基于蓝牙定位技术的危化品监控管理系统设计与实现

张贵强，戴毅茹，王坚

（同济大学CIMS研究中心，上海　201804）

基于蓝牙定位技术的危化品监控管理系统设计与实现

张贵强，戴毅茹，王坚

（同济大学CIMS研究中心，上海201804）

为了加强危化品在使用消费过程中的监控管理，论文提出了一种基于蓝牙定位的危化品监控管理系统。首先介绍了基于蓝牙定位的危化品监控管理系统的架构设计和功能模块设计，然后重点介绍了蓝牙定位技术、蓝牙信号衰减模型、蓝牙定位服务器的搭建，最后对功能模块进行了介绍。

蓝牙定位；危化品；MVC架构

0　引言

随着工业生产的发展，焊接、喷涂等现代工艺已经得到大规模应用，危化品在工厂日常生产制造中的应用日益广泛。危化品具有易燃、易爆、有毒、腐蚀、放射性等性质，因此对存储和使用环境要求很高，在危化品的消费、使用过程中，受生产力发展水平低、从业人员素质低、安全生产基础差等因素的制约和影响，安全事故频发，因此亟需加强危化品在使用过程中的监控管理。针对生产企业制造车间对危化品的管理还停留在纸质危化品工票管理的落后情况，本文将危化品的管理信息化，系统化，本文还采用室内定位技术，实现对危化品实时位置、历史轨迹的监控。

1　系统设计

1.1架构设计

该系统主要包括两部分：定位系统和应用层。定位系统硬件数据采集模块包括固定蓝牙节点阵列，移动蓝牙标签，网络路由器设备等。定位系统服务器按照一定的频率收集硬件采集到的数据，计算出标签所在的区块和具体位置信息，并将该信息加上采集信息时间戳存放到数据库中，定位系统提供查询实时位置信息和历史位置信息的接口。应用层采用微软的MVC架构，Model层又称为数据层，负责和定位服务器进行数据交互，通过对定位服务器接口的调用，获取危化品的位置信息。数据层还负责和危化品基础信息数据库的交互，实现对数据库的读取、添加、更新、删除等操作。View层又称为表现层，提供用户和系统交互的接口，负责向系统发出请求数据和系统响应数据的展现。Controller层是应用层的核心，是数据层和表现层的桥梁，负责系统业务逻辑的实现和系统内数据的传递。系统架构如图1所示。

图1　危化品监控管理系统架构图Fig.1 System architecture diagram of hazardous chemical monitoring and management system

1.2功能设计

基于蓝牙定位技术的危化品监控管理系统主要包括危化品基础信息管理，相关制度管理，危化品申请领用管理，危化品实时监控，危化品历史轨迹和报警这六个主要功能，该系统的功能架构如图2所示。

图2　危化品监控管理系统功能图Fig.2 System function diagram of hazardous chemical monitoring and management system

其中基础信息管理主要包括危化品各种属性信息的录入，修改等，电子标签信息管理主要是将电子标签和危化品一一对应。车间相关信息主要是车间区块的划分等信息。在基础信息管理模块，利用对象关系映射，构建危化品类，利用面向对象封装的思想将危化品类的数据进行封装，并提供对数据进行添加，修改，删除，读取的方法。

相关制度管理主要是对危化品管理的相关文件信息管理和文件的存储，此处相关制度包括危化品使用操作规程，申请领用制度等。

危化品的申请领用管理主要是对申请领用流程的管理。首先由需求单位在系统提出危化品的申请清单，并录入相关需求信息和原因，上级审核部门审核需求单位提出的危化品使用申请，如果符合规范则同意申请，不符合规范则退回申请。申请人员在申请得到批准后到库房领取相应危化品，在危化品进入车间之前贴上蓝牙标签，并在系统录入标签信息。危化品进入车间，监控开始。由于危化品一般都是放在固定的容器中，不能严格按照需求量精确领取，因此在一道工序完成时，危化品可能会存在剩余。危化品的领用人就可以根据需求，放在车间继续使用，但要根据公司规章制度通知相应的安全管理员。如果确定短时间内没有其他用途，应退还到仓库，危化品离开车间前，应在安全管理员的确认下，解除定位标签，并在系统中注销掉该危化品，然后退还到相应仓库，危化品申请领用流程如图3所示。

图3　危化品申请领用流程图Fig.3 Application flow diagram for hazardous chemical

实时监控管理提供单个危化品实时位置查询功能和车间所有危化品实时监控的功能。用户可以查询指定的危化品，也可以用大屏幕实时显示监控车间内所有的危化品，当发生安全事故或者灾难时，可以迅速找到所有的危化品，协助进行相关处理。

历史轨迹主要是查询某一危化品某一时间段内在车间内的位置轨迹，当安全事故发生后可以用来辅助调查事故原因。

报警功能使用定时器，定时扫描车间内的危化品，查询该类别危化品禁止进入的区块，进而判断该危化品是否在非法区块，在非法区块则在前台弹出报警页面，显示报警信息，不在非法区块则完成此次扫描，等待定时器触发下一次扫描。

1.3蓝牙定位系统设计

蓝牙技术是一种短距离的无线通信技术，蓝牙技术提供的功率控制方法和参数有：接收信号强度（Received Signal Strength Indicator，RSSI），链路质量（Link Quality，LQ），传输功率级（Transmit Power Level，TPL）等，这些控制方法和参数使蓝牙技术具备了实现室内定位的基本条件。蓝牙技术提供了基于信号强度的定位方法，利用蓝牙发送者和接收者之间的距离和RSSI的关系，判断单个标签和单个天线的距离，采用三角定位来估计位置。基于信号强度的定位方法主要是根据蓝牙信号的传播模型，利用蓝牙信号的衰减特性来建立信号强度和距离之间的关系，本文采用的是基于路径丢失的信号传播模型，模型定义如下：

其中：PL（d）—在距离为d时接收到的信号强度；［dB］—信号的强度单位；PL（d0）—在距离为d0时接收到信号的强度；α—路径衰减因子，反映的是距离和传播功率路径损耗的关系，XσL表示的是零均值、正态分布随机变量噪音；σL—标准偏差。其中PL（d0）、α、XσL需要确认，d0一般取1米，根据采样数据利用线性回归的方法可以估算衰减因子α和随机变量XσL。

蓝牙定位系统硬件部分主要包括在车间布置的网状分布固定蓝牙阵列，将车间的大空间分布为一个一个的网格，固定蓝牙节点的位置尽量在保证整体布局的情况下接近电源，减少布线。

蓝牙定位服务器包括数据收集单元，数据计算单元和数据存储单元，数据收集单元主要负责和硬件的交互，按一定的频率向硬件发送数据请求指令，固定蓝牙节点阵列收到数据请求指令，扫描范围内的移动蓝牙节点，查询信号的强度，链路质量等信息，并将这些数据反馈给数据收集单元，数据收集单元将收集到的数据传递给数据计算单元，数据计算单元根据蓝牙阵列收集到的数据和蓝牙阵列的位置信息，计算出移动蓝牙节点所在的区域块和相对于蓝牙阵列的具体位置。数据存储单元包含一个关系型数据库，数据库中主要包括固定蓝牙阵列的信息和移动蓝牙节点的位置信息。固定蓝牙阵列的信息主要包括固定蓝牙节点的编号，相对于车间的位置等信息，移动蓝牙节点的信息主要包括节点的编号，位置信息，数据采集的时间等信息。定位系统的架构如图4所示。

图4　定位系统架构图Fig.4 System architecture diagram of locating system

2　系统实现

基于蓝牙定位技术的危化品监控管理系统定位系统硬件采用市场上应用成熟的蓝牙组件和蓝牙标签，服务器端部署一台运算服务器和一台数据库服务器，运算服务器采用C#语言开发，数据库服务器采用Microsoft SQL Server 2008作为数据库。应用层采用B/S模式，基于微软MVC架构用C#语言开发。

系统主界面是危化品基础信息的列表，用Bootstrap开源库中的控件来实现。在该页面可以进行系统中危化品基础信息的添加、更新、删除等操作，还可以选取要进行实时监控和历史轨迹监控的危化品。报警信息也是在该页面弹出呈现。实时监控的界面如图5所示。

图5　实时监控模块界面Fig.5 Interface of real-time monitoring module

3　结束语

基于蓝牙定位的危化品监控管理系统解决了危化品使用车间危化品管理落后、复杂、信息化水平低的问题，优化了危化品管理的流程，提高了危化品管理的信息化水平，针对申请领用流程的监管，实现了危化品管理的责任明确和分级监督。该系统还实现了对危化品实时位置和历史轨迹的监控，安全管理员可以有效的监控进入车间的危化品，实现了集中管理。报警功能的实现则可以有效降低危化品进入非法区域的危险。

该系统和安全生产系统工程的其他技术相结合并应用到某大型制造企业的安全生产综合管理系统中，加强了对危化品的监控管理，减少了企业危化品安全事故的发生，提高了企业的安全管理信息化水平。

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Design and Implementation of Hazardous Chemical Monitoring and Management System Based on Bluetooth Locating Technology

ZHANG Gui-Qiang，DAI Yi-Ru，WANG Jian
（CIMS Research Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

To enhance the monitoring and management of hazardous chemical in consumption process，this paper delivers a hazardous chemical monitoring and management system based on Bluetooth locating technology.Firstly，the paper introduces the design of architecture and function module of the hazardous chemical monitoring and management system，then it emphasizes the Bluetooth locating technology，Bluetooth signal attenuation model，constructing of the Bluetooth locating server.Finally，it introduces the function module.

bluetooth locating；hazardous chemical；MVC structure

TP29

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.012

1002-6673（2015）01-035-03

2014-12-07

项目来源：上海市信息化发展专项资金项目（2011010117）；2013年上海市信息化发展专项：基于物联网的大型电气电站设备安全生产综合管理系统

张贵强（1989-），男，河南永城人，硕士研究生。研究方向：智能生产系统，安全系统工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授，研究方向：先进制造理论和企业建模。