基于UHF_RFID与高清网络摄像技术的矿车管理系统

吴 　 兵

(安徽工贸职业技术学院 计算机系，安徽 淮南 232001)



基于UHF_RFID与高清网络摄像技术的矿车管理系统

吴 兵

(安徽工贸职业技术学院 计算机系，安徽 淮南 232001)

大量生产设备的使用给煤矿的高产提供了支持，但也增加了管理难度，本文提出一种基于微波射频识别技术和高清摄像的矿车管理系统。该系统具有矿车定位、物料识别、矿车进出自动化管理和无人值守等功能。该系统的使用可有效提高矿井工作效率和提升矿井现代化管理水平。

矿车管理系统；UHF_RFID；高清摄像；识别标签

传统的矿车管理使用手工录入信息，不仅耗时，而且误差率大，还容易滋生人为舞弊行为，给企业造成大量经济损失。随着煤矿自动生产水平的不断提高，越来越多的自动化生产设备投入使用，为煤矿的安全高产提供支持。但大量设备的投入使用不仅成本较高，而且也增加了管理的难度。因此，有效地管理煤矿设备以及重要物料成为煤矿管理中的难题。

为了对矿车进行信息化管理，一些矿井在每辆矿车上安装定位识别卡[1]，但由于矿井环境的影响，定位识别卡使用一段时间后就会严重受损或者丢失。此外，目前矿车定位系统只能够跟踪矿车的行驶路线，并不能监控矿车的进出状况和其他信息。随着远距离微波射频识别(UHF_RFID)技术[2]的发展，一些信息化程度较高的矿井采用基于UHF_RFID的矿车进出管理系统[3]，在一定程度上提高了矿车进出管理的工作效率。在此基础上，进一步提出了基于UHF_RFID及高清网络摄像技术的矿车管理系统。当安装有射频识别卡的矿车进入读卡器感应区被识别时，将触发高清摄像设备进行矿车的图像采集，通过采集的图像对工作情况进行跟踪，实现无人值守。

1　相关技术介绍

1.1UHF_RFID

UHF_RFID是指超高频无线射频技术，阅读器是读取Tag(标签)的阅读设备，通过和标签耦合进行读取。UHF_RFID实现了免接触读写的功能，具有穿透性强、抗污染能力和耐久性强等特点,并且可在恶劣的环境下工作。

1.2高清网络摄像

高清网络摄像机的高清功能体现在可以连续采集最大分辨率大于720 P(1 280×720)，甚至超过FullHD(1 080 P，分辨率1 920×1 080)到分辨率更高的2 048×1 536画面。同时，网络摄像机将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过RJ-45以太网接口或WIFI WLAN无线接口直接传送到网络上，通过网络即可远端监视画面。

1.3开发平台

本系统软件开发采用基于. NET 4.0框架技术，.NET包含许多有助于互联网和内部网应用迅捷开发的技术。.NET Framework 是微软公司继Windows DNA之后的新开发平台，.NET提供了一个新的反射性的且面向对象程序设计编程接口，有利于与硬件的二次开发接口进行交互。

2　系统实现

2.1系统体系结构

整个系统拓扑结构如图1所示。

图1系统拓扑结构图

首先，根据现场环境分别在进出口两端各安装两台网络高清摄像机，以便能够从不同方位采集矿车的高清图像，采集的图像信息通过网络交换机经TCP/IP协议传输至服务器主机。其次，在进出口两端分别安置一台UHF_RFID读卡器，两端读卡器将持续进行射频信号的读取，识别卡(Tag)被读取后的信息通过网络交换机经TCP/IP协议传输至服务器主机。最后，系统管理软件安装在服务器主机，由网络交换机传输进来的图像及标识卡信息经过系统软件处理后保存至数据库系统中。

2.2系统实现

矿车管理系统开发平台采用微软.NET FramWork4.0框架，开发工具VS2010，开发语言C#，数据库管理系统使用Sql server 2008。

系统中，首先将识别标签粘贴在被识别对象上(矿车适当位置处)，当标签进入UHF_RFID阅读器的读写范围后即磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在识别标签芯片中的信息(即Passive Tag，被动式标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，主动式标签)，阅读器读取信息并解码后，送至后台计算机信息系统进行有关数据处理。主要代码如下：

private void txt_Set_cardCode_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e)

{

if (e.KeyChar == (char)(Keys.Return))

{ //获取数据表中矿车基本信息

DataSet dsSetRegisTable = DbHelperSQL.Query("select * from CarInfo_Table where Car_RfidCard_code ='" + txt_Set_cardCode.Text.Trim() + "'");

if (dsSetRegisTable != null && dsSetRegisTable.Tables[0].Rows.Count > 0)

{

Car_id = dsSetRegisTable.Tables[0].Rows[0][" Car_id "].ToString().Trim();

Car_defaultCode= dsSetRegisTable.Tables[0].Rows[0][" Car_defaultCode "].ToString().Trim();

CameraWork (Car_defaultCode); //进行摄像头信息采集摄像

}

else

{

MessageBeep(0xFFFFFFFF);

}

}

}

矿车图像采集可通过网络高清摄像设备生产厂商提供的SDK进行二次开发[4]。DLL动态库文件经注册后，使用其抓拍函数实现图像的获取，再经二进制流转换后存储在SQL数据库表中。主要代码：

Private Long Capture(string szFileName)//入参图片临时保存路径，返回长整形数据

{

long result; static BYTE parms[] =VTS_BSTR; //使用ref传递结果参数

InvokeHelper(0xf1, DISPATCH_METHOD, VT_I4, ref result, parms,,szFileName);

return result;

}

软件实现上采用Thread线程调用时应防止与应用程序主线程的冲突，造成系统软件出现崩溃或长时间停滞情况。使用Thread代理线程这一方式显著的优点在于，不会像Timer控件那样容易造成软件界面的卡停，这是因为一旦主线程调用Thread后，Thread代理程序将会单独执行，此时与主程序运行无关，从而不会影响软件界面的卡停现象

2.3系统功能组织结构

整个系统分为5大模块，如图2所示。

图2系统组织结构图

1)矿车基本信息管理。矿车的基本信息包括矿车自重，生成日期，运行时间，最近一次维护时间等。这些信息经关联识别卡后存放在服务器Sql Server数据库表中，在系统运行中可随时进行矿车基本信息的增删改查操作。

2)射频识别卡管理。对于射频识别卡(Tag)首先进行识别卡内信息的设置，考虑实际应用仅在识别卡内设置卡号。通过开发射频卡程序所需要的动态链接库，可方便对识别卡进行读写操作，写卡完成的同时应把识别卡相应的卡号存放在Sql Server数据库表中，以方便进行识别卡与矿车的关联操作。

3)高清图像采集管理。当安装有射频识别卡的矿车进入读卡器感应区被识别时，将触发高清摄像设备进行矿车的图像采集。

4)矿车进出记录检索。根据时间段选择、矿车编号等检索条件实现矿车工作过程的记录跟踪、显示矿车信息、进出场景图像，并实现矿车工作量统计报表，作为单位工作绩效的考核依据。

5)系统用户管理。对系统使用人员分配登录账号、权限管理，实现系统用户的增、删、改、查，并依据用户的角色分配相应的使用权限。

2.4系统主要数据结构设计实现

系统的相关数据结构及说明：射频卡采集表(表1)存放每张Tag识别卡号及相对应的备注信息；矿车基本信息表(表2)保存矿车的基本信息，同时设置一个与表1主键相关联的字段(表外键)；图像信息采集表(表3)用来保存高清摄像采集的图片信息，同样设置一个与表1主键相关联的字段(表外键)，表1与表3之间为1∶n的关系；矿车工作记录表(表4)保存矿车进出时间，其中设置2个外键，分别对应矿车基本信息表(表2)与射频卡采集表(表1)，均为1∶n的关系。

表1　射频卡采集表

表2　矿车基本信息表

表3　图像信息采集表

表4　矿车工作记录表

3　总　　结

在矿车运输设备管理中使用UHF_RFID二次开发技术进行非接触式信息处理，同时利用网络高清摄像头二次开发技术采集矿车工作过程中高清图片，实现对矿车自动识别管理，从而实现自动化管理目标，从很大程度上提高矿井的管理效率，并且系统具有良好的扩充性。与同类系统产品相比较，在功能上扩充了矿车进出站点及运行过程中的动态图像显示功能，更好地把握检索矿车在运输物料时的详细情况；在性能上采用主线程运行UHF_RFID读卡器读取矿车动态移动情况，同时触发Thread代理子线程进行高清网络摄像头采集矿车移动图像，克服了以往同类产品中使用Timer控件造成运行程序卡顿、假死机的情况，提高了系统运行的稳定性。 因此，基于UHF_RFID射频识别技术及高清摄像的矿车定位与物料识别系统在矿井建设领域中有广阔的应用前景。

[1] 郝树华, 齐宝军, 周玉贵. 矿车自动调度及管理系统简介[J]. 金属矿山, 2004, 11: 50-56.

[2] 游战清, 李苏剑. 无线射频识别技术理论与应用[M].北京：电子工业出版社, 2004.

[3] 康秀光, 刁宏轩, 刘立峰. 基于RFID技术的车辆管理系统设计[J]. 黑龙江科技信息, 2009(3): 51.

[4] SDK开发包. 威视达康网络高清摄像头[EB/OL] .(2001-01-16)[2015-10-04].http://www.vstarcam.cn/product-53.html.

A Tramcar Management System Based on UHF_RFID and High-Definition Camera

WU Bing

(School of Computer, Anhui Polytechnic of Industry and Commerce, Huainan, Anhui 232001, China)

The use of a large number of production equipment provides support for coal mine high yield. However, it also increases the difficulty of management. In this paper, we propose a tramcar management system based on microwave radio frequency identification and high-definition camera. This system has the following main functions: tramcar positioning, material identification, automation management, and unmanned on duty. Using this system can effectively improve work efficiency of the mine and the mine modernization management level.

tramcar management system; UHF_RFID; high-definition camera; identification card

2015-12-21

省高校自然科学科学研究项目(KJ2015gm001)。

吴兵，男，安徽淮南人，硕士，安徽工贸职业技术学院计算机系讲师，研究方向为企业ERP。E-mail: 549256106@qq.com

时间：2016-8-17 11:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160817.1131.022.html

TP391.4

A

1007-4260(2016)03-0082-04

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.03.022