物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)可分為標識,、感知,、處理和信息傳送四大環(huán)節(jié)，其關鍵技術跨越無線通信,、計算機技術,、信息傳感、識別等領域,。物聯(lián)網(wǎng)技術是通過射頻識別(RFID),、無線傳感器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設備將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連,，從而實現(xiàn)物與物,、人與物之間的信息交互與通信^[1]。電力設備智能巡檢系統(tǒng)的實現(xiàn),，首先依賴于對電力設備各個環(huán)節(jié)運行參數(shù)的在線監(jiān)測和實時信息掌控,，而物聯(lián)網(wǎng)作為“智能信息感知末梢”，可成為推動智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術手段^[2-4],。只有實現(xiàn)多種網(wǎng)絡的互聯(lián)互通,，才能提高電力系統(tǒng)信息化水平，實現(xiàn)電力設備巡檢系統(tǒng)的全面智能化,。

    本文首先分析了電力設備的巡檢現(xiàn)狀,，然后針對某水電站巡檢的實際需求,，設計了基于二維碼掃描識別的智能移動巡檢系統(tǒng)，并在智能手機平臺上實現(xiàn)了該移動巡檢服務系統(tǒng)的開發(fā),。該系統(tǒng)的設計不僅具備“智能終端”便捷通信的技術特征,，且與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)巡檢系統(tǒng)相比，具備諸多優(yōu)勢,，因此對于行業(yè)內推動電力設備智能移動巡檢的普及具有重大的現(xiàn)實意義,。

1 電力巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

    目前，電力企業(yè)巡檢人員通常采用“看,、聞,、聽、摸,、問,、測”六方法進行移動式巡回檢查，以維持電力生產(chǎn)設備的正常性能,；或者采用手持移動計算設備（PDA）獲取設備信息,，利用射頻技術（RFID）技術來標識和輔助定位智能電網(wǎng)中的電力設備^[5-6]。但要使巡檢操作和統(tǒng)計管理更加智能化,，普及率更高，目前國內電力設備的智能移動巡檢軟件仍然存在較大的提升空間,，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

    （1）物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng),，其本質是高度集成的開放式通信系統(tǒng)。因此,，第四代智能移動巡檢系統(tǒng)應該更多地融合3G移動技術,、智能移動終端、二維碼信息技術等前沿技術,。

    （2）普遍使用的RFID設備^[7]標識,，必須配備相應的手持機PDA，方可讀取設備信息,。而PDA配套設備等多數(shù)造價昂貴,，導致電力系統(tǒng)內智能巡檢的覆蓋率和普及率低，巡檢規(guī)模大大受限于設備數(shù)量和業(yè)務復雜度,。

    （3）巡檢的移動性導致設備服務的位置和所處的環(huán)境不斷變化,。目前，手持PDA系統(tǒng)定位通?；诿绹鳪PS系統(tǒng)或者我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)^[8-9],，定位精度的改進還依賴于我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的完善和成熟；并且對于非戶外的電力設備巡檢并不理想,。此外,，巡檢前的任務內容通常必須由RS232接口連接傳輸至PDA,，實時更新性不好，個性化更改任務的功能也不具備,。

    （4）另外,，RFID還有一個很大的缺點，它會不時地發(fā)出射頻信號,，從而可能泄露用戶的地址,，因此不利于用戶或者專網(wǎng)的信息安全與隱私保護等。

2 基于二維碼的移動智能巡檢系統(tǒng)設計

2.1 二維碼的技術特性

    二維信息碼是通過特定幾何圖形在二維平面上有規(guī)律地分布而形成的黑白相間的圖像來記錄信息,，在代碼編制上利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”,、“1”比特流的概念^[10-11]。在識別時,，即采用智能手機的拍照功能對二維碼進行掃描,，通過其內置二維碼閱讀引擎識讀該條碼后，就能自動識別,、處理,、解讀其中所隱含的信息。

    由于前文所提到的RFID的種種局限性,，本設計從可擴展性,、資源有限性、安全實時性和環(huán)境的動態(tài)變化性幾個方面進行分析,，在智能手機平臺上設計并開發(fā)了該智能移動巡檢新系統(tǒng),。本系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于：

    （1）以前的巡檢系統(tǒng)只是單向的數(shù)據(jù)采集，而安裝了智能巡檢系統(tǒng)客戶端的手機終端以3G網(wǎng)絡和無線通信網(wǎng)絡為依托,，能夠實時地接收到系統(tǒng)推送的服務通知等,，也可以實時、雙向地對用戶發(fā)布大量信息,，快捷方便,。

    （2）二維碼高密度編碼，信息容量大,，編碼范圍廣,，譯碼可靠性高，可引入加密措施,，易制作,，且成本低廉，易推廣,。

    （3）系統(tǒng)服務器端可以針對企業(yè)的特殊要求,，按需部署各項服務，更能針對后期數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計,，建立QoS 評估模型,，展開科學化的統(tǒng)計分析及預測,，更加有利于后期的服務選擇和服務組合。

    （4）本系統(tǒng)真正結合了3G移動通信技術和智能手機終端技術,，既能降低資源消耗,，同時還保證網(wǎng)絡傳輸?shù)木_率，真正地實現(xiàn)了7×24小時的移動巡檢,。這都是之前所有傳統(tǒng)的巡檢系統(tǒng)所不能辦到的,。 

2.2 基于二維碼的移動巡檢系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

    由上面分析可知，基于智能終端的物聯(lián)網(wǎng)相較于現(xiàn)有電力通信網(wǎng),，在環(huán)境動態(tài)變化性,、安全實時性和資源可擴展性等方面都具有較大優(yōu)勢。因此,，針對企業(yè)電力設備的巡檢現(xiàn)狀和具體任務需求,，本文設計了基于二維碼掃描識別的智能手機端新移動巡檢系統(tǒng)，將帶有攝像頭的智能手機終端作為識讀二維碼的工具,，通過客戶端軟件識讀設備上的二維碼,，進行本地解析，執(zhí)行業(yè)務,，并與應用服務器發(fā)生在線交互,，進而獲取各項巡檢任務和巡檢設備信息，實現(xiàn)各種巡檢功能,。

    該系統(tǒng)主要由客戶端,、網(wǎng)絡和服務器端三部分構成，其中網(wǎng)絡主要由Internet,、3G、WLAN構成,。下面就這三部分的軟件設計及功能實現(xiàn)做詳細闡述,。

2.2.1 系統(tǒng)客戶端設計

    本系統(tǒng)客戶端軟件界面采用了C++編程技術，在智能手機的Android操作系統(tǒng)平臺上,，基于Qt Quick（Qt User Interface Kit）來編寫應用程序,。同時，采用基于Java語言開發(fā)并搭建符合理念和框架的移動巡檢服務平臺,。

    圖1為該移動巡檢客戶端平臺的模塊界面九宮格圖,。

    由圖1所示，在功能界面上共有9個模塊,，而智能移動巡檢客戶端的用戶登錄權限共有5個,，分為系統(tǒng)管理、領導,、維護組長,、維護人員,、運行人員。系統(tǒng)設計的5種權限將從以上9種模塊中選擇不同的功能模塊組合在一起,，進而完成其各自工作任務,。

    其中，二維碼掃描模塊的實現(xiàn)采用了ZXing開放源碼庫以及用Java實現(xiàn)的多種格式的1D/2D條碼圖像處理庫,。因此只要智能手機終端安裝了本系統(tǒng)的客戶端軟件,，并支持近拍功能，就可以通過掃描電力設備上的二維碼,，以移動終端和移動互聯(lián)網(wǎng)作為巡檢項目內容信息的存儲,、解讀、處理和傳播渠道而實現(xiàn)巡檢客戶端的各項操作業(yè)務,。

    巡檢人員（5種權限均可）手持安裝本系統(tǒng)軟件的智能手機終端執(zhí)行一般日常巡檢任務的情況如圖2所示,。

    首先，對巡檢路線的所有設備按順序生成加密二維碼并存到中心服務器,，同時將對應設備二維碼條碼粘貼在巡檢設備上,。巡檢人員在執(zhí)行日常任務時，用智能手機終端軟件掃描設備二維碼,，再次從服務器獲取該設備待檢查的內容項,。如發(fā)現(xiàn)故障，可以詳細記錄問題,，同時拍攝照片,，將圖文發(fā)送到服務器；如果該設備沒有問題,，則標記通過,，根據(jù)提示掃描下一個待檢設備。當所有設備都檢查完后,，就可以通過手機客戶端在線或者離線方式保存此次巡檢的結果,，上傳至服務器。

2.2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互設計

    本系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互層設計包含手機智能終端^[6]的數(shù)據(jù)上傳,、服務器端的數(shù)據(jù)展現(xiàn)等,，采用Web Service技術及SOAP協(xié)議的方式實現(xiàn)智能終端和服務器端的實時高效交互，同時對交互接口進行優(yōu)化設計,，以減少在3G條件下的流量消耗,。

    Web Services體系結構^[12]是面向對象分析與設計的一種合理發(fā)展，包括SOA中的3種角色和操作,、UDDI和WSDL,；而面向服務架構SOA（Service-Oriented Architecture）是一種組件模型。因此,，基于SOA巡檢網(wǎng)的核心價值在于,，在實時數(shù)據(jù)和信息感知的基礎上,，通過對數(shù)據(jù)和信息的分析處理，更智能地實現(xiàn)動態(tài)感知,、實時跟蹤和定位,、基于位置信息的服務發(fā)現(xiàn)和部署。服務器端與智能終端數(shù)據(jù)交互的詳細設計如圖3所示,。

    在整個巡檢系統(tǒng)中,，以數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡為依托，巡檢人員不斷通過Android智能終端的Web Service交互模塊向服務器端上傳巡檢任務內容,、巡檢位置軌跡和巡檢設備數(shù)據(jù),；智能巡檢系統(tǒng)Web Service服務器端的終端數(shù)據(jù)上傳與下載模塊接收之后，會立刻向客戶端確認上傳巡檢點的數(shù)據(jù),；然后巡檢數(shù)據(jù)會分別存儲至服務器端的各模塊中,。

2.2.3 系統(tǒng)服務器端設計

    本系統(tǒng)即該智能移動巡檢系統(tǒng)的服務器端，主要包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),。該管理服務器軟件采用了B/S架構,，從技術上引入分層的體系架構，分別是：用戶應用層,、業(yè)務邏輯層,、數(shù)據(jù)訪問層。

    如圖4所示,，系統(tǒng)服務器利用Heritrix框架進行特定信息數(shù)據(jù)的收集,，并結合基于Web Service的數(shù)據(jù)挖掘技術獲取信息。它面向多客戶端類型（包含智能終端和PC端）提供統(tǒng)一的用戶訪問接口,，業(yè)務功能上采用模塊化的思路進行設計,，圍繞對移動巡檢設備的支撐、數(shù)據(jù)分析和信息挖掘等展開,。

    該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一共包括“基礎資料管理”,、“平臺管理”、“巡檢資料管理”,、“設備數(shù)據(jù)管理”和“用戶數(shù)據(jù)管理”五大類信息管理模塊。同時,，也可以通過不同的導出結果生成相應的圖表或者保存數(shù)據(jù)內容,。具體查詢結果如圖5所示。

    該系統(tǒng)服務器端具有非常大的伸縮性和跨平臺特性,，能夠根據(jù)訪問量的大小對服務器端的部署進行靈活配置,。在安全性方面使用加密的Https協(xié)議、數(shù)據(jù)加密,，以滿足企業(yè)對信息安全的要求,。

2.2.4 系統(tǒng)應用

    通過模擬調試和現(xiàn)場測試,，整個智能移動巡檢系統(tǒng)運行良好，在信息安全實時性,、智能化服務和部署靈活方面都充分達到了企業(yè)巡檢的要求,。該系統(tǒng)具體測試結果如下：

    （1）響應能力：當用戶數(shù)小于 200 人時，登入系統(tǒng)和登出系統(tǒng)的響應時間維持在0.5 s之內,；管理員信息修改,、保存功能的響應時間小于1 s；顯示界面的響應時間小于2 s,。

    （2）可靠性：經(jīng)測試發(fā)現(xiàn),，服務器系統(tǒng)能連續(xù)不間斷地運作30天，未出現(xiàn)任何程序崩潰,、服務中斷訪問或者功能異常等情況,。

    （3）負載能力：受條件限制，在單位內進行了簡單測試,，同時用戶在線的最大的負載量不超過200時,，響應延遲都在系統(tǒng)正常的響應時間范圍內。

    本文設計并實現(xiàn)了基于二維碼的智能手機移動終端的新型電力設備巡檢系統(tǒng),，該系統(tǒng)支持包括Android系統(tǒng)的多類型智能手機終端,，并具有“傻瓜”式的用戶接口，對人員技術要求低,，極大地方便了用戶的維護和使用,。與傳統(tǒng)的PDA巡檢方式相比，整個巡檢系統(tǒng)的可擴展性,、資源有限性,、安全實時性和環(huán)境的動態(tài)變化性等方面都有所提升，對發(fā)電設備的透明化監(jiān)測,、高效化管理具有現(xiàn)實意義,。同時，該巡檢系統(tǒng)方案已經(jīng)在某大型水電站進行了現(xiàn)場實施和運行,，達到企業(yè)預期要求,。相信未來在我國電力設備巡檢行業(yè)中的應用前景良好。

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