基于区块链的智能巡检系统设计

刘 航，胡裕阳，李鹏程

(西南石油大学计算机科学学院，四川 成都 610500)

0 引言

在油田生产管理过程中，相关巡检管理工作人员借助巡检终端系统采集并录入现场各项设备实时信息[1]。在巡检终端系统中，李军，王涛提出一种基于物联网、小程序架构理论的巡检体系[2]，重点探究线路巡检体系架构建设路径，但其忽略了对关键巡检数据安全问题的考量。宋洋通过分析石油巡检中存在的问题[3]，针对智能化巡检在石油企业中的应用进行分析，并提出相关建议作为参考，但其未进行实际的系统设计开发应用支撑理论研究。陈浩等人提出通过无人机及海洋检测手段对海上石油日常生产进行巡检和检测[4]，提升海上平台设备巡检水平和应急救援水平，但建设无人机巡检和应急救援系统成本较高，不适用于小型石油站场设备巡检。

移动巡检终端设备在巡检中应用广泛，总体来说主要分为手机巡检终端设备、专用巡检仪2种终端设备。宋春慧等人设计了一款基于安卓终端的长输管道巡检系统[5]，该系统中手持机系统采用安卓操作系统的PDA，具有自动巡检、数据存储、自动提醒、罗盘指向等功能，并通过实际应用，证明了其在管线巡检工作中具有较大价值。刘佳设计了一款基于GIS(地理信息系统)的管线巡检信息系统[6]，该系统通过专用巡检仪沿着指定线路进行巡检和数据采集，并通过巡检展示系统跟踪巡检情况。

近年来，区块链技术正在巡检工作中不断被尝试，在电力系统和供热管道巡检中已经有过相关理论的研究和应用。《信息技术让城市热力管网可追溯》一文中旗帜鲜明地提出在集中供热领域信息化建设缓慢，庞大地下管网巡检仍然停留在手工巡检阶段，并提出希望区块链、大数据技术能应用于管道巡检信息化建设中[7]。谢小松、何冰等人指出在线路反外损领域存在多发性、突发性和不确定性问题[8]，导致巡检的人力投入不足，巡检效率低，提出采用物联网加区块链技术，重构输电线路反外损的巡检管理体系，现处于研究测试阶段。

针对以上研究现状和启发，本文提出设计一款基于射频识别和区块链技术的移动巡检app，致力于实现巡检工作无纸化数据采集，让巡检工作信息化、智能化。

1 设计内容

1.1 硬件部分

图1为RFID芯片(14443A标签)，左边为螺丝帽型便于固定到管道中，右边为卡片型。芯片中可以用于存储设备信息。

图1 RFID芯片

图2为RFID读卡器(型号FH-902)，支持协议ISO18000-6C，用于连接安卓手机，通过该读卡器可以读取芯片唯一识别ID。

图2 RFID读卡器

图3为RFID读卡器工作测试图。通过连接安卓手机，可以读取芯片唯一识别ID。

图3 读卡器工作测试图

图4为RFID读卡器工作原理图。读卡器通过天线发出射频信号，可以读取RFID芯片存储信息，将该信息读取后送到手机应用进行处理。

图4 读卡器工作原理图

1.2 App部分

移动巡检app为用户提供基于Android 系统的手机移动终端，用于巡检过程实施和数据采集。主要功能模块如下。

1)查看、执行任务。巡检员、督导员用手机查看所有待执行的任务列表。点击任意任务，可查看任务详情。

2)数据采集。通过手机OTG方式连接RFID高频读卡器，快速识别设备标签，进行数据采集。

3)工作情况上报。采用射频识别等技术确保巡检人员真实到位，通过手机端智慧巡检app快速上传工作情况。

1.3 区块链部分

本文采用HyperLedger Fabric(简称Fabric)来完成用户积分信息和巡检记录信息上链。Chaincode采用GO语言编写，GO语言是Fabric的源程序开发语言，也是Fabric最早支持的开发语言之一。Chaincode中实现了基本时间的查询、事件状态的修改、基本事件的提交。本系统直接采用HyperLedger Fabric容器进行命令提交。

2 系统测试

2.1 App读卡测试

图5为手机巡检app已经读卡识别关键功能，图5(b)为读卡器读取芯片中存储的EPC电子产品编码(与设备绑定)。

(a) (b)

2.2 接口测试

采用Swagger接口测试工具对所有的API进行测试，Swagger是一款功能强大的测试工具，可以在浏览器发送各类POST、GET请求，甚至模拟表单提交，测试举例如图6所示。在Swagger中新建测试，填写url、参数，即可看到测试结果(json数据)。

图6 Swagger测试示意图

2.3 区块链测试

图7～8为区块链网络测试。

图7 启动区块链

图8 网络正常ALL COOD

测试结果:用户转账等网络功能正常，能够实现区块链的单机多节点的分布式存储。接着测试本文的项目的链码与部署如下：首先生成创世区块，并进行生成通道配置文件，如图9～10所示。然后启动Docker容器，进行Channel创建操作，如图11～13所示。

图9 生成创世区块

图10 生成通道配置文件

图11 启动Docker容器

图12 创建Channel

图13 Peer加入Channel

最后进行安装智能合约，并且测试上链，如图14～15所示。可以看到，测试上链成功。测试查询结果如图16所示。

图14 安装智能合约

图15 测试上链，结果返回上链成功

图16 测试查询结果

3 结语

本项目以天然气储气站为应用对象，开发了一款移动巡检app，辅助区块链技术实现数据无法篡改和溯源的智慧巡检系统，实现对石油站场的人、物、流程等要素的全面管控；通过射频识别技术，即对RFID(Radio Frequency Identification)芯片识别，实现对设备智能一键识别、支持快速高效的巡检作业。