應急處置能力。

（1）批發單位。運用物聯網技術實現了企業流向管理的現代化，提高了出入庫效率，通過物聯網監控，提高了存儲倉庫的安防能力，主要表現在兩方面：一是電子標簽提高了煙花爆竹出入庫效率，使配送更加智能化，流向數據統計及時準確；二是倉庫網聯網監控進一步提高了技防水平，有效保障了煙花爆竹的存儲安全。

（2）零售網點。通過視頻監控有效保障了網點安全。春節期間，煙花爆竹零售網點未發生銷售非法煙花爆竹的情況；也沒有發生零售網點不安全情況；同時還協助公安部分查獲了盜竊等刑事案件。

（3）政府監管。物聯網技術的應用促進了煙花爆竹安全生產監管向及時、遠程和精細化方向發展，有效遏制了非法煙花爆竹的生產、運輸、銷售和燃放，保障春節期間城市安全運行，主要表現在三方面：一是通過對接企業流向系統，有效遏制煙花爆竹超量存儲和超量配送，春節期間系統發出了多次存量預警，通過短信及時提醒有關企業負責人；二是運用移動執法系統，在春節期間開展了多場次的執法檢查；三是開展了視頻圖像遠程監管，結合舉報投訴，有效防止了煙花爆竹的非法銷售。

（4）城市運行和應急管理。本系統結合示范工程的燃放期間噪聲分析、空氣質量監測、燃放指數預報、城市高點視頻監控等信息，支撐相關信息在市應急辦展開延伸綜合應用，有效提高了公安消防、城管執法、醫療衛生和環境整治等綜合保障力量的部署與調度水平，并為相關監管部門開展春節期間煙花爆竹管理及科學決策提供支撐。

5 結 語

本文結合實際需求研究和設計了煙花爆竹流向監管系統，實現對煙花爆竹批發單位倉庫、零售網點的全面監控，以及對煙花爆竹流向的全過程、實時監管，圓滿完成每年春節期間煙花爆竹綜合管理的技術保障任務，達到了預期目標。