基于藍牙定位技術的?；繁O控管理系統設計與實現

張貴強，戴毅茹，王堅

（同濟大學CIMS研究中心，上?！?01804）

基于藍牙定位技術的?；繁O控管理系統設計與實現

張貴強，戴毅茹，王堅

（同濟大學CIMS研究中心，上海201804）

為了加強?；吩谑褂孟M過程中的監控管理，論文提出了一種基于藍牙定位的?；繁O控管理系統。首先介紹了基于藍牙定位的?；繁O控管理系統的架構設計和功能模塊設計，然后重點介紹了藍牙定位技術、藍牙信號衰減模型、藍牙定位服務器的搭建，最后對功能模塊進行了介紹。

藍牙定位；?；?；MVC架構

0　引言

隨著工業生產的發展，焊接、噴涂等現代工藝已經得到大規模應用，?；吩诠S日常生產制造中的應用日益廣泛。?；肪哂幸兹?、易爆、有毒、腐蝕、放射性等性質，因此對存儲和使用環境要求很高，在?；返南M、使用過程中，受生產力發展水平低、從業人員素質低、安全生產基礎差等因素的制約和影響，安全事故頻發，因此亟需加強?；吩谑褂眠^程中的監控管理。針對生產企業制造車間對?；返墓芾磉€停留在紙質?；饭て惫芾淼穆浜笄闆r，本文將?；返墓芾硇畔⒒?，系統化，本文還采用室內定位技術，實現對?；穼崟r位置、歷史軌跡的監控。

1　系統設計

1.1架構設計

該系統主要包括兩部分：定位系統和應用層。定位系統硬件數據采集模塊包括固定藍牙節點陣列，移動藍牙標簽，網絡路由器設備等。定位系統服務器按照一定的頻率收集硬件采集到的數據，計算出標簽所在的區塊和具體位置信息，并將該信息加上采集信息時間戳存放到數據庫中，定位系統提供查詢實時位置信息和歷史位置信息的接口。應用層采用微軟的MVC架構，Model層又稱為數據層，負責和定位服務器進行數據交互，通過對定位服務器接口的調用，獲取?；返奈恢眯畔?。數據層還負責和?；坊A信息數據庫的交互，實現對數據庫的讀取、添加、更新、刪除等操作。View層又稱為表現層，提供用戶和系統交互的接口，負責向系統發出請求數據和系統響應數據的展現。Controller層是應用層的核心，是數據層和表現層的橋梁，負責系統業務邏輯的實現和系統內數據的傳遞。系統架構如圖1所示。

圖1　?；繁O控管理系統架構圖Fig.1 System architecture diagram of hazardous chemical monitoring and management system

1.2功能設計

基于藍牙定位技術的?；繁O控管理系統主要包括?；坊A信息管理，相關制度管理，?；飞暾堫I用管理，?；穼崟r監控，?；窔v史軌跡和報警這六個主要功能，該系統的功能架構如圖2所示。

圖2　?；繁O控管理系統功能圖Fig.2 System function diagram of hazardous chemical monitoring and management system

其中基礎信息管理主要包括?；犯鞣N屬性信息的錄入，修改等，電子標簽信息管理主要是將電子標簽和?；芬灰粚?。車間相關信息主要是車間區塊的劃分等信息。在基礎信息管理模塊，利用對象關系映射，構建?；奉?，利用面向對象封裝的思想將?；奉惖臄祿M行封裝，并提供對數據進行添加，修改，刪除，讀取的方法。

相關制度管理主要是對?；饭芾淼南嚓P文件信息管理和文件的存儲，此處相關制度包括?；肥褂貌僮饕幊?，申請領用制度等。

?；返纳暾堫I用管理主要是對申請領用流程的管理。首先由需求單位在系統提出?；返纳暾埱鍐?，并錄入相關需求信息和原因，上級審核部門審核需求單位提出的?；肥褂蒙暾?，如果符合規范則同意申請，不符合規范則退回申請。申請人員在申請得到批準后到庫房領取相應?；?，在?；愤M入車間之前貼上藍牙標簽，并在系統錄入標簽信息。?；愤M入車間，監控開始。由于?；芬话愣际欠旁诠潭ǖ娜萜髦?，不能嚴格按照需求量精確領取，因此在一道工序完成時，?；房赡軙嬖谑Ｓ?。?；返念I用人就可以根據需求，放在車間繼續使用，但要根據公司規章制度通知相應的安全管理員。如果確定短時間內沒有其他用途，應退還到倉庫，?；冯x開車間前，應在安全管理員的確認下，解除定位標簽，并在系統中注銷掉該?；?，然后退還到相應倉庫，?；飞暾堫I用流程如圖3所示。

圖3　?；飞暾堫I用流程圖Fig.3 Application flow diagram for hazardous chemical

實時監控管理提供單個?；穼崟r位置查詢功能和車間所有?；穼崟r監控的功能。用戶可以查詢指定的?；?，也可以用大屏幕實時顯示監控車間內所有的?；?，當發生安全事故或者災難時，可以迅速找到所有的?；?，協助進行相關處理。

歷史軌跡主要是查詢某一?；纺骋粫r間段內在車間內的位置軌跡，當安全事故發生后可以用來輔助調查事故原因。

報警功能使用定時器，定時掃描車間內的?；?，查詢該類別?；方惯M入的區塊，進而判斷該?；肥欠裨诜欠▍^塊，在非法區塊則在前臺彈出報警頁面，顯示報警信息，不在非法區塊則完成此次掃描，等待定時器觸發下一次掃描。

1.3藍牙定位系統設計

藍牙技術是一種短距離的無線通信技術，藍牙技術提供的功率控制方法和參數有：接收信號強度（Received Signal Strength Indicator，RSSI），鏈路質量（Link Quality，LQ），傳輸功率級（Transmit Power Level，TPL）等，這些控制方法和參數使藍牙技術具備了實現室內定位的基本條件。藍牙技術提供了基于信號強度的定位方法，利用藍牙發送者和接收者之間的距離和RSSI的關系，判斷單個標簽和單個天線的距離，采用三角定位來估計位置?；谛盘枏姸鹊亩ㄎ环椒ㄖ饕歉鶕{牙信號的傳播模型，利用藍牙信號的衰減特性來建立信號強度和距離之間的關系，本文采用的是基于路徑丟失的信號傳播模型，模型定義如下：

其中：PL（d）—在距離為d時接收到的信號強度；［dB］—信號的強度單位；PL（d0）—在距離為d0時接收到信號的強度；α—路徑衰減因子，反映的是距離和傳播功率路徑損耗的關系，XσL表示的是零均值、正態分布隨機變量噪音；σL—標準偏差。其中PL（d0）、α、XσL需要確認，d0一般取1米，根據采樣數據利用線性回歸的方法可以估算衰減因子α和隨機變量XσL。

藍牙定位系統硬件部分主要包括在車間布置的網狀分布固定藍牙陣列，將車間的大空間分布為一個一個的網格，固定藍牙節點的位置盡量在保證整體布局的情況下接近電源，減少布線。

藍牙定位服務器包括數據收集單元，數據計算單元和數據存儲單元，數據收集單元主要負責和硬件的交互，按一定的頻率向硬件發送數據請求指令，固定藍牙節點陣列收到數據請求指令，掃描范圍內的移動藍牙節點，查詢信號的強度，鏈路質量等信息，并將這些數據反饋給數據收集單元，數據收集單元將收集到的數據傳遞給數據計算單元，數據計算單元根據藍牙陣列收集到的數據和藍牙陣列的位置信息，計算出移動藍牙節點所在的區域塊和相對于藍牙陣列的具體位置。數據存儲單元包含一個關系型數據庫，數據庫中主要包括固定藍牙陣列的信息和移動藍牙節點的位置信息。固定藍牙陣列的信息主要包括固定藍牙節點的編號，相對于車間的位置等信息，移動藍牙節點的信息主要包括節點的編號，位置信息，數據采集的時間等信息。定位系統的架構如圖4所示。

圖4　定位系統架構圖Fig.4 System architecture diagram of locating system

2　系統實現

基于藍牙定位技術的?；繁O控管理系統定位系統硬件采用市場上應用成熟的藍牙組件和藍牙標簽，服務器端部署一臺運算服務器和一臺數據庫服務器，運算服務器采用C#語言開發，數據庫服務器采用Microsoft SQL Server 2008作為數據庫。應用層采用B/S模式，基于微軟MVC架構用C#語言開發。

系統主界面是?；坊A信息的列表，用Bootstrap開源庫中的控件來實現。在該頁面可以進行系統中?；坊A信息的添加、更新、刪除等操作，還可以選取要進行實時監控和歷史軌跡監控的?；?。報警信息也是在該頁面彈出呈現。實時監控的界面如圖5所示。

圖5　實時監控模塊界面Fig.5 Interface of real-time monitoring module

3　結束語

基于藍牙定位的?；繁O控管理系統解決了?；肥褂密囬g?；饭芾砺浜?、復雜、信息化水平低的問題，優化了?；饭芾淼牧鞒?，提高了?；饭芾淼男畔⒒?，針對申請領用流程的監管，實現了?；饭芾淼呢熑蚊鞔_和分級監督。該系統還實現了對?；穼崟r位置和歷史軌跡的監控，安全管理員可以有效的監控進入車間的?；?，實現了集中管理。報警功能的實現則可以有效降低?；愤M入非法區域的危險。

該系統和安全生產系統工程的其他技術相結合并應用到某大型制造企業的安全生產綜合管理系統中，加強了對?；返谋O控管理，減少了企業?；钒踩鹿实陌l生，提高了企業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

項目來源：上海市信息化發展專項資金項目（2011010117）；2013年上海市信息化發展專項：基于物聯網的大型電氣電站設備安全生產綜合管理系統

張貴強（1989-），男，河南永城人，碩士研究生。研究方向：智能生產系統，安全系統工程；戴毅茹（1972-），女，河南新蔡人，副教授，研究方向：先進制造理論和企業建模。