地下消防设备是埋于地下的消火栓, 属于市政供水设备的一种, 多用于火灾等紧急情况, 属于不可见的一种设备, 但其能否正常工作直接关系到人们的生命财产安全, 因此对设施运行状态的把控, 尤为重要。随着信息技术的发展, 采用信息化方式管理该设备, 已经逐渐成为设施管理发展的方向。由于该设备常年埋于地下, 易出现漏水、锈蚀、杂物掩埋、出水口堵塞、居民偷用消防用水等故障。故需巡检人员定期巡检, 检查设备的运行状况, 并记录设备的运行状态信息, 有助于更好地管理和维护, 确保设备正常运转, 防患于未然。

给水设备具有一定巡检功能^[1], 市政部门应当重视消防设备的日常巡检和维护工作, 通过阅读相关文献^[2~8]可知, 部分学者对消防设备巡检做了一定的研究, 比如在不同天气、铁道信号、变电站、照明设施等方面建立了消火栓管理系统, 初步实现了消火栓设备的信息化, 但是, 系统功能有限, 而且对传感器设备采集信息这一块介绍不足, 不能单纯实现消火栓设备的全生命管理。

另外, 部分学者研究成果中缺乏巡检效果、巡检结果的反馈、巡检数据的记录, 缺少一个完整的、体系化的设备巡检管理系统。而传统消防设备是通过人工巡检记录巡检, 存在着“待巡检的设备详细位置不清晰、巡检流程不规范、巡检人员不可控、巡检结果不可查、异常设备无法及时上报、无法对人员进行有效管理”等问题。

通过上述分析可知, 传统的消防设备巡检方式已经跟不上时代的发展, 本文针对消防设备巡检存在的弊端, 结合网格化管理的概念, 通过文字描述和设备周围环境照片引导信息, 解决消防设备位置不清晰等问题。同时, 利用RFID等技术构建巡检系统, 解决消防设备巡检过程中存在的弊端。文献[6]研究了标定系统, 为本文提出的巡检系统提供了基础数据支撑。

网格化这个词源来自于网格 (Grid) 技术^[9], 在消防设备巡检系统中是将消防设备划分成一个个的“网格”, 使这些网格成为市政管理单元。网格由目标设施详细位置的文字描述信息和周围环境照片引导信息组成, 主要是为了有效监督巡检人员而提出。

根据设施所处的位置, 首先, 对设施的位置信息划区域进行详细描述;其次, 巡检人员利用移动终端设备拍摄设施周围环境照片, 并利用箭头、直行线、拐弯箭头等涂鸦动作对图片进行标记, 目的是帮助工作人员快速找到目标设施, 对设施位置进行精确定位, 最后, 一旦设施出现异常, 巡检人员可以在第一时间内到达现场, 解决隐患。

通过网格化管理, 解决了消防设备详细位置不清晰的问题, 为设备的巡检提供了位置支撑。

射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 技术, 是一种无线射频识别技术, 通过非接触式方式实现对象识别和数据交换, 通过射频信号所产生的电磁感应能量来识别目标对象^[10~12], RFID标签内置全球唯一的标识码, 可以用来唯一标识目标设备。

RFID技术根据不同的分类标准^[13], 可以分为不同的类型。按照是否包含电源分, 可以分为无源和有源两种;按照频率分, 可以分为低频、高频、超高频和微波4种。本文所采用的RFID标签无源、高频, 通信频率在13.56MHz, 其特点是价格便宜、使用时间长。

近场通信 (Near Field Communication, NFC) 技术是由非接触式射频识别技术衍生出的一种技术^[14]。NFC技术的通讯频率在13.56 MHz, 通信频率与RFID电子标签中高频标签保持一致, 由于NFC特殊的工作原理, 可以发送射频信号, 实现带有NFC的设备与高频RFID电子标签进行通讯, 并实现数据交换。

NFC技术与RFID高频标签有相同的通信频率, 可以与高频RFID标签进行通讯, 将带有NFC模块的终端靠近高频RFID电子标签, 终端会发出射频信号, 安装在设备上的RFID电子标签接收到信号后, 利用感应信号提供的能量, 将标签内的数据发送给NFC终端设备, 终端接收到返回的数据后, 对数据进行解析并识别, 从而将电子标签中的数据读取出来。

首先, 下载巡检任务, 巡检人员按照任务对设备进行巡检;其次, 系统会记录巡检结果, 并将巡检结果反馈给后台, 如果存在需要维修的设备, 后台会下发维修和保养任务, 维修人员根据任务对设备进行维修。巡检系统工作原理如图1所示。

巡检系统原理主要包含以下几点:

(1) 下载巡检任务。相关巡检人员接收到巡检任务后, 利用移动终端登录进系统, 向后台服务器端发送巡检任务请求, 后台接收到终端的请求后, 判断终端的身份是否属实, 如果属实, 后台服务器端响应终端请求, 将相关巡检数据通过网络形式下发到巡检人员终端中。如果, 终端用户不属实, 则该次请求无效。

(2) 查看待巡检的设备。巡检人员下载巡检设备基础数据后, 主要包含设备导航图文数据和相关属性信息, 巡检人员可根据设备的导航图文信息定位设备的位置, 到达现场后, 按照系统事先预置的巡检项依次进行巡检。

(3) 定位目标设备, 开始巡检。寻找到目标设备后, 巡检人员首先扫描设备上绑定的电子标签, 跳转到指定设备的巡检界面, 在该界面上会有事先预置的巡检项, 巡检人员按照系统预置的巡检项, 依次检查目标设备, 并按照要求拍摄设备巡检的照片, 记录设备的巡检信息。

(4) 正常巡检结果上报。巡检人员完成巡检后, 设备无异常情况, 巡检人员通过网络将巡检结果上传至后台, 由后台人员对巡检的数据进行审核, 审核通过后, 将巡检记录以可视化的形式呈现出来。

(5) 异常巡检结果上报。巡检过程中, 发现设备运行状态异常, 巡检人员记录设备的编号等信息, 发送一个设备异常工单信息到后台。后台管理人员会将异常设备的相关信息发送给设备维修管理人员, 维修管理人员到现场对设备进行维修, 并将维修记录、维修结果反馈给后台, 后台记录设备的维修和保养记录。

巡检系统硬件由带有NFC模块的移动终端、高频RFID电子标签、服务器3种组成。

操作流程:管理人员利用带有NFC模块的终端扫描绑定到消防设备上的电子标签, 待系统读取到标签内的指令后进行维护和管理等操作。同时, 系统会实时记录管理人员的操作记录, 以及产生相关数据, 实现了智能化的管理及无纸化的操作, 提高了设施管理的效率。

标识码后, 系统会弹出与该标识码对应的设备信息, 可以对设施依据巡检系统硬件组成及操作流程, 设计巡检系统的功能, 系统主要包含:登录注册功能、任务下载、基础数据查看、巡检任务功能 (巡检设备地图预览、巡检任务详情、巡检结果统计、巡检状态查看) 、巡检项 (地下井盖类型、设备井状况、设备井环境、铅封) 、工单信息 (工单生成、工单上传、异常情况描述) 。具体功能如图2所示。

巡检人员登录终端巡检系统, 下载巡检任务以及待巡检设备的基础数据, 包含设备的基础信息、设备导航图文等信息。巡检人员根据设备的基础数据定位目标设备的位置, 查看巡检任务分布区域, 合理规划巡检路线, 开始巡检。巡检流程如图3所示。

由图3可知, 不同的巡检结果后续的操作流程也不相同, 具体如下:

(1) 巡检结果正常流程。检查完所有的巡检项后, 每一个巡检项都在正常标准的范围内, 巡检人员只需要按照巡检项的要求填写巡检内容, 拍摄巡检照片即可, 系统会保存巡检数据。然后, 退出当前设备巡检即可, 如果巡检项不完整, 系统会提示巡检人员, 巡检人员须在所有巡检项都完成后, 方可正常退出巡检, 进入到下一个设备巡检中。

(2) 巡检结果异常。巡检人员在巡检过程中出现相关巡检项与标准指标有差异, 此时, 巡检人员在某些巡检项勾选异常, 填写异常情况说明, 并拍摄巡检项照片, 上传异常数据通知后台管理人员, 后台管理人员在收到异常的数据后, 会派相关设备管理人员再次去现场进行巡检, 如果某些巡检项确实出现异常, 则对设备进行维修和保养, 并在系统中记录维修和保养情况, 反馈给后台管理人员即可。

(3) 巡检结果严重异常。巡检人员在巡检消防栓过程中发现, 比如:出现偷水、严重漏水、设备被掩埋等现象, 应立即生成工单信息, 而不进行下一步的巡检工作。在工单信息中, 详细描述设备的名称、位置坐标以及异常情况说明, 立即将工单信息反馈给后台管理人员。后台管理人员看到工单信息后, 会立即派设备管理人员去现场进行维修或更换报废的设备, 并在系统中记录下来。

巡检人员完成巡检任务后, 通过无线网络或移动网络将巡检结果上传至后台服务器上, 后台服务器收到数据后, 终端系统中巡检数据状态就变为了已上传状态, 巡检人员就不可再次操作该数据了, 但从终端系统可以将这些巡检数据删除。

后台管理人员在收到巡检数据后, 会对巡检数据进行审核。首先, 检查审核数据是否与巡检任务数量一致, 避免数据丢失或巡检人员遗漏;其次, 审核每一个巡检项的数据以及拍摄的照片信息, 判断巡检数据是否与巡检结果有偏差, 以及照片是否按照正确的标准来拍摄, 将异常巡检的数据调取出来, 分配给设备管理人员, 指派他们到现场进行再次巡检, 确保设备巡检的正确性, 待复核任务结束后, 再将巡检的结果反馈给后台。最后, 根据最终的巡检结果, 统计巡检人员巡检数量以及工作的效率, 可以作为评估巡检人员工作的指标。

对于工单信息的处理, 当后台管理人员接收到工单信息后, 会在第一时间派相关人员到达现场进行处理, 并将处理的结果反馈给后台管理人员, 这样才能够形成一个闭环和数据的实时共享。

巡检系统实现效果界面具体如下:

巡检人员登录系统, 下载基础数据, 查看设备的位置分布, 同时, 系统会根据不同的颜色标记已完成的任务和未完成的任务, 点击地图上的某一个消火栓时, 系统会显示出该消火栓的相关基础信息以及距离信息。设备地图概览及设备巡检详情页面如图4所示。

在巡检的过程中, 遇到设备运转不正常、损坏的设备, 巡检人员应立即发送工单信息到后台, 利用工单信息记录设备的异常情况、精确GPS坐标、位置等信息。待工单上传到后台后, 由后台人员通知相关人员到现场对设备进行维护或维修, 工单信息详情页面如图5所示。

本文提出了一种基于RFID技术的网格化地下消防设备设施巡检系统方案, 通过对若干个消防设施的调研分析, 设定了消防设施巡检项以及巡检流程, 并在第4节进行了案例验证, 得出的具体结论如下:

(1) 避免了虚假数据。巡检人员必须到现场进行巡检, 通过扫描标签后才可以对设施进行巡检, 检查对应的巡检项并拍摄相关照片, 系统会记录每个设施巡检的时间, 避免了虚假数据的现象。

(2) 提高设施巡检效率。相较于传统设施巡检方式, 新的巡检方式利用RFID电子标签唯一的特性关联设备的相关信息, 必须通过扫描标签后才能进行下一步的巡检操作, 在巡检过程中避免了传统手工记录的麻烦, 减少了记录的错误, 提高了设施巡检效率。

(3) 有效监督巡检人员。传统的设施巡检模式, 无法评估巡检人员的工作量, 应用电子标签后, 结合后台网格化数据管理系统, 可以方便统计每个巡检人员的巡检数量和巡检图片拍摄是否合理、巡检的时间片段等, 可以对巡检人员进行量化管理。

(5) 解决了异常设施上报反馈不及时的问题。在巡检过程中, 通过系统发送工单信息, 及时将异常设施的相关情况发送到后台, 由后台人员将异常设施转发给相关维护人员到现场对设施进行维修, 解决了异常设施上报反馈不及时等问题。

本文提出的巡检系统, 为设施的巡检提供了有迹可循的局面, 为地下消防设备的智能化巡检提供了支撑。