物联网技术支持下勘测生产监控与设备资源管理信息系统的研究与实现

朱 霞，王思锴，马全明，王 亮

(1. 北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京 100101； 2. 中国铁路出版社，北京 100054)



物联网技术支持下勘测生产监控与设备资源管理信息系统的研究与实现

朱 霞1，王思锴1，马全明1，王 亮2

(1. 北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京 100101； 2. 中国铁路出版社，北京 100054)

针对勘测企业在生产过程中存在的传统的内部管理模式跟不上信息化形势发展的需要，管理模式生产效率低、重要资产管理不到位、配置不合理等问题，将物联网技术应用到勘测企业对生产过程监控和设备资源管理中，通过采用GPS定位终端、RFID标签、传感器、移动终端设备等硬件设备及物联网、GIS、互联网等技术，开发了勘测生产监控与设备资源管理信息系统, 系统集成了项目信息管理、车辆管理、仪器管理、钻机管理、班组管理等功能，实现了对勘测生产过程、设备运转情况的全面监控，大大提升了勘测企业生产过程和设备资源的管理水平，降低了生产成本，为勘测企业的生产过程监控和设备资源的管理工作提供了有效的信息化手段。

生产过程监控；设备资源管理；物联网技术；GPS定位；GIS技术；互联网技术

近年来，随着我国对基础建设投资的加大，勘测企业的生产规模不断扩大、工程数量不断增加，但是，勘测企业传统的内部管理模式却跟不上信息化发展的需要，传统的人工作业方式及管理模式在日常生产管理中暴露出生产效率低、重要资产管理不到位、配置不合理等问题。在市场竞争日益激烈的新形势下，如何提高生产率、降低生产成本，对生产流程进行有效管理和监控，对仪器设备等资源进行合理配置，是传统勘测企业所面临的一个迫切需要解决的问题。

物联网(the internet of things)技术是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

将物联网技术应用到勘测企业的生产过程监控和固定资产管理中，通过采用GPS定位终端、RFID标签、传感器、移动终端设备等硬件设备及物联网、GIS、互联网等技术，开发出勘测生产监控与设备资源管理的信息系统,能有效实现对勘测生产过程、设备运转情况的全面监控，提升车辆、仪器设备、钻机等重要设备的管理水平和使用效率。

一、系统建设的目标和主要任务

1. 建设目标

以GPS、条形码+RFID、GIS等技术为基础，同时结合当前B/S架构下的主流信息系统技术，建立勘测生产监控与设备资源管理信息系统，通过对勘测生产过程、设备运转情况进行全面监控，保证人员和设备的安全，提升重要设备的使用效率，对企业重要资产进行有效管理，使企业各种资源达到最优化配置，以降低生产成本，提高企业效率，提升管理水平。

2. 主要任务

系统主要完成了以下几个方面的研究任务：

1) 利用GPS技术，在车辆、仪器和钻机上分别安装GPS监控终端，实现对企业重要资产的外业生产使用情况和运行轨迹的监控，从而对企业重要资源进行有效管理和合理调配。

2) 利用RFID+出入库读写器，通过刷卡扫描的方式，在PC端和手机端同时实现对仪器设备进行入库、领用登记、基本信息维护等管理，用电子登记替代纸质仪器借用台账的方式。

3) 根据钻机的工作情况，量身定制钻机监控终端(传感器+监控仪表+PLC控制器+GPS终端),通过拉伸位移传感器记录位移变化、PLC控制器进行数据中转和协议解析、GPS终端将收到的数据上传至服务器、监控仪表安装在驾驶室里实时监控钻机进尺深度的变化，实现了对钻机进尺深度的自动监控，从而进一步保证了钻探工作数据的真实性和准确性。

4) 通过移动终端采集设备的位置、状态信息，以及项目的进展信息，汇总成整个项目的进展状况，对项目进行综合展示、评价、查询统计及分析。

二、系统总体设计

1. 系统总体框架

系统采用分层架构设计，从逻辑上可将该系统分为4层，如图1所示，从下往上依次为基础设施层、数据资源层、技术体系层和应用界面层。

图1 系统体系结构

基础设施层是构建信息化系统的硬件基础，主要涉及的硬件设备包括网络设备、安全设备、存储设备和监控设备的配置及部署，这些是应用系统运行的基础。

数据资源层指整个系统管理的所有数据信息，包括业务信息、二维地理信息，以及其他一些系统配置信息和管理信息等。

技术体系层包括系统中用到的各种技术，包括WebGIS 技术、组件技术、嵌入式开发技术、GPS定位技术、RFID技术等。

应用界面层面向最终用户，提供桌面端和移动端两种形式，生产监控系统基于WebGIS技术、物联网技术，采用B/S + 移动APP形式，分别部署在桌面端和移动手机终端上。

2. 系统功能设计

系统设计为桌面端和移动端两种方式，分别部署在桌面端和移动手机终端上，该系统的功能结构如图2所示。桌面端面向所有用户，针对普通用户开放项目信息管理、班组管理、车辆管理、钻机管理和仪器管理等功能，针对系统管理员开放GPS终端管理、用户管理、权限管理等系统管理功能。移动终端的功能相对简化，主要针对普通用户，实现前端地图浏览查询等功能，同时也可以通过扫描安装在仪器上的电子标签，轻松实现仪器出入库、台账登记等功能。

图2 系统功能结构

3. 数据库设计

系统数据库设计方案的对象包括物理结构和逻辑结构的对象。采用关系数据库模型对数据进行组织和管理，按照对象的不同用途、特点，将数据库对象按模块进行划分和关联。各模块之间的关系如图3所示。

图3 模块结构关系

系统管理模块为各模块提供基本的权限控制，为各模块提供机构组织关系；设备模块是执行任务模块的实际主体之一，与通信模块进行消息的交互，同时将消息记录到监控模块；监控模块记录设备通过通信模块发过来的监控信息；统计分析模块通过监控模块并结合业务处理模块进行分析统计。

三、系统功能的实现

依照本文对生产监控与管理信息系统的设计及技术路线，根据勘测企业的业务需求，从功能上将系统划分为项目信息管理、班组管理、车辆管理、仪器管理、钻机管理和系统管理6大核心模块。

1. 车辆设备管理

车辆管理模块是本系统核心功能模块之一，通过在车辆上安装移动终端，实时监控车辆设备位置状态、追溯车辆轨迹、统计行驶里程，提高了车辆设备管理水平、降低了项目成本，车辆管理模块包括车辆基本信息维护、车辆位置监控、运行轨迹回放、行驶里程管理、油耗统计等功能。

对车辆型号、所属部门、城市等基本信息管理进行维护和管理，包括添加、删除和编辑(如图4所示)。

图4 车辆基本信息维护

根据安装在设备上的GPS终端定时回传的位置，可以得知设备最新的位置所在。可以在地图上展示所有设备当前位置。另外可以通过APP或PC端管理后台主动下发指令对设备进行监控实时定位(如图5所示)。

图5 车辆位置监控

根据安装在设备上的GPS终端定时回传的经纬度数据，可以得知设备的历史轨迹线路。可以根据时间段查询历史GPS经纬度记录，从而在地图上形成设备运行路线，并且可以按照速度播放路径(如图6所示)。

图6 运行轨迹回放

对指定时间段的车辆进行行驶里程统计，为班组统计、季度考核、成本核算提供参考和辅助决策帮助(如图7所示)。

图7 行驶里程管理

2. 仪器设备管理

设备管理是本系统核心功能模块之一，包括仪器设备基本信息维护、仪器设备监控、设备出入库管理等功能。在设备上安装RFID电子标签，通过智能手机识别固定在仪器设备上的电子标签，从而实现设备出入库等操作。同时，在重要资产设备加装定位监控终端，实现对重要仪器设备的位置监控和轨迹回放。

设备信息包括设备名称、设备型号、设备采购时间、设备出厂时间、设备照片、设备编号(RFID编号/GPS编号)等(如图8所示)。

图8 仪器设备基本信息维护

设备出入库的记录内容包括：设备名称、设备型号、设备编号(RFID编号)、领用人、操作员、领出日期、仪器使用状态、归还日期、仪器使用后状态、管理员签字、所属项目名称、备注等信息(如图9所示)。

根据安装在设备上的GPS终端定时回传的经纬度数据，可以得知设备的历史轨迹线路。可以根据时间段查询历史GPS经纬度记录，从而在地图上形成设备运行路线，并且可以按照速度播放路径，如图10—图11所示。

图9 设备出入库管理

图10 仪器位置监控

图11 仪器轨迹回放

3. 钻机设备管理

钻机管理是本系统核心功能模块之一，通过在钻机上安装钻机监控终端，采集每台钻机的位置、视频信息和进尺深度信息。钻机GPS终端传输内容包含3部分：一是钻机所在位置的经纬度信息，二是施工现场的监控视频，三是采集的钻机钻取深度数据。这3部分内容通过GPS的数据采集芯片和GPS芯片整合在一起，在同一个协议数据包中进行信息传输，在钻机工作状态下，实时同步传输至服务器。

通过视频监控终端，实时查看施工现场的监控视频，并可以调用固定时间段的历史视频信息(如图12所示)。

通过安装量身定制的钻机监控终端(钻机固定GPS+传感器+数据采集器)，记录传感器每次上升的垂直高差，累计算出钻机的进尺深度，实现对钻机的平面位置和钻孔进尺深度的有效监控(如图13所示)。

图12 钻机视频监控

图13 钻机进尺深度监控

四、结束语

本文基于物联网、GPS、GIS、RFID等技术，开发了勘测生产监控与设备资源管理信息系统。该系统实现了对生产过程的有效监控，实现了对企业重要资产的有效管理；使企业管理者能够及时了解现场作业人员、设备运行状态信息及项目进展情况，进行有效、合理的分工；实现了对监控效果的评价，按照考核标准对项目组或班组进行打分，根据考核分数的高低进行相应的奖惩。实现了对勘测生产过程、设备运转情况的全面监控，提升了车辆、仪器设备、钻机等重要设备的管理水平和使用效率，降低了生产成本，此信息系统为传统勘测企业的生产过程监控和固定资产管理工作提供了有效的信息化手段。

该信息系统已在实际生产中得到初步应用，根据各生产部门对系统进行试用之后反馈的需求，系统后期还会在仪器设备的管理需求上进行扩展和延伸，如根据仪器设备的使用情况，统计各种仪器设备的使用效率，为仪器设备采购、项目分包提供辅助决策；增加一级库房、二级库房等，对外埠、项目上长期征用、计划外采购仪器设备进行库房属地化管理等方面进行改进和拓展。这些举措可以使信息系统更加完善，从而更好地为企业生产管理服务。

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Research and Implementation of Monitoring and Management Information System Based on the Technology of Internet of Things

ZHU Xia，WANG Sikai，MA Quanming，WANG Liang

2016-06-22

朱 霞(1981—)，女，高级工程师，主要从事地理信息系统的设计与开发工作。E-mail：zhuxia00@163.com

朱霞，王思锴，马全明，等.物联网技术支持下勘测生产监控与设备资源管理信息系统的研究与实现[J].测绘通报，2016(11)：126-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0382.

P208

B

0494-0911(2016)11-0126-05