基于RFID的城市照明设施智能巡检管理系统的设计与实现

郭明武，谭仁春，秦艳华，吴荡

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉　430022)



基于RFID的城市照明设施智能巡检管理系统的设计与实现

郭明武*，谭仁春，秦艳华，吴荡

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉430022)

摘要：城市照明设施设备的巡检管理工作是保障市民出行安全、维护城市形象的一项重要工作。本文针对传统巡检管理方法存在诸如“巡检效率低、巡检不到位，漏检错检严重、巡检结果时效性差”等问题，基于射频识别(RFID)、GIS、GPS、移动无线通讯等技术设计并研发了城市照明设施智能巡检管理系统。该系统不仅极大提高了巡检管理的效率与智能化程度，也解决了传统巡检方法存在的种种问题。

关键词：城市照明设施；智能巡检；RFID；GIS

1引言

城市照明设施指用于城市道路(含里巷、住宅小区、桥梁、隧道、广场、公共停车场)、不售票的公园和绿地等处的路灯配电室、变压器、配电箱、灯杆、地上地下管线、灯具、工作井以及照明附属设备等。除了担负城市安全照明、美化城市环境和改善城市投资形象等重要职能外，城市照明设施还是城市的形象标志与风景线，也是城市赖以生存和发展最基本的基础设施[1～3]。城市照明设施具有种类多、覆盖广与数量大等特点。由自然因素(如日晒雨淋等)及人为因素(如施工建设、交通事故等)导致老化或损坏的城市照明设施也呈现分布广、分布随机及数量庞大的特点，这让城市照明设施设备的巡检、管理与维护都面临着严峻的挑战。目前，各地对城市照明设施设备的巡检主要是通过人工手填信息的方式进行，该方式存在如下问题：巡检效率低、巡检不到位，漏检错检情况严重；巡检结果时效性较差；无法对巡检结果进行统一管理与评价[4]。这些问题严重影响了城市照明设施设备的运维管理与及时报修。

为了提高城市照明设施巡检管理的信息化与智能化水平，本文设计并研发了城市照明设施设备智能巡检管理系统，实现了城市照明设施设备的智能巡检与报修管理。

2“智慧”标识标牌的设计制作与安装

为了便于照明设施设备的智能巡检与管理，本文为照明设施设备设计制作了具有身份识别功能的“智慧”标识标牌。

2.1“智慧”标识标牌的设计

设计的“智慧”标识标牌包括以下内容：①所属道路名称：灯杆所属道路名称；②流水编号：标牌编号，单双分开，主干道马路两边一边是单号，一边是双号。如果只有单排路灯，就按顺序编写；③二维码：将灯杆的空间位置及相关属性信息与二维码进行关联，并将二维码印刷到标牌上，社会公众可以通过智能手机的二维码扫描功能对需要保修的路灯设施进行报修；④RFID设备：RFID芯片写入该标牌所对应路灯的路灯编号、设备编码等信息，供专业巡检人员使用专用设备对标牌中的智能芯片进行扫描读取，从而完成智能巡检[5]；⑤权属单位信息；⑥维修热线：当路灯设备设施出现故障时，告知用户报修联系方式。

社会公众除了可以利用“智慧”标识标牌进行故障路灯设施的报修，还可以通过标牌上的路名、具有定位意义的流水编号或二维码进行诸如求助报警、交通导航等方面的定位，从而提升路灯设施设备的社会服务职能。标识标牌的尺寸统一设计为：200 mm× 125 mm×1.0 mm。

RFID设备标示卡采用Philips Mifare1S50，国产复旦微电子仿S50芯片，存储容量：为 8 Kbit。工作频率为 13.56 MHz，读卡电路相应频率应保证在 13.56 MHz标准内。通讯速度为Kboud，读写距离最大为 10 cm，读写时间在 1 ms～2 ms，工作温度为20℃～85℃，擦写次数 >100 000次，数据保存>10年。2.2“智慧”标识标牌的制作与安装

“智慧”标识标牌安装制作的流程是：①首先按街区和道路采集用于固定“智慧”标识标牌的灯杆、变压器等设施设备数据。采集的数据内容主要包括设施设备的类型、空间坐标；②对采集的设施设备进行统一编号(流水号)，在编号时，尽量保证同一条道路上相邻的设施设备的编号相连；③按流水号顺序依次制作标识标牌；④将制作好的标识标牌进行外业实地安装。如图1所示为实地安装的“智慧”标识标牌的实例。

3智能巡检管理系统的设计与实现

3.1总体设计及技术路线

系统设计成由服务器端与客户端构成。服务器端对应“巡检监控管理平台”，主要负责巡检计划编制、巡检计划分发，巡检结果的查看及分析等。客户端对应“PDA终端”的智能“移动App”，主要负责巡检信息的录入上传等。

系统综合采用了射频识别(RFID)、GIS、GPS、移动无线通讯等技术。利用射频识别(RFID)实现照明设施设备的智能扫描；利用GIS技术实现巡检线路规划、巡检线路回放和照明设施设备的展示定位等；利用GPS技术实现巡检线路的跟踪记录与定位；利用移动无线通讯技术实现移动终端与服务器的移动通讯。

服务器端“巡检监控管理平台”采用B/S结构进行设计开发；基于.net 4.0平台的C#语言进行后台功能开发、前台开发采用语言JavaScript、jQuery以及ArcGIS API for JavaScript。GIS相关功能主要基于ArcGIS API for JavaScript开发；服务器对每项巡检计划生成一个唯一编号，并以该编号及时间标识每个巡检轨迹点，同时根据巡检编号与时间顺序来生成巡检轨迹线。

客户端“移动App”有Android版和IOS版，分别采用的开发平台为Android+ArcGIS API for Android以及IOS+ArcGIS API for IOS。采用GPS进行轨迹定位，并每 30 s向服务器发送一次定位信息。

3.2数据库的设计与实现

系统数据库分两大类，一类是存储巡检计划与巡检轨迹点的空间数据库，另一类是巡检结果、报修管理、字典管理及人员管理等信息的非空间数据库。采用的数据库管理系统为SQL Server，空间数据引擎采用ArcSDE。

3.2.1空间数据库设计

3.2.2非空间数据库设计

主要非空间数据库设计如表3所示。

3.3功能设计与实现

系统巡检的基本实现方式为：首先，服务器端通过“巡检监控管理平台”制定巡检任务。PDA终端的“移动App”通过移动无线网络与管理中心的后台服务器建立连接，并从服务器下载巡检任务。下载完成后，巡检人员先扫描自己的工作牌完成系统登录，并根据巡检任务的要求，到达巡检现场，打开巡检任务功能，逐个扫描标牌上的RFID芯片卡。PDA终端的“移动App”会自动显示该设备的相关信息。巡检员根据设施设备的状况，逐项选择填写巡检记录，并进行数据保存。保存后，“移动App”会将巡检结果通过移动无线网络提交并保存到服务器。其实现的原理如图2所示：

3.3.1巡检监控管理平台功能设计

(1)巡检计划管理。巡检通常分片区，按路段为单位进行。该模块主要实现巡检计划制定、巡检区域管理以及巡检信息字典的维护等。其功能主要有：①巡检计划：制定路段巡检计划；②任务分配：将具体的巡检计划分配给指导的巡检人员；③巡检进度：在地图上以不同的颜色区分巡检计划与已完成巡检的路段，并给出进度统计图表；④路段管理：设置各个片区巡检路段；⑤字典管理：对巡检的对象进行巡检分类、管理巡检信息的相关字典。

(2)巡检结果管理。该模块主要实现巡检结果的查询、查看与统计输出。其功能主要有：①巡检查询：以道路名、巡检人员姓名、巡检设施设备类型、故障类型或巡检时间等属性为关键字查询某个时间段内路灯设施设备的巡检结果；②巡检轨迹：在地图上对巡检轨迹进行回放查看，在回放时可以叠加巡检计划路线，以发现漏检情况；③漏检查询：结合巡检计划，自动对巡检结果进行漏检判断，并以列表的方式展示出来，同时还可以对漏检设施在地图上进行定位；④错检查询：现场维修人员将发现的错检信息上报到管理中心。通过错检查询可以查看巡检人员错检的情况；⑤结果统计：统计某个巡检人员巡检线路的长度、设施设备的总数量，任务完成百分比，漏检与错检数量及百分比等。

(3)报修管理。对社会公众上报的故障信息进行管理。主要功能包括：①报修登记；②报修查询。

(4)维修管理。对巡检中发现的与社会公众上报的故障设施设备维修情况进行管理。主要功能包括：①待修设备：查询某个时间段内巡检发现的与社会公众上报的故障设施设备信息；②维修登记：对设施设备的维修状态、维修人员、维修时间等信息进行编辑处理。

(5)系统设置。主要对巡检人员、部门及功能权限进行管理维护。

3.3.2移动App功能设计与实现

功能主要包括：①用户登录；②巡检计划下载；③设备扫描；④巡检信息录入；部分功能界面如图3所示：

4结语

城市照明设施的巡检管理工作是一项十分艰巨的任务。本文研发的城市照明设施智能巡检管理系统为我国城市照明设施巡检管理面临的种种问题提出了科学有效的解决方案。同时，该系统也为我国各大城市构建“智慧路灯”及“智慧城市”奠定了坚实的基础。目前，该系统已成功应用于武汉市全市路灯设施设备的巡检管理中。它不仅极大提高了武汉市城市照明设施巡检管理及报修的效率与智能化程度，还减少了武汉市城市照明设施的安全隐患，确保了大武汉每日的城市燃灯率。

参考文献

[1]赵宁. 以信息技术提升上海城市照明管理水平[D]. 上海：华东师范大学，2009.

[2]金长辉. 城市照明智能监控管理系统设计与实现[D]. 济南：山东大学，2013.

[3]齐嘉伟. 基于数字化城市管理系统的城市照明管理体系研究[D]. 天津：天津大学，2009.

[4]徐忠正，李竞，戴一坡等. 关于城市照明亮灯率和设施完好率考核方法的探讨[J]. 照明工程学报，2014(10)：57～59.

[5]平青. 基于物联网技术的城市照明控制系统[D]. 苏州： 苏州大学，2010.

Design and Implementation of the Intelligent Routing Inspection Management System for Urban Lighting Facilities Based on RFID

Guo Mingwu，Tan Renchun，Qing Yanhua，Wu Dang

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Key words：urban lighting facility；intelligent routing inspection management；RFID；GIS

Abstract：The routing inspection and management of urban lighting facilities is an important work to ensure the safety of citizens' travel and maintain the image of the city. At present，the existing method for the routing inspection and management of urban lighting facilities exists such problems as “low efficiency，high error ratio and poor timeliness”. In view of these problems，this paper designed and developed an intelligent routing inspection management system for urban lighting facilities based on RFID，GIS，GPS，mobile wireless communications technology. The application shows that this system not only greatly improves the efficiency and intelligence of the inspection management of urban lighting facilities，but also solves other problems in the traditional inspection method.

文章编号：1672-8262(2016)03-12-04

中图分类号：P208.2

文献标识码：A

*收稿日期：2015—09—27

作者简介：郭明武(1980—)男，博士，高级工程师，主要从事GIS研究工作。

基金项目：精密工程与工业测量国家测绘局重点实验室开放基金(PF2012)