警用装备智能养护系统的设计与实现.pdf

2 6 2 2 0 2 4年3期2 0 2 4年第4 6卷第3期警用装备智能养护系统的设计与实现余洪昌1 张 捷1 王 震2 吴守林1作者简介:余洪 昌(1 9 9 8-),硕 士 生,研 究 方 向 为 电 子 信 息;张 捷(1 9 7 9-),博 士,研 究 员,研 究 方 向 为 控 制 理 论 与 控 制 工 程;王震(1 9 8 8-),助理工程师,研究方向为火炮及光电产品技术质量监督;吴守林(1 9 9 9-),硕士生,研究方向为无线传感网络。(1.南京理工大学自动化学院 南京2 1 0 0 9 4;2.陆军装备部驻重庆地区军代局驻重庆地区第一军事代表室 山西 晋城4 0 0 0 6 0)摘 要 近年来,警用装备的数量和种类快速增加,但传统被动式的装备养护和修理方式只有在出现问题时才会寻求维修人员的帮助,精确的装备养护则需要专门人员定期检查,及时发现并解决问题。文中设计并实现了一套警用装备智能养护系统,其有效提升了警用装备管理工作的效率和精确性。该系统使用了S p r i n g B o o t,M y B a t i s等后端技术,数据库选用M y S Q L,通信框架选用N e t t y,嵌入了R F I D读卡技术,并将产生的装备基本信息、养护记录信息等通过数据挖掘的方法用于装备养护的分析,可为警务人员提供决策支持。关键词:装备智能养护系统;N e t t y通信;R F I D技术;数据挖掘中图分类号 T P 3 1 1.5D e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no f I n t e l l i g e n tM a i n t e n a n c eS y s t e mf o rP o l i c eE q u i p m e n tYU H o n g c h a n g1,Z HAN GJ i e1,WAN GZ h e n2a n dWUS h o u l i n1(1.N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,N a n j i n g2 1 0 0 9 4,C h i n a;2.T h e f i r s tm i l i t a r yr e p r e s e n t a t i v eo f f i c eo f t h eM i l i t a r yA g e n c yo f t h eM i n i s t r yo fA r m ye q u i p m e n t i nC h o n g q i n g,J i n c h e n g,S h a n x i 4 0 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t I nr e c e n t y e a r s,t h en u m b e r a n d t y p e s o f p o l i c e e q u i p m e n t h a v e i n c r e a s e d r a p i d l y,b u t t h e t r a d i t i o n a l p a s s i v e e-q u i p m e n tm a i n t e n a n c e a n d r e p a i rm e t h o do n l ys e e k s t h eh e l po fm a i n t e n a n c ep e r s o n n e lw h e n t h e r e i s ap r o b l e m,a n da c c u-r a t ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c er e q u i r e s s p e c i a l i z e dp e r s o n n e l t oc h e c kr e g u l a r l y,f i n da n ds o l v ep r o b l e m s i n t i m e.T h i sp a p e rd e s i g n sa n d i m p l e m e n t sa n i n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c es y s t e mf o rp o l i c ee q u i p m e n t,w h i c he f f e c t i v e l y i m p r o v e s t h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c yo fp o l i c ee q u i p m e n tm a n a g e m e n t.T h es y s t e mu s e sb a c k-e n dt e c h n o l o g i e ss u c ha sS p r i n g B o o ta n dM y B a t i s,M y S Q Li su s e df o r t h ed a t a b a s e,N e t t y i su s e df o r t h ec o mm u n i c a t i o nf r a m e w o r k,a n dR F I Dc a r dr e a d i n gt e c h n o l o g y i se m b e d d e d.T h eg e n e r a t e de q u i p m e n tb a s i c i n f o r m a t i o n,m a i n t e n a n c e r e c o r d i n f o r m a t i o n,e t c.a r eu s e d f o r e q u i p m e n tm a-i n t e n a n c ea n a l y s i s t h r o u g hd a t am i n i n g,w h i c hc a np r o v i d ed e c i s i o ns u p p o r t f o rp o l i c eo f f i c e r s.K e y w o r d s E q u i p p e dw i t h i n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c es y s t e m,N e t t yc o mm u n i c a t i o n,R F I Dt e c h n o l o g y,D a t am i n i n g0 引言当前,公安机关的后勤保障装备无法实现集中管理,传统的装备养护方式也无法满足管理需求。为解决这一问题,设计一个智能化的警用装备养护系统具有重要意义。本文探讨了该系统的设计原理和关键功能,分析了其在提高警用装备管理效率方面的潜在优势。通过实时监测和预测性维护,该系统能有效降低养护成本,缩短停机时间,并提高装备的可靠性和可用性,提升警务工作的效果1。1 系统设计警用装备智能养护系统旨在提供一个集装备充电养护管理、智能分配插座、语音交互、灯光指引、充电监控、警用装备养护教学等多功能于一体的智能化系统。系统的整体架构设计如图1所示。图1 系统架构图该系统主要由充电养护台、后台管理平台、安卓显示屏3个部分组成。充电养护台通过对警用装备镶嵌R F I D电子标签进行信息识别,并结合物联网核心识别技术,实现对2 0 2 4年3期2 6 3 警用装备的保管、使用、养护、查找、盘点等全过程的实时化、可视化和智能化管理。1.1 系统硬件架构充电养护台系统主要由控制主屏、8端口射频读写器、逻辑控制板三大部分构成,其硬件总体架构如图2所示。图2 硬件架构图充电养护硬件系统采用“近场天线+红外感应模块+指示灯”的技术架构。在每个充电养护台放置近场天线,每个插座放置红外感应开关。当装备进入感应区时,会触发红外感应开关,通知主控制器驱动相应位置的近场天线对物品进行标签读取,并将标签信息录入后台系统。1.2 系统软件模块本文将系统划分为W e b服务端、N e t t y服务端、安卓显示端。具体的功能划分如图3所示。1.2.1 W e b服务端W e b服务端的主要功能是展示信息、记录与备份重要信息,其可划分为首页、设备管理、系统管理等3个模块。(1)首页。首页以数据可视化的形式展示用户在线数(后台在线人数)、设备在线情况(智能养护台与后台连接数量)、插座使用情况(正在使用的插座的数量)以及装备充电养护情况。(2)设备管理。在设备注册页面注册智能养护台,录入智能养护台的基础数据,如设备型号、编号、使用单位等。在设备状态页面对每个智能养护台进行状态监测,精确查看每个智能养护台的状态(在线、离线、故障)。在远程升级页面,还能实现相关软件的远程升级。(3)系统管理。管理员对用户信息进行增、删、改、查等操作,给每个用户分配后台用户名,系统给用户分配初始化密码,用户可自行在个人中心修改密码。为避免新用户在注册时因不同权限的多次修改而致使任务量增加,本文采用R B A C的方法来设置角色控制访问权限。权限检查机制主要通过安全框架S p r i n gS e c u r i t y的权限注解P r e A u t h o-r i z e和S p r i n gE L表达式实现,且能记录每位后台用户的登录和操作日志。1.2.2 N e t t y服务端(1)维持长连接。N e t t y的长连接机制减少了频繁创建和关闭连接的开销,提高了通信性能。全双工通信模式使客户端和服务端能同时进行读写操作,实现实时的双向数据传输,从而提供更好的实时性和交互性2。(2)主动发送命令。利用N e t t y通信框架,能弥补传统基于请求-响应模式的HT T P通信存在的缺点。通过定义适当的协议和消息格式,并借助N e t t y的C h a n n e l机制,可使服务端主动向客户端推送指令,客户端则可以接收和处理这些指令。1.2.3 安卓显示屏在每次开机重启时,系统会进行自检,查看设备是否存在故障。如出现故障,则需将故障码返给后台。首页页面共有6个模块,包括充电管理、养护管理、充电养护记录、教学视频、报警记录、设置及厂家设置。(1)充电管理。展示每个插座的充电情况,包含充电装备名称、装备编号、R F I D标签号、预计完成充电时长以及装备上次充电时间。(2)养护管理。展示每个装备的养护情况,包含装备名称、装备编号、R F I D标签号、上次保养时间。(3)养护记录。可展示装备充电养护记录,包含装备名称、装备编号、R F I D标签号、充电日期(结束时间)、养护日期以及充电状态。(4)教学视频。展示装备的养护教学视频。(5)报警记录。展示报警事件名称、事件内容及发生时间,报警记录可实现本地化存储,使用安卓端定期进行数据清理,并将报警记录信息返回后台,并实现断网续传。同时,也可从后台拉取记录数据,方便管理人员查看。(6)设置及厂家设置。展示屏保自动退出时间和音量大小,对屏保退出时间和音量大小进行设置(屏保设置时间一般为6 02 4 0 s)。另外,该页面可展示设备的基础设置,可对设备名称、型号、编号、I P地址、端口号等进行配置。图3 系统功能模块图移动信息2 6 4 2 0 2 4年3期2 关键技术2.1 R F I D技术R F I D(R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n)技术是一种无线射频识别技术,通过无接触的双向数据通信实现对电子标签或射频卡的识别和数据交换。一个完整的R F I D系统由3个核心部分组成,分别是阅读器、天线和电子标签3,如图4所示。图4 R F I D系统基本结构警用装备智能养护系统通过R F I D识别的流程包括以下步骤。(1)准备阶段:为每件警用装备附加电子标签,标签中存储着唯一编码。(2)识别流程:阅读器发射射频信号,电子标签接收并发送响应信号,阅读器解析响应信号中的唯一编码,实现对装备的识别和关联。(3)处理和存储:计算机控制端接收已识别的警用装备信息,并对其进行处理、分析和持久化存储。总体而言,该系统依靠阅读器和电子标签之间的射频信号的空间耦合(电感耦合和电磁反向散射耦合)作用实现数据交互。2.2 通信设计为满足高并发和低延迟的要求,该系统采用N e t t y框架开发通信服务器,并与多个智能养护终端建立连接。在系统中,采用自定义数据传输协议,该协议由消息头和消息体两部分组成。消息头包含任务指令码、任务类型、设备编号等关键信息,而消息体则包含描述信息、执行状态信息、任务具体数据等内容。通过这种方式,可实现高效、可靠的数据传输和处理。后台系统与警用装备养护终端之间采用该通信协议进行数据传输,实现任务的下发以及执行结果的回传4。在警用装备智能养护系统中,通过N e t t y服务器实现与硬件设备的连接和通信。服务器可生成唯一的N i o-S o c k e t C h a n n e l,并将其与设备的I D关联存储起来。系统可通过H a s h M a p定位和选择设备,并实现智能养护功能,包括远程配置和监控。通过数据处理和存储,提升了警用装备管理的效率和可靠性。2.3 数据挖掘技术数据挖掘的目标是从大量看似不相关的数据中提取出有用的信息,并利用这些相关的、规律性的信息为下一步的决策和优化提供依据。本文利用数据挖掘方法,从装备信息中提取有用信息,以对装备养护进行定量分析,为公安部门的决策提供支持。其中,充电数据信息指电子装备在维护保养过程中产生的相关信息,包括充电时间、电池型号、充电次数、充电电压、充电电流等5。从电子警用设备的养护信息中,可以获取其每次充电的数据,从而对装备电池进行寿命预测,该系统拟采用C NN+L S TM+A t t e n t i o n机制的电池寿命预测算法。2.3.1 数据预处理利用卷积神经网络(C NN)对电池的充放电数据进行特征提取。C NN的卷积层可以有效地从原始数据中提取局部特征,而最大池化层则可以减少特征的维数并保留重要信息。通过这种方式,可以从电池的充放电曲线中提取出有用的特征,提高预测算法的效率。2.3.2 特征学习和序列预测提取出的特征会被输入长短期记忆网络(L S TM)中进行学习。由于电池的工作状态通常具有时间序列特性,因此L S TM是一个理想的选择,其可以处理具有长期依赖性的时间序列数据。L S TM通过其特殊的网络结构记住长期信息,避免了传统R NN的长期依赖问题。2.3.3 注意力机制的引入通过引入A t t e n t i o n机制来进一步提升预测的准确性。A t t e n t i o n机制可以帮助模型在处理装备电池充电时间序列数据时,关注到对当前预测更重要的历史信息。A t t e n t i o n机制能使模型自动学习到对电池寿命预测更有影响的时间段,提高预测的准确性。该模型不仅提高了电池寿命预测的准确性,还减少了人工特征选择和提取的工作量。数据挖掘的结果可以为决策提供依据并指导决策方向,提高装备保障管理水平。装备充电数据挖掘的过程如图5所示6。图5 装备充电数据挖掘过程移动信息2 0 2 4年3期2 6 5 3 结语为深入推进执法规范化建设,需要加强警员装备的规范化养护,提高执法的质量和公信力。本文设计了一种基于数据挖掘的警用装备智能养护系统,旨在帮助公安部门管理员在第一时间对装备进行保养充电,延长警用装备的使用寿命,避免不必要的浪费,使警用装备养护管理实现“充电能感知、养护有记录、管理智能化”。目前,该系统已投入某公安部门使用,稳定性较好,达到了预期效果。参考文献1侯健,漆乐庭,高波,等.警用装备物资智能化管理在公安应急保障建设中的应用J.警察技术,2 0 2 2(3):1 1-1 3.2郭强,叶青,屈红冰,等.基于N e t t y的智慧井盖监控系统设计与实现J.工业控制计算机,2 0 2 2,3 5(5):3 3-3 4,3 8.3陈雪萍,马欢,张鹏飞.基于R F I D物联网技术的智能仓库系统设计J.计算机技术与发展,2 0 2 3,3 3(4):9 6-1 0 1.4HUANGYZ,L I UZY,Q I ANRX,e t a l.AF i l eD i s t r i b u t i o nM e c h a n i s m b a s e d o n N e t t y C o mm u n i c a t i o n F r a m e w o r kJ.I O PC o n f e r e n c eS e r i e s:M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r-i n g,2 0 2 1,1 0 4 3(3):3 2-4 7.5朱国梁,罗德强.基于数据挖掘的装备保障决策系统J.信息技术与信息化,2 0 2 1(1 0):1 2 2-1 2 4.6WANGZ.T h eE v a l u a t i o n M e t h o df o rO p e r a t i o nE f f i c i e n c yo fE q u i p m e n tS y s t e m B a s e do nD a t aF a r m i n ga n d M i n i n gJ.I TM W e bo fC o n f e r e n c e s,2 0 1 7(1 2):3 0 0 4.(上接第2 5 2页)展政策而带来的潜在政策优惠。在进行成本效益分析时,必须考虑升级策略的长期影响,包括潜在的市场扩展、技术演进等与现有设施之间的兼容性,也包括随时间推移而变化的维护成本。此外,还应考虑潜在的风险,如技术过时、安全性风险以及这些风险可能对项目总成本产生的影响。4 结语本文总结了智能化燃气系统的数字化升级策略。首先,概述了现有技术的现状,包括远程监控、智能计量、数据分析等关键技术。其次,分析了现有系统的局限性,涉及安全性、技术互操作性、可持续性、用户教育等方面。然后,提出了数字化升级的关键策略,包括数据收集与分析技术的应用、物联网的集成以及用户界面的增强。最后,针对存在的挑战,提出了应对策略,包括强化安全性和隐私保护、进行成本效益分析等。通过这些策略,可以更好地实现燃气系统的数字化升级,提高其效率、安全性,提升用户体验。参考文献1张晨,张明作,杨雷雷,等.智能技术在城市燃气管网中的应用分析J.当代化工研究,2 0 2 1(1 9):1 8 1-1 8 2.2中国城市燃气协会团体标准 城镇燃气系统智能化评价规范 开题会暨第一次工作会在京召开J.城市燃气,2 0 2 1(6):4 9.移动信息