基于RFID技术的起重机驾驶员作业监控

韩文鹤，王纲居，穆铭豪

HAN Wen-he,WANG Gang-ju,MU Ming-hao

（1.上海市建筑科学研究院科技发展总公司，上海 200032；2.上海市建筑科学研究院，上海 200032）

1 背 景

目前市场上的起重设备监控管理系统大部分是对起重设备本身的状态监控和管理，其中有些是对起重机的幅度、高度、回转角度、起重量以及起重力矩等进行监测，也有一些是通过对起重机自身及与其相邻的起重机械位置进行监测，从而进行干涉管理，防止设备之间、设备与周边环境相碰撞引发事故。但这些监控设备都忽视了对起重设备操作人员的管理，系统没有对驾驶员进行动态管理和监控的功能。建筑起重机的驾驶员需要有上岗证才能操作，但事实上因为缺乏管理手段，假证或无证操作、疲劳驾驶的情况普遍存在。如近几年发生的多起升降机坠落事故，大部分与无证驾驶有关。

RFID(Radio Frequency Identification)是一种无线射频识别技术，具有识读距离远、信息存储量大、读写速度快、抗干扰能力强等优点。本文介绍了应用RFID 技术研发的一种起重机驾驶员监控管理方法与系统，同时应用物联网技术实现对驾驶员作业前、作业中及作业后的系统管理，管理部门可以通过对作业人员的操作情况进行考评，及时教育或淘汰操作过程中不合格人员，从而降低引发事故的概率。

2 方法原理

本方法从系统管理的角度出发，以RFID 设备作为起重机驾驶员作业监控管理的载体，借鉴机动车驾驶员扣分管理办法，通过考评后的发证授权、使用前的人员信息验证、使用中的过程监测和信息反馈、使用后的统计分析，从多个层面系统的对作业人员进行管理和监督，防止无证操作、疲劳操作和违规操作。图1为本方法的原理设计。以下是本方法的的主要实现思路。

图1 方法原理设计图

1）人员资格授权 对经考核取得上岗证的驾驶操作人员进行发证授权，规定该驾驶员的操作权限并赋予一定的分值。

2）操作前身份验证 每次驾驶员作业前，通过RFID设备先判断当值驾驶员是否有操作资格，验证通过后才能正常工作，否则不予开通操作权限。

3）作业时间控制 对当值驾驶员每天累计工作时间、连续工作时间进行统计和判断，在累计工作时间或连续工作时间满规定限值前预先报警提示。当满规定时间后，起重机最多只能进行一个工作循环的吊运工作，该工作循环结束后，起重机只能在空载状态下运行，杜绝驾驶员的疲劳操作。

4）操作过程监测 监测驾驶员起吊过程和卸载过程的操作情况，计算起升冲击系数，回转操作时的回转角加速度及起重量与起重力矩等。并在这些指标达到预设临界值时提醒驾驶员，对超过预设临界值较多的驾驶员扣分处罚，对剩余分值小于当前扣分值时，结束当前工作循环后收回该驾驶员的操作权限，杜绝驾驶员的违章操作。

5）监控平台管理 管理部门可以将驾驶员的信息进行统计和分析，对扣分较多的驾驶员有目的性的加强管理培训，及时淘汰屡次违规人员。

3 系统设计

3.1 系统架构

系统由监控平台、RFID 设备及终端组成。由监控平台来实施人员考评后的发证管理和违章处理规则发放，并将人员注册信息写入RFID 设备并存储至数据库；终端通过RFID 设备验证人员信息、按照违章处理规则判别驾驶员的操作过程，并通过无线网络将驾驶员在操作过程中的信息反馈至监控平台；管理人员可以通过有线/无线网络监管驾驶员操作信息。图2为系统架构示意图。

3.2 硬件设计

监控平台主要由服务器、RFID 读写模块和GPRS 模块等组成。图3为监控平台组成示意图。服务器与RFID 读写模块、GPRS 模块均通过RS232 串口连接。

图2 系统架构示意图

图3 监控平台组成示意图

终端装置包括CPU 模块、RFID 读写模块、存储模块、A/D 转换模块、键盘、显示屏、GPRS 模块、继电器以及蜂鸣器等。图4为终端硬件架构示意。继电器直接与起重机的控制电路相连。

图4 终端硬件架构

本系统CPU模块采用以ARM9 芯片为核心，配备必要的电路组成。CPU 模块通过A/D 转换模块将幅度传感器、重量传感器等传感器信号采集并计算相应值。终端通过GPRS 模块接收监控平台的违章处理规则表并存储至存储模块。当CPU 模块监测操作过程发生违章时通过继电器模块输出控制信号，并通过GPRS 模块将信息反馈至监控平台。系统采用高频近距离固定式RFID读写模块，具有受环境影响小、操作方便、防冲突等优越性能。RFID 卡存储容量32K，可擦写寿命高达100000 次，符合系统要求。

3.3 软件功能设计

系统软件分为服务器软件和终端软件。服务器软件主要进行驾驶员注册信息管理，包括信息存入数据库和写入RFID 卡；动态信息的接收以及存储管理；后续的信息统计和分析功能等。同时服务器软件还提供网络访问功能，网络访问实行分级权限管理。

终端软件实现操作前身份验证、操作过程监控和操作时间控制管理。图5为终端开机流程示意图，主要实现对RFID 卡内的信息进行验证，验证通过才能开通操作权限，否则以提示信息的方式告知驾驶员未能开通权限的原因。

图5 开机流程示意图

图6为过程监控流程示意图。主要实现对起重量、起重力矩及冲击系数的采样与计算，根据违规处理规则表进行判别，若发现有违规情况则对RFID 卡和监控平台的数据库进行信息更新，必要时通过输出信号控制继电器达到闭锁功能。

4 结 语

图6 过程监控流程示意图

图7 身份验证界面

本系统已应用于工地现场图，图7为终端开机前身份验证示意，目前已进行了多个工地现场的测试，有效杜绝了无证操作、违规操作和疲劳操作，降低了事故发生率，证明该方法是可行和有效的。

本方法还可集成于设备防干涉系统、设备状态监测系统等，可以提高施工安全技术，降低起重设备安全事故发生概率，为政府安全主管部门提供有效的监管手段，因此本系统的研发将起到较好的社会和经济效益。