基于LBS与二维码的工厂管线巡检系统设计与实现

杨 恒

（中冶集团武汉勘察研究院有限公司,湖北 武汉 430080）

1 引言

各类地上地下管线是工业企业的重要基础设施,日夜担负着为生产提供物质、信息和能源的繁重任务,堪称企业的“生命线”[1]。然而,管道老化、腐蚀、泄漏等诸多不安全因素的增多,严重威胁着工厂的安全生产运行,导致工厂产生巨大的经济损失。因此,管线巡检工作就显得非常重要。

目前国内外管线巡检系统主要分为两类:①基于RFID的巡检系统,在巡检路线上安装接触式或射频式的信息按钮,通过接收机读取电子标签数据,检查巡检人员是否到位；②基于GPS和移动通信网络的巡检系统,通过GPS定位结合地图的方式精确识别巡检人员是否到位。前者操作繁杂、效率低下。后者是目前工厂中常用的巡检方式,但是对于地形复杂的区域或者室内,GPS信号会受到干扰,定位误差大甚至出现无法定位的现象,存在巡检盲区。

本文提出的基于LBS(位置服务)和二维码(存储巡检点位的坐标)的工厂管线巡检系统,以LBS定位为主、二维码定位为辅的方式可有效解决巡检盲区的问题,且操作简单、高效、维护方便。

2 关键技术

2.1 ArcGIS Server地图服务

ArcGIS Server是用于构建集中管理、支持多用户并发的企业级GIS应用平台,具有强大的数据空间管理、空间分析、地图可视化、数据编辑等功能[2]。ArcGIS Server可发布多种类型的地图服务,包括:Map Server(切片/动态地图服务)、Feature Server(要素地图服务)、Geometry Server(几何服务)等。在本系统中使用ArcGIS Server发布工厂管线大比例尺的专题地图服务,与天地图进行无缝融合,并提供了浏览、查询、量测等功能。

2.2 LBS技术

基于位置的服务即Location Based Service(LBS),简称位置服务,是指以卫星定位、通信基站定位、无线网络定位等定位技术为基础,结合地理信息系统（GIS）,通过互联网、无线网络与移动通信网络为用户提供的与位置相关的信息服务[3]。目前很多互联网公司都提供了LBS位置访问接口服务,如:百度LBS、高德LBS、腾讯地图LBS等。

百度LBS为Android移动端应用提供的一套简单易用的定位服务接口,提供了GPS、基站、WiFi等多种定位方式,适用于室内、室外多种定位场景,具有出色的定位性能；而且百度LBS定位频率可以自定义设置。因此,本系统移动端采用了百度LBS来获取巡检人员的实时位置。

2.3 二维码技术

二维码又称QR Code,是近年来主流的一种编码方式,具有信息容量大、编码范围广、容错能力强、可靠性高、成本低等特点。二维码制作非常简便,使用二维码生成工具生成二维码,然后打印出来即可。同样二维码识别也很容易,手机上很多APP都提供了扫一扫功能,利用此功能,可以快速识别出二维码的内容。在工厂管线巡检系统中,使用二维码存储巡检点位的坐标数据,用于定位巡检人员的当前位置。

3 系统设计

3.1 架构设计

工厂管线巡检系统采用BS+MS的混合体系架构设计,分为管线巡检系统监控端和管线巡检系统移动端两个部分。系统架构图如下图1所示:

图1 系统体系架构图

管线巡检监控端采用B/S架构实现。在后台服务器端使用ADO.NET和C#实现数据库查询、修改、更新和删除等操作；并使用Web Service进行封装,提供与前端进行数据交换的接口。在客户端,使用ArcGIS Server For JavaScript API和Jquery+Dojo实现地图的显示、浏览、查询功能及其他巡检业务功能。

管线巡检移动端采用M/S架构实现。在服务器端同样使用Web Service技术实现移动端与服务器端的数据交互。在移动端,以ArcGIS Server For Android和Android Framework为基础,使用JAVA语言实现移动端的巡检功能。

3.2 功能设计

巡检系统包括监控端和移动端。监控端功能模块主要包括:地图基础功能模块、事件管理功能模块、任务管理功能模块、巡检监控功能模块、统计分析功能模块、系统配置功能模块。移动端巡检功能包括:地图基础功能模块、定位、到位震动提醒、接收和查看任务、事件上报、二维码扫描、查看历史事件及修改个人信息等功能。系统功能结构图如下图2所示。3.3 数据库设计

系统数据库包括工厂管线及附属物专题数据库、巡检业务数据库、配置文件数据库三个部分。工厂管线及附属物数据采用ArcGIS提供的GDB数据库进行存储,数据包括:燃气管线及附属物、给水管线及附属物、排水管线及附属物、电力管线及附属物、通信管线及附属物、热力管线及附属物、工业管线及附属物。巡检业务数据使用MySQL数据库进行存储,主要包括:事件信息表、巡检人员信息表、巡检任务信息表、巡检点信息表、巡检路线信息表、巡检设备信息表、巡检人员的巡检位置信息表、用户权限信息表及其他配置信息表。配置文件数据库则包括系统配置的信息和资料文件,如:xml文件、图片等文件资料。数据库结构图如图3所示。

图2 系统功能结构图

图3 数据库结构图

4 系统实现

4.1 巡检监控端功能实现

(1)基础GIS功能。①地图浏览:可对地图进行平移、放大和缩小等操作；②管线量测:量测管线的长度；③信息查询:查询该管线的属性信息；④图层切换:可切换矢量底图和影像底图。

(2)事件管理。①事件总览:通过列表的方式展示当月巡检人员上报的事件,支持按事件名称、事件上报日期、事件上报人、事件状态等方式查询；②今日事件分布:在地图上展示当天发生事故的位置分布,点击事故图标可查看事故详情；③历史事件分布:在地图上展示过去某段时间范围内的事故分布。

(3)任务管理:①巡检路线设置:管理员可设置巡检路线,并可在地图上查看；②巡检点位设置:管理员设置巡检点位名称、坐标、巡检路线、精度等信息,可手工输入巡检点位坐标,也可以在地图上选择巡检点位,针对GPS信号不好的区域可以创建巡检点位的二维码；③巡检计划制定与分派:管理员首先制定巡检计划并指定巡检人员,然后按周或月批量生成巡检任务,同时也可以添加、修改或者删除某个巡检任务。

(4)巡检监控:①当前位置和移动轨迹:可在地图上查看巡检人员的当前位置和移动轨迹；②历史轨迹查看:可在地图上查看巡检人员某天的历史轨迹。

(5)统计分析。①事件上报统计:统计每位巡检人员上报的事故数量,并以图表的方式展示；②事件趋势分析:统计每年每个月的事故数量,以曲线图的方式展示,通过比较分析出管线发生事故的趋势；③巡检执行率:按照巡检任务中巡检点位的到位率统计巡检人员的工作量。

(6)系统配置和权限管理。管理员可对单位、部门、班组、巡检设备信息、巡检设备状态等进行添加、删除和修改；也可设置管理人员、巡检人员的信息、角色。

4.2 巡检移动端功能实现

(1)基础GIS功能。同巡检监控端一致,包括地图浏览、管线量测、信息查询、图层切换。

(2)我的任务。巡检人员登录移动巡检APP后,巡检任务图标上会使用红色new图标提醒巡检人员有新的巡检任务,并可查看该任务详情,实现效果如图4所示。

(3)事件上报。巡检人员在巡检过程中一旦发现管线泄漏、连接设备故障等事件后,可使用该功能向服务端提交事件的详细情况,如图5。

(4)二维码扫描。在巡检路线中出现定位误差大或无GPS信号时,可扫描巡检点位上的二维码,获取该点的坐标并自动上传到服务器。

(5)历史事件。查看个人上报的历史事件,可通过地图上的事件分布图标查看详情。

(6)其他功能。①定位:获取当前位置并在地图上显示；②巡检:开启或者关闭巡检。③个人信息:查看和修改个人信息。④震动提醒:巡检人员到达巡检点位置后,手机会通过震动的方式提醒已经到达巡检点。

图4 巡检移动端主界面

图5 事件上报界面

5 结语

管线巡检的主要目的是为了及时发现设备隐患和泄漏事故,并能尽快对事件进行处置。由于日常的巡检维护工作重复性强,部分巡检人员容易产生厌烦心理,导致对巡检工作出现懈怠,经常不按时进行巡检,捏造填写巡检报告,这样就明显偏移了设置巡检岗位的目的。因此,为了解决上述问题,系统采用LBS和二维码相结合的方式,利用大比例尺地图精确地展示巡检人员的当前位置和历史轨迹,杜绝了巡检不到位、巡检不及时的问题。该系统目前已经在多个大型的工业企业中得到应用,并取得了很好的效果。

[1]翟贺,李永录,邓明.工业企业管线安全技术及其应用[J].工业建筑,2005,35(z 1):976-978.

[2]师俊峰.基于ArcGIS Server的WebGIS研究和实现[D].长沙:中南大学,2009.

[3]吴琼,许明金,马俊英,等.对LB S发展的几点思考建议[J].天津科技2017,44(3):20-24.