沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

引 言

射頻識別技術(shù)、生物識別等自動識別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通信、傳感網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)相融合，構(gòu)筑了一個無所不在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。海量RFID 信息處理、傳輸和安全對RFID 的系統(tǒng)集成和應(yīng)用技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。RFID 系統(tǒng)集成將向嵌入式、智能化、可重組的方向發(fā)展，通過構(gòu)建RFID 公共服務(wù)體系，將使 RFID 信息資源的組織、管理和利用更為深入和廣泛[1]。

我們可以運用RFID 技術(shù)，給各個商家的廣告牌安裝有源標(biāo)簽，通過內(nèi)置的陀螺儀就能實時監(jiān)管牌匾是否被挪動或拆除，在街道上安裝感應(yīng)基站，保證基站能夠覆蓋所有標(biāo)簽， 這樣，標(biāo)簽的信息就能實時傳輸給終端，大大減少了需要的人力和物力，降低了監(jiān)管難度。再結(jié)合 GIS 建立一個簡單的可視化系統(tǒng)，極大地提高了管理效率。本文以北京市西城區(qū)為研究區(qū)，研究了實時監(jiān)測牌匾狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)硬件部署設(shè)計

北京市西城區(qū)沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括傳感器基站和監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，根據(jù)北京市西城區(qū)西長安街的位置和牌匾情況安裝了三個監(jiān)測基站，在68 個牌匾上分別安裝了RFID 標(biāo)簽。

沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)通過GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸來接收數(shù)據(jù) [2,3]，具體的工作原理是標(biāo)識卡進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的頻射信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯

片中的產(chǎn)品信息，或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至基站進行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理，基站運用SIM，通過GPRS 將解析的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計

沿街牌匾系統(tǒng)總體設(shè)計分為應(yīng)用層，業(yè)務(wù)層，通信層以及信號代碼采集層，其系統(tǒng)整體框架圖如圖 1 所示。應(yīng)用層可以進行數(shù)據(jù)的展示和共享。

(1) 應(yīng)用層。在應(yīng)用層里主要有牌匾的展示（牌匾的詳細(xì)信息），監(jiān)控管理，牌匾查詢以及決策分析四個方面，應(yīng)用層主要針對牌匾信息，牌匾展示與牌匾查詢則針對用戶，監(jiān)控管理和決策分析針對管理人員。

(2) 業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層主要分為牌匾管理和管理平臺兩部分，在牌匾管理中又可分為牌匾拆建登記，牌匾定位查詢，牌匾詳細(xì)信息的更改等，在管理平臺中有系統(tǒng)管理，用戶管理和權(quán)限管理三部分，其他模塊待定。

(3) 通信層。通信層分為 RFID中間件，有線局域網(wǎng)，無線局域網(wǎng)三部分。通信層的主要目的就是傳遞信息。

(4) 采集層。采集層的采集工具由附著在牌匾上的標(biāo)簽，RFID閱讀器，牌匾定位裝置，傾角傳感器等工具組成，采集層主要功能是采集牌匾信息。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足第三范式要求， 為保證數(shù)據(jù)在系統(tǒng)里運行的高效性，數(shù)據(jù)庫需保證全面準(zhǔn)確、關(guān)系一致、松散耦合、適度冗余、高頻分離。在適當(dāng)?shù)那闆r下使用存儲過程和觸發(fā)器來實現(xiàn)用戶自定義的數(shù)據(jù)一致性和完整要求。沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)包括預(yù)警信息記錄表，見表1 所列；歷史信息表見表 2 所列 ；標(biāo)志卡信息表見表 3 所列 ；基站接收數(shù)據(jù)時間表見表 4 所列。

1.4 具體功能設(shè)計

系統(tǒng)的界面以及基本系統(tǒng)功能具體包括以下幾項：

(1) 牌匾電子地圖總覽（縮放、全圖、刷新、前后視圖等）；

(2) 牌匾查詢（選擇要素（包括名稱，所在街道，編號，牌匾注冊時間以及模糊檢索）、清除所選、查看屬性等）；

(3) 街景牌匾影像瀏覽（左前、右前、正前、正右等）；

(4) 定位（顯示牌匾當(dāng)前所在位置）；

(5) 管理員登陸（需輸入賬號、密碼進入數(shù)據(jù)管理）。

1.4.1 查詢功能

獲取資料如城區(qū)電子地圖、城區(qū)沿街牌匾數(shù)據(jù)（名稱，所在街道，編號，材質(zhì)等）。此功能的目的是，當(dāng)輸入任意一個牌匾的基本信息時，可以得出當(dāng)前牌匾的所有詳細(xì)信息。其中， 加載牌匾編號和城區(qū)街道坐標(biāo)數(shù)據(jù)是為了更準(zhǔn)確的查詢位置 ； 加載圖層，點擊“查詢”，即可彈出查詢窗體，進而查詢“名稱”、“編號”“、所在街道”，選中其中之一點擊“確定”，即可彈出列表， 得到選中的牌匾長度等詳細(xì)信息。查詢結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示。

1.4.2 底圖為電子地圖模式

底圖是電子地圖，在電子地圖中標(biāo)注街道名稱，牌匾用符號來代替。對用戶而言，電子地圖可以更簡單地查詢到牌匾的符號，目前電子地圖的使用率正在飛速增長，電子地圖強調(diào)準(zhǔn)確性，在簡單易用的同時查詢速度快，省時間。

1.4.3 統(tǒng)計

獲取城區(qū)電子地圖、牌匾圖片、該地區(qū)牌匾分布圖等資料， 再從管委廣告科獲取該區(qū)沿街牌匾的屬性數(shù)據(jù)，如牌匾的編號、照片、坐標(biāo)等。根據(jù)牌匾的材質(zhì)，可將其分為鋁板、玻璃鋼、石材、優(yōu)質(zhì)木材等。根據(jù)路名查找道路，首先要指定道路的起點，在數(shù)據(jù)庫中連接道路表，表中保存道路起終點的定位坐標(biāo)。加載該城區(qū)電子地圖與牌匾分布圖，再加載沿街牌匾屬性數(shù)據(jù)。在“工具”中點擊“統(tǒng)計”按鈕，選擇所需獲取的數(shù)據(jù)， 可分別獲取全區(qū)牌匾的總覽數(shù)據(jù)、各街道上沿街的牌匾數(shù)據(jù)。

1.4.4 牌匾變更及注冊與注銷

在牌匾的管理過程中，會出現(xiàn)牌匾變更、牌匾增加、牌匾拆除等問題，那么就必須在系統(tǒng)中及時更正，所以應(yīng)在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中增設(shè)牌匾變更以及牌匾增加和牌匾刪除按鈕， 在牌匾變更里查找想要變更的牌匾，會出現(xiàn)當(dāng)前要變更牌匾的詳細(xì)信息，選擇需要修改的信息進行修改。

1.4.5 安全評估

獲取資料，如該城區(qū)電子地圖、該地區(qū)沿街牌匾電子地圖等。再從管委廣告科獲取各個牌匾在歷史上出現(xiàn)過的問題數(shù)據(jù)和從有關(guān)測繪部門獲取的各牌匾的坐標(biāo)。各圖經(jīng)過疊加，即可得到該條街道牌匾的安全系數(shù)。從安全系數(shù)即可知道該條街道上的牌匾是否應(yīng)該進行“預(yù)警”。

1.4.6 報警事件處理

在沿街牌匾的管理過程中，肯定會遇到各種各樣的問題， 但RFID 的使用會使出現(xiàn)的問題簡單化。

在RFID 系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，電子標(biāo)簽附著在牌匾表面， 電子標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，進而發(fā)送出自身編碼等信息，被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行相關(guān)處理。

1.4.7 全景快速瀏覽

獲取資料，如該城區(qū)電子地圖[4]、該地區(qū)沿街牌匾電子圖等。加載圖層，移動鼠標(biāo)，轉(zhuǎn)動鼠標(biāo)滾輪，即可對城區(qū)景色進行快速瀏覽。全景瀏覽流程圖如圖 3 所示。

1.4.8 法規(guī)條例

設(shè)置沿街牌匾應(yīng)當(dāng)符合政府機關(guān)相應(yīng)的牌匾管理辦法， 點擊“查詢”中的“法律法規(guī)”，會彈出有關(guān)沿街牌匾管理的法律法規(guī)。每條法規(guī)條例后面都有增、刪、改功能。

1.4.9 用戶管理

用戶管理主要是將不同用戶賦予不同權(quán)限，可以實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)的操作和使用不同功能。具體完成以下功能：

(1) 用戶登錄（系統(tǒng)啟動界面后，需要用戶登錄界面，輸入用戶名和密碼登錄到系統(tǒng)中，登錄后，系統(tǒng)根據(jù)用戶授權(quán)情況，顯示功能界面）；

(2) 用戶個人信息修改（非管理員用戶進入系統(tǒng)后，修改自己的密碼和其他可修改的個人信息）；

(3) 用戶授權(quán)（管理員登錄到系統(tǒng)中，可以進行系統(tǒng)授權(quán)）；

(4) 添加新用戶、刪除用戶、修改用戶屬性（用戶名、用戶等級、用戶密碼等）；

(5) 用戶權(quán)限修改（對不同等級的用戶，有一個默認(rèn)權(quán)限， 可以進行哪些操作，同時也可以修改用戶權(quán)限，比如某些功能可以用等）。

1.4.10 圖形的放大縮小等功能

在進入系統(tǒng)時，會出現(xiàn)許多牌匾的位置點，鼠標(biāo)移動到牌匾點時會出現(xiàn)牌匾的懸浮照片，鼠標(biāo)點擊照片后會出現(xiàn)該牌匾的照片及基本信息，有時照片需要放大、縮小、漫游、全覽等操作，所以加入圖形的放大、縮小等功能，以方便用戶使用。

2 關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 傾角傳感器技術(shù)

傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)水平距離和物體高度的測量， 從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺式三種傾角傳感器，這三種傾角傳感器都利用地球萬有引力的作用，將傳感器敏感器件對大地的姿態(tài)角，即與大地引力的夾角（傾角） 這一物理量，轉(zhuǎn)換成模擬信號或脈沖信號。

在地球上任何位置的物體都受到重力的作用（F=mgn）， 即任意質(zhì)量塊都會受到重力加速度的作用，采用加速度傳感器即可測出這個重力加速度。把加速度傳感器固定在物體的水平面上，則加速度傳感器感受到的加速度 a0=gn ；當(dāng)物體姿態(tài)改變時，加速度傳感器的敏感軸隨之轉(zhuǎn)動角度 ，則傳感器受到的加速度變?yōu)?a1=gncos，因此可以通過測量加速度的變化來反映物體姿態(tài)的變化。

2.1.2 基于GIS的傳感器狀態(tài)變更及狀態(tài)顯示

正常情況下，若牌匾沒有變更，則傳感器返回服務(wù)器的數(shù)據(jù)為 0，在出現(xiàn)牌匾更換的情況下，傳感器返回服務(wù)器的數(shù)據(jù)為－ 1。GIS 通過傳回的數(shù)據(jù)將傳感器的狀態(tài)顯示出來，正常的顯示綠色，報警的顯示紅色，牌匾的屬性信息可以通過屬性的形式存儲在GIS 相對應(yīng)的標(biāo)簽上[5]，基站狀態(tài)顯示圖如圖 4 所示，其為城市管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用B/S軟件體系結(jié)構(gòu) [6]，前臺運用Flex平臺， 數(shù)據(jù)庫使用SQL2008將牌匾數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地設(shè)計出來，后臺使用Java技術(shù)，實現(xiàn)前臺與后臺的高速交互。運用Socket 通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)器存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過Java后臺把數(shù)據(jù)調(diào)用到前臺，然后進行解析、判斷。地圖數(shù)據(jù)通過ArcGIS Service10.0發(fā)布緩存地圖，實現(xiàn)地圖的調(diào)用顯示等功能，從而實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的開發(fā)。將系統(tǒng)導(dǎo)出發(fā)行版發(fā)布在 Tomcat 下，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的共享服務(wù)。

3 結(jié) 語

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)受到社會各界的認(rèn)可。沿街牌匾管理是城市急需解決的問題。廣告牌匾數(shù)量處于快速增長階段，而目前廣告牌匾管理工作人員的數(shù)量并沒有增加，這樣的現(xiàn)實情況使得監(jiān)管工作難上加難，將沿街牌匾監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到城市管理中將發(fā)揮越來越大的作用。本系統(tǒng)利用Flex設(shè)計出界面，運用傳感器、ArcGIS等技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與用戶的智能交互。