基于物联网技术的电梯监检移动办公系统

基于物联网技术的电梯监检移动办公系统

0提高对特种达到现场使用要求的情况的分析,增加了设备管理专业设备是指具有安全风险的锅炉、压力容器（含气气，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运道、大型娱乐设施和车间（工厂）的专用汽车。特种设备的生产(含设计、制造、安装、改造、维修,下同)、使用、检验检测及其监督检查,应当遵守特种设备安全监察条例的规定(本条例另有规定的除外)。当前特种设备安全监督管理部门和检验检测机构普遍采用基于PC的管理软件对特种设备进行基础信息管理和进行相关业务处理,这种“人-电脑交互”模式的管理软件很难满足当前特种设备数量的剧增和社会对特种设备安全性能需求提高的需求,主要表现在:(1)目前使用的特种设备身份识别标识有不足之处。如常用的纸质和钢制的标牌,需要用肉眼来读取,读取的效率低、容易出错。在特种设备现场使用时,很容易褪色和磨损,导致特种设备注册编号无法识别。(2)在现场操作时,无法有效地对特种设备作业人员(包括监察人员、检验员、作业人员)的资质进行检查,未取得上岗资格证书的人员非法上岗操作,会给特种设备的安全运行埋下重大隐患。(3)监察和检验人员现场的监察活动记录和检验原始记录等信息无法在第一时间录入管理系统,只能回办公室后由手动输入,这样会拖延监察和检验工作的时效性,导致无法在第一时间对不合格设备进行监管。(4)在现场监察和检验时,无法实时查阅已经存档的特种设备基本信息和变更信息,这给现场判别是否存在非法改造和大修行为带来了较大难度。(5)特种设备的数量在快速增长,而且分布区域更广,这大大增大了特种设备监察人员和检验人员到达现场工作的时间,造成工作效率低下。因此急需一种能够实现“管理系统-设备直接交互”的特种设备安全监察和检验检测管理系统,以实现特种设备现场与特种设备监察检验管理系统的实时交互和管理系统与管理对象的直接交互。物联网技术的已经成功地应用到物流、巡检、仓储、产品溯源、资产追踪、状态监控、智能交通、安防等领域。国内已经有单位对物联网技术在特种设备的实时动态监管和运行状态实时监控中的应用进行了探索。本文从提高对特种设备的监督检验效率出发,提出在特种设备的安全监察和检验检测中采用物联网技术,将分散于市区各个角落的特种设备、作业人员通过无线网络与管理系统后台服务器连接起来的应用方案,并以电梯为例,实际开发了可以实际应用的便携式电梯监检移动办公系统,实现对特种设备监察、检验、作业过程的自动识别和实时、远程管理。1管理对象的互联互通物联网技术的应用通常包括感知层、传输层和应用层,物联网技术在特种设备的安全监察和检验检测管理中的应用方案如图1所示。(1)在感知层,采用射频识别卡来唯一标识电梯身份和作业人员身份。在对特种设备进行监察和检验时,通过手持终端机驱动射频卡读卡器来获取电梯身份和作业人员身份。相对于条形码,电子标签具有不易被破坏、不易磨损、不可以复制、非接触式读写、读写速度极快等特点,能够适应特种设备的工作环境,非常适合特种设备及特种设备作业人员的身份的唯一性标识及自动识别,实现了管理对象的直接交互。便携式移动办公终端手持终端机可以实地采集设备的经纬度坐标,并实时传回管理系统数据库。配合系统集成的地理信息模块,实现设备的快速GIS定位及最佳路径规划,使得监察、检验、救援人员能快速到达设备现场,从而大大提高工作效率。(2)在传输层,采用无线通信(Bluetooth、WIFI)实现读卡器、便携打印机等外围设备与手持终端机的通信,采用无线通信网络(GPRS、3G)实现手持终端机与管理系统后台服务器之间的通信。实现特种设备现场与特种设备监察检验管理系统的实时交互。(3)在应用层,采用JavaEE规范的组件编程来实现对单位、设备、人员等基本信息管理,监察和检验业务受理,特种设备作业网上业务申请。采用SQLServer2008作为系统数据库,采用Tomcat作为Web服务器。2电梯监控、移动办公系统监控2.1该系统的主要功能2.1.1监察和检验人员网上业务开展数据和业务电梯监检移动办公系统原理如图2所示,系统分为四个子系统,即PC端监察子系统、PC端检验子系统、PC端特种设备业务网上受理子系统和便携式移动办公终端。监察人员通过互联网可以访问监察子系统,检验人员可以通过互联网访问检验子系统,作业单位人员可以通过互联网访问网上业务受理子系统,监察和检验人员可以登录便携式监检移动办公终端。各个用户根据登录的角色不同,具有不同的操作权限。2.1.2月间卡制度系统采用射频识别卡来唯一标识电梯身份和作业人员身份。监察子系统和检验子系统具备桌面射频卡读写器,可以为监察人员、检验人员、设备发放身份识别射频卡。检验人员和监察人员身份识别卡用于在使用便携式检验移动办公终端时进行身份和权限验证。设备身份识别射频卡用于标识设备,张贴于电梯的轿厢或者主机控制柜上。2.1.3电梯检验员身份及其工作流程便携式监检移动办公终端的主界面如图3所示。便携式监检移动办公终端主要有两个应用,一个是现场设备信息查询,另一个是现场下载检验任务、填写检验原始记录、现场检验原始记录校核、现场报告审核、现场报告批准、现场报告打印。采用便携式监检移动办公终端进行现场检验的流程如图4所示。检验过程中,经过生产单位报检、检验机构资料审查、检验机构正式受理、检验检验任务分配之后,系统会在每个被分配任务的检验员的账户目录下生成相应的检验任务。电梯检验员在现场通过手持机打开便携式监检移动办公终端软件,通过扫描检验人员标签或者手工输入方式获取登录人员账号,并手动输入密码,将检验人员账号和密码一起发送回后台服务器认证,后台通过验证则可以进入软件系统,否则无法进入软件系统。检验人员登录后,通过点击“开始检验检测”下载检验任务,将本人名下的任务下载到手持机上。通过扫描设备射频卡,读取设备的注册代码,将该台设备从任务列表中选中,边检验边输入检验原始记录,系统根据输入的原始记录自动判定报告结论。检验人员在手持机上可以预览检验报告,并将检验报告提交校核、审核、批准。校核、审核、批准步骤采用和检验人员相同的方式进行授权。经过批准的报告可以由检验员通过手持机连接便携式打印机进行打印,同时将检验原始记录和检验报告提交后台服务器存档。2.2硬件及设备电子标签设计便携式监检移动办公终端由硬件和软件两部分组成,其中:硬件包括智能手持机、蓝牙射频卡读卡器、便携式打印机、人员电子标签、设备电子标签;便携式监检办公终端的硬件组成如图5所示。2.2.1射频卡读写器硬件设计便携式电梯监检移动办公终端的手持机应具备电子标签读写模块、3G模块、摄像头、GPS模块、蓝牙模块、WIFI、大尺寸液晶屏,同时应开发方便、操作简便、便于携带,具有较好的用户体验,在本系统中采用基于Android系统的平板电脑。电子标签读写模块采用外置式,手持机通过蓝牙模块与外置的高频电子标签读写器通讯。3G模块用于检验现场和管理系统后台的实时通信。摄像头用于在现场拍摄监察和检验过程中的图像和影像等见证资料。GPS模块用于在电梯现场采集电梯的经纬度坐标。蓝牙和WIFI模块用于驱动便携式打印机,在检验现场即可实现检验报告等文件的打印操作。射频卡读写器硬件主要由中央微处理器、RFID基站芯片、高频电路、模块天线、蓝牙通信电路、复位电路、LED状态显示和喇叭驱动电路等组成。对射频卡进行读写时,读写器中的RFID基站向RFID卡发一组固定频率(13.56MHz)的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与基站发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使卡片内具有电荷,当所积累的电荷达到2V时,卡片中芯片将卡内数据发射出去或接收基站对卡片的操作。RFID读写器还具有与智能手持机的蓝牙无线通信能力,可根据命令完成对RFID卡的读写操作,并将所得数据返回给用户系统。2.2.2标签内物理存储考虑到电梯的轿厢和机房是金属环境,本系统采用ISO/IECISO15693标准的抗金属标签标识特种设备。ISO15693标准的标签为无源标签,通过调整读写器天线的发射功率,使读写距离在1-2cm,既有较快的读写速度,又能防止误操作。标准ISO/IEC15693标签内有256个Block的可寻址物理存储空间,每个Block有4个字节。根据GB2312编码规范,一个汉字(全角字符)占两个Byte;一个英文字母、数字(单脚字符)占一个Byte。对所有信息都按照分类码和字符串结合的方式进行编码,标签内数据读写按照Block为最小单位,对于不足整数个Block的字段补齐到整数个Block。桌面读写器和蓝牙读写器均采用Block方式读写电子标签存储器,读写信息的编码和解码相当方便,读写速度快、准确率高。2.2.3软件开发(1)系统的界面设计为了便于前期开发及后期的维护和扩展,WEB服务器端的后台软件采用JAVAEE规范的SSH框架(即Struts+Spring+Hibernate)来实现视图、控制器与模型的分离、业务逻辑层与持久层的分离。系统从职责上分为四层:表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层。系统的基本业务流程是:在表示层中,首先通过JSP页面实现交互界面,负责传送请求(Request)和接收响应(Response),然后Struts根据配置文件(struts-config.xml)将ActionServlet接收到的Request委派给相应的Action处理。在业务层中,管理服务组件的SpringIoC容器负责向Action提供业务模型(Model)组件和该组件的协作对象数据处理(DAO)组件完成业务逻辑,并提供事务处理、缓冲池等容器组件以提升系统性能和保证数据的完整性。在持久层中,则依赖于Hibernate的对象化映射和数据库交互,处理DAO组件请求的数据,并返回处理结果。这样,无论前端如何变化,模型层只需很少的改动,并且数据库的变化也不会对前端有所影响,大大提高了系统的可复用性,而且不同层之间耦合度小,大大提高了开发效率。为了使表示层具有客户端程序效果,系统采用DHTMLX提供的WebUI组件,构建出包含树形菜单、TAB和表格的丰富的用户界面。由于系统是B/S结构,在使用桌面读卡器时,需要采用Applet来实现,即将Applet程序嵌入到JSP页面中,用户在浏览器打开程序时,自动将DLL文件下载到客户电脑上,然后调用JNI加载读卡器驱动的DLL文件,控制读卡器工作。由于浏览器运行Applet程序的安全策略限制,Applet只能与它们最初驻留的服务器通信,Applet不能读写本地文件系统,可以通过JDK中的Keytool工具对Applet的jar包进行数字签名,进行生成没有经过认证的数字证书,突破Applet程序的安全策略限制。(2)系统软件开发便携式监检移动办公终端软件基于Android2.2开发。Android是Google公司的基于Linux平台的开源移动操作系统,该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成。它的底层以Linux内核为基础,由C语言开发,只提供基本功能;中间层包括函数库Library和虚拟机VirtualMachine,由C++开发。最上层是各种应用软件,以Java语言开发,便携式监检移动办公终端软件开发是位于最上层的应用软件开发。便携式监检移动办公终端软件开发,主要包括应用的Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider、Intent五大组件设计,并在应用的AndroidManifest.xml文件中配置组件之间关系以及应用权限。应用与用户的交互图形界面通过继承Activity来实现,各个Activity之间通过Intent进行切换的。对于没有界面的后台服务通过继承Service类来实现的。ContentProvider用于将本应用数据保存或与其它的应用共享。