基于區塊鏈的智能巡檢系統設計

劉 航，胡裕陽，李鵬程

(西南石油大學計算機科學學院，四川 成都 610500)

0 引言

在油田生產管理過程中，相關巡檢管理工作人員借助巡檢終端系統采集并錄入現場各項設備實時信息[1]。在巡檢終端系統中，李軍，王濤提出一種基于物聯網、小程序架構理論的巡檢體系[2]，重點探究線路巡檢體系架構建設路徑，但其忽略了對關鍵巡檢數據安全問題的考量。宋洋通過分析石油巡檢中存在的問題[3]，針對智能化巡檢在石油企業中的應用進行分析，并提出相關建議作為參考，但其未進行實際的系統設計開發應用支撐理論研究。陳浩等人提出通過無人機及海洋檢測手段對海上石油日常生產進行巡檢和檢測[4]，提升海上平臺設備巡檢水平和應急救援水平，但建設無人機巡檢和應急救援系統成本較高，不適用于小型石油站場設備巡檢。

移動巡檢終端設備在巡檢中應用廣泛，總體來說主要分為手機巡檢終端設備、專用巡檢儀2種終端設備。宋春慧等人設計了一款基于安卓終端的長輸管道巡檢系統[5]，該系統中手持機系統采用安卓操作系統的PDA，具有自動巡檢、數據存儲、自動提醒、羅盤指向等功能，并通過實際應用，證明了其在管線巡檢工作中具有較大價值。劉佳設計了一款基于GIS(地理信息系統)的管線巡檢信息系統[6]，該系統通過專用巡檢儀沿著指定線路進行巡檢和數據采集，并通過巡檢展示系統跟蹤巡檢情況。

近年來，區塊鏈技術正在巡檢工作中不斷被嘗試，在電力系統和供熱管道巡檢中已經有過相關理論的研究和應用?！缎畔⒓夹g讓城市熱力管網可追溯》一文中旗幟鮮明地提出在集中供熱領域信息化建設緩慢，龐大地下管網巡檢仍然停留在手工巡檢階段，并提出希望區塊鏈、大數據技術能應用于管道巡檢信息化建設中[7]。謝小松、何冰等人指出在線路反外損領域存在多發性、突發性和不確定性問題[8]，導致巡檢的人力投入不足，巡檢效率低，提出采用物聯網加區塊鏈技術，重構輸電線路反外損的巡檢管理體系，現處于研究測試階段。

針對以上研究現狀和啟發，本文提出設計一款基于射頻識別和區塊鏈技術的移動巡檢app，致力于實現巡檢工作無紙化數據采集，讓巡檢工作信息化、智能化。

1 設計內容

1.1 硬件部分

圖1為RFID芯片(14443A標簽)，左邊為螺絲帽型便于固定到管道中，右邊為卡片型。芯片中可以用于存儲設備信息。

圖1 RFID芯片

圖2為RFID讀卡器(型號FH-902)，支持協議ISO18000-6C，用于連接安卓手機，通過該讀卡器可以讀取芯片唯一識別ID。

圖2 RFID讀卡器

圖3為RFID讀卡器工作測試圖。通過連接安卓手機，可以讀取芯片唯一識別ID。

圖3 讀卡器工作測試圖

圖4為RFID讀卡器工作原理圖。讀卡器通過天線發出射頻信號，可以讀取RFID芯片存儲信息，將該信息讀取后送到手機應用進行處理。

圖4 讀卡器工作原理圖

1.2 App部分

移動巡檢app為用戶提供基于Android 系統的手機移動終端，用于巡檢過程實施和數據采集。主要功能模塊如下。

1)查看、執行任務。巡檢員、督導員用手機查看所有待執行的任務列表。點擊任意任務，可查看任務詳情。

2)數據采集。通過手機OTG方式連接RFID高頻讀卡器，快速識別設備標簽，進行數據采集。

3)工作情況上報。采用射頻識別等技術確保巡檢人員真實到位，通過手機端智慧巡檢app快速上傳工作情況。

1.3 區塊鏈部分

本文采用HyperLedger Fabric(簡稱Fabric)來完成用戶積分信息和巡檢記錄信息上鏈。Chaincode采用GO語言編寫，GO語言是Fabric的源程序開發語言，也是Fabric最早支持的開發語言之一。Chaincode中實現了基本時間的查詢、事件狀態的修改、基本事件的提交。本系統直接采用HyperLedger Fabric容器進行命令提交。

2 系統測試

2.1 App讀卡測試

圖5為手機巡檢app已經讀卡識別關鍵功能，圖5(b)為讀卡器讀取芯片中存儲的EPC電子產品編碼(與設備綁定)。

(a) (b)

2.2 接口測試

采用Swagger接口測試工具對所有的API進行測試，Swagger是一款功能強大的測試工具，可以在瀏覽器發送各類POST、GET請求，甚至模擬表單提交，測試舉例如圖6所示。在Swagger中新建測試，填寫url、參數，即可看到測試結果(json數據)。

圖6 Swagger測試示意圖

2.3 區塊鏈測試

圖7～8為區塊鏈網絡測試。

圖7 啟動區塊鏈

圖8 網絡正常ALL COOD

測試結果:用戶轉賬等網絡功能正常，能夠實現區塊鏈的單機多節點的分布式存儲。接著測試本文的項目的鏈碼與部署如下：首先生成創世區塊，并進行生成通道配置文件，如圖9～10所示。然后啟動Docker容器，進行Channel創建操作，如圖11～13所示。

圖9 生成創世區塊

圖10 生成通道配置文件

圖11 啟動Docker容器

圖12 創建Channel

圖13 Peer加入Channel

最后進行安裝智能合約，并且測試上鏈，如圖14～15所示。可以看到，測試上鏈成功。測試查詢結果如圖16所示。

圖14 安裝智能合約

圖15 測試上鏈，結果返回上鏈成功

圖16 測試查詢結果

3 結語

本項目以天然氣儲氣站為應用對象，開發了一款移動巡檢app，輔助區塊鏈技術實現數據無法篡改和溯源的智慧巡檢系統，實現對石油站場的人、物、流程等要素的全面管控；通過射頻識別技術，即對RFID(Radio Frequency Identification)芯片識別，實現對設備智能一鍵識別、支持快速高效的巡檢作業。