物聯網的實現可分為標識、感知、處理和信息傳送四大環節，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。物聯網技術是通過射頻識別(RFID)、無線傳感器、全球定位系統等信息傳感設備將任何物品與互聯網相連，從而實現物與物、人與物之間的信息交互與通信^[1]。電力設備智能巡檢系統的實現，首先依賴于對電力設備各個環節運行參數的在線監測和實時信息掌控，而物聯網作為“智能信息感知末梢”，可成為推動智能電網發展的重要技術手段^[2-4]。只有實現多種網絡的互聯互通，才能提高電力系統信息化水平，實現電力設備巡檢系統的全面智能化。

    本文首先分析了電力設備的巡檢現狀，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，并在智能手機平臺上實現了該移動巡檢服務系統的開發。該系統的設計不僅具備“智能終端”便捷通信的技術特征，且與傳統的物聯網巡檢系統相比，具備諸多優勢，因此對于行業內推動電力設備智能移動巡檢的普及具有重大的現實意義。

1 電力巡檢系統現狀分析

    目前，電力企業巡檢人員通常采用“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中的電力設備^[5-6]。但要使巡檢操作和統計管理更加智能化，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，主要體現在以下幾個方面：

    （1）物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，其本質是高度集成的開放式通信系統。因此，第四代智能移動巡檢系統應該更多地融合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配套設備等多數造價昂貴，導致電力系統內智能巡檢的覆蓋率和普及率低，巡檢規模大大受限于設備數量和業務復雜度。

    （3）巡檢的移動性導致設備服務的位置和所處的環境不斷變化。目前，手持PDA系統定位通常基于美國GPS系統或者我國的北斗衛星定位系統^[8-9]，定位精度的改進還依賴于我國北斗衛星定位系統的完善和成熟；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、安全實時性和環境的動態變化性幾個方面進行分析，在智能手機平臺上設計并開發了該智能移動巡檢新系統。本系統的最大優勢在于：

    （1）以前的巡檢系統只是單向的數據采集，而安裝了智能巡檢系統客戶端的手機終端以3G網絡和無線通信網絡為依托，能夠實時地接收到系統推送的服務通知等，也可以實時、雙向地對用戶發布大量信息，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）系統服務器端可以針對企業的特殊要求，按需部署各項服務，更能針對后期數據處理和統計，建立QoS 評估模型，展開科學化的統計分析及預測，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，同時還保證網絡傳輸的精確率，真正地實現了7×24小時的移動巡檢。這都是之前所有傳統的巡檢系統所不能辦到的。 

2.2 基于二維碼的移動巡檢系統的設計與實現

    由上面分析可知，基于智能終端的物聯網相較于現有電力通信網，在環境動態變化性、安全實時性和資源可擴展性等方面都具有較大優勢。因此，針對企業電力設備的巡檢現狀和具體任務需求，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，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，執行業務，并與應用服務器發生在線交互，進而獲取各項巡檢任務和巡檢設備信息，實現各種巡檢功能。

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

2.2.1 系統客戶端設計

    本系統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，分為系統管理、領導、維護組長、維護人員、運行人員。系統設計的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采用了ZXing開放源碼庫以及用Java實現的多種格式的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網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巡檢客戶端的各項操作業務。

    巡檢人員（5種權限均可）手持安裝本系統軟件的智能手機終端執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。如發現故障，可以詳細記錄問題，同時拍攝照片，將圖文發送到服務器；如果該設備沒有問題，則標記通過，根據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 系統數據交互設計

    本系統數據交互層設計包含手機智能終端^[6]的數據上傳、服務器端的數據展現等，采用Web Service技術及SOAP協議的方式實現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巡檢網的核心價值在于，在實時數據和信息感知的基礎上，通過對數據和信息的分析處理，更智能地實現動態感知、實時跟蹤和定位、基于位置信息的服務發現和部署。服務器端與智能終端數據交互的詳細設計如圖3所示。

    在整個巡檢系統中，以數據交互網絡為依托，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據；智能巡檢系統Web Service服務器端的終端數據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據；然后巡檢數據會分別存儲至服務器端的各模塊中。

2.2.3 系統服務器端設計

    本系統即該智能移動巡檢系統的服務器端，主要包括系統數據庫管理系統。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、業務邏輯層、數據訪問層。

    如圖4所示，系統服務器利用Heritrix框架進行特定信息數據的收集，并結合基于Web Service的數據挖掘技術獲取信息。它面向多客戶端類型（包含智能終端和PC端）提供統一的用戶訪問接口，業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、數據分析和信息挖掘等展開。

    該數據庫系統一共包括“基礎資料管理”、“平臺管理”、“巡檢資料管理”、“設備數據管理”和“用戶數據管理”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據內容。具體查詢結果如圖5所示。

    該系統服務器端具有非常大的伸縮性和跨平臺特性，能夠根據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協議、數據加密，以滿足企業對信息安全的要求。

2.2.4 系統應用

    通過模擬調試和現場測試，整個智能移動巡檢系統運行良好，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巡檢的要求。該系統具體測試結果如下：

    （1）響應能力：當用戶數小于 200 人時，登入系統和登出系統的響應時間維持在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：經測試發現，服務器系統能連續不間斷地運作30天，未出現任何程序崩潰、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，響應延遲都在系統正常的響應時間范圍內。

    本文設計并實現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，該系統支持包括Android系統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。與傳統的PDA巡檢方式相比，整個巡檢系統的可擴展性、資源有限性、安全實時性和環境的動態變化性等方面都有所提升，對發電設備的透明化監測、高效化管理具有現實意義。同時，該巡檢系統方案已經在某大型水電站進行了現場實施和運行，達到企業預期要求。相信未來在我國電力設備巡檢行業中的應用前景良好。

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