4G網(wǎng)絡下的多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

摘 要： 隨著我國建筑工程規(guī)模的日益擴大，建筑施工環(huán)境日益復雜，為了應對新工藝、新材料和新設備的不斷涌現(xiàn)，利用4G網(wǎng)絡開發(fā)多終端的移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以有效加強建筑工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，可以在施工現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡基礎設施的情況下，使得施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)及時、有效地采集、傳輸，使采集的數(shù)據(jù)可以更加有效的被利用，可以大大提高數(shù)據(jù)的傳輸性和有效性，也將提高我國建筑施工的信息化水平和建筑工地施工的管理水平。

關鍵詞： 4G網(wǎng)絡； 建筑工程； 移動數(shù)據(jù)采集； 測試系統(tǒng)

中圖分類號： TN711?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）15?0025?03

Abstract： With the enlarging of architectural engineering scale， the architectural construction environment becomes increa?singly complex. In order to deal with the impact of new technology， new material and new equipment， the 4G network is fully used to develop the multi?terminal mobile data acquisition system， which can effectively strengthen the data acquisition of architectural engineering field， acquire and transmit various data of construction field timely and effectively without network infrastructure， enhance the data utilization availably， and improve the data transmission performance and validity greatly. This system can greatly improve the information level of architectural construction and management level of architectural site construction in China.

Keywords： 4G network； architectural engineering； mobile data acquisition； test system

0 引 言

4G網(wǎng)絡具有傳輸速度快、網(wǎng)絡頻譜寬、信號兼容性好、通信質(zhì)量高等優(yōu)勢，這使得4G網(wǎng)絡的應用范圍不斷拓展和延伸。另外，隨著我國信息化進程的不斷推進，各行各業(yè)都在向信息化發(fā)展，從之前的單純走數(shù)字化道路，轉(zhuǎn)向走數(shù)字化、網(wǎng)絡化和無線化三位一體的立體化道路，4G網(wǎng)絡在其中充當了舉足輕重的地位。

建筑業(yè)在我國屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，還處于依賴大量低成本工人施工的狀況，整個建筑施工過程自動化、信息化水平都很低。隨著現(xiàn)在建筑工程的日益龐大，建筑環(huán)境的日益復雜，新的工藝、新的材料和新的設備不斷涌現(xiàn)，對建筑工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集顯得越來越重要，數(shù)據(jù)是優(yōu)化管理和實現(xiàn)自動化、信息化的基礎。在建筑施工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，需要考慮的問題很多，由于建筑業(yè)生產(chǎn)活動所固有的分散、地點頻繁變動等特點，特別是在施工現(xiàn)場通常沒有網(wǎng)絡基礎設施，使得施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)不能及時、有效地傳入現(xiàn)有的各種管理信息系統(tǒng)，因此如果充分利用4G網(wǎng)絡，開發(fā)多終端的移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將會大大提高建筑施工的信息化水平，也將極大地提高建筑工地施工的管理水平。

1 4G移動通信網(wǎng)絡

1.1 4G網(wǎng)絡結構

4G即第四代移動通信技術，是把3G寬帶數(shù)字系統(tǒng)與WLAN集合于一體，能夠快速地傳輸數(shù)據(jù)以及高質(zhì)量的音頻、視頻、圖片等。

4G移動系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構可以分為物理網(wǎng)絡層、中間環(huán)境層和應用網(wǎng)絡層等三層，其中，物理網(wǎng)絡層由無線網(wǎng)和核心網(wǎng)結合，主要提供應用網(wǎng)絡的外部接入和不同路由的選擇；中間環(huán)境層主要提供QoS映射、地址變換和完全性管理等功能。物理網(wǎng)絡層與中間環(huán)境層之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應用及服務變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務，并運行多個頻帶。

1.2 4G優(yōu)勢對系統(tǒng)開發(fā)的益處

4G網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢可以用“更快、更便捷、更智能、更兼容”來概括。

（1） 更快。根據(jù)專業(yè)測評公司公布的數(shù)據(jù)，4G網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的最大傳輸速度可以高達100 Mb/s，在日常使用情況下，4G網(wǎng)絡的傳輸速度也可以達到10～20 Mb/s，這個傳輸速度遠遠高出2G和3G網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速度。4G網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)傳輸方面之所以有這么好的表現(xiàn)，主要是因為4G網(wǎng)絡在接入無線網(wǎng)時的速度非?？??；谶@一點，在建筑工程現(xiàn)場進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，然后上傳數(shù)據(jù)時，速度就會大大提高。因為在進行移動數(shù)據(jù)采集時，常常要利用網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的收集、傳輸，這個時候工作人員就特別在意網(wǎng)絡的速度，如果網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俣瓤?，那么現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集人員在進行數(shù)據(jù)的收集和傳輸?shù)乃俣染蜁涌?，進而節(jié)省了工作時間，4G網(wǎng)絡能夠高速傳輸數(shù)據(jù)很好的滿足了這一工作需求。

（2） 更便捷。4G網(wǎng)絡可以像計算機一樣傳輸、共享視頻資料或圖片資料等，甚至它還可以滿足一部分人進行網(wǎng)絡的需求，可以幫助用戶實現(xiàn)游戲?qū)Υ?。在進行建筑工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集時，隨著新材料、新工藝、新設備的引進，好多數(shù)據(jù)不再是單純的數(shù)字或文本，圖片、視頻數(shù)據(jù)也隨之增加，這樣，利用4G網(wǎng)絡同樣可以很好地完成傳輸任務。

（3） 更智能。4G網(wǎng)絡的智能化體現(xiàn)在兩個方面：一方面是4G網(wǎng)絡滿足了人們現(xiàn)場觀看的需求；另一方面是4G網(wǎng)絡能夠提醒4G網(wǎng)絡用戶身邊的環(huán)境，如時間、天氣等。在建筑施工現(xiàn)場，多終端間的交互可以利用4G網(wǎng)絡的智能化進行觀看，對于數(shù)據(jù)采集人員也可以提醒其工作的現(xiàn)場環(huán)境。

（4） 更兼容。4G網(wǎng)絡具有特別好的兼容性，首先，4G網(wǎng)絡能夠支持種類多變的終端設備，現(xiàn)在經(jīng)常使用的計算機、筆記本、手機或Pad等終端設備都可以使用4G網(wǎng)絡；其次，4G網(wǎng)絡還可以與其他多種網(wǎng)絡進行連接；再者，與2G和3G的網(wǎng)絡接口相比，4G網(wǎng)絡要更加開放，開放性的網(wǎng)絡接口可以支持多種接口的接入。這樣的兼容性，讓開發(fā)多終端的建筑施工現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為可能，“多終端”必須有4G兼容性的支持，只有實現(xiàn)“多終端”才能體現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集的便捷和可靠，多網(wǎng)絡的連接使得采集的數(shù)據(jù)可以更加有效地被利用，可以大大提高數(shù)據(jù)的傳輸性和有效性。

2 多終端移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如今，我國建筑工程的規(guī)模日益擴大，建筑施工環(huán)境也變得日益復雜，為了應對新工藝、新材料和新設備不斷涌現(xiàn)，加強建筑工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集顯得越來越重要。然而，由于建筑施工現(xiàn)場十分分散，而且施工地點也存在頻繁變動的情況，特別是在施工現(xiàn)場通常沒有網(wǎng)絡基礎設施，使得施工現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的及時、有效地采集、傳輸存在極大困難，在建筑施工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，如果能充分利用4G網(wǎng)絡，開發(fā)多終端的移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以上問題將迎刃而解。因此，研究、設計、開發(fā)4G網(wǎng)絡下的多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就顯得十分迫切。

2.1 需求分析

通過調(diào)查，對于多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要解決八個主要問題：施工現(xiàn)場分散、經(jīng)常變動，采集人員需要在施工現(xiàn)場內(nèi)不斷移動，如何在較低的經(jīng)濟和時間成本下快速搭建系統(tǒng)是首先需要解決的問題；多個不同數(shù)據(jù)采集點同時進行數(shù)據(jù)采集任務的需求問題；計算機、筆記本、手機或Pad等不同終端設備平臺之間的兼容問題；保證圖片數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的實時性問題；網(wǎng)絡帶寬對實時影像信息傳輸?shù)南拗婆c影響問題；為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集人員提供遠程技術支持問題；滿足建筑工程多方提出的對施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息共享的問題；所有數(shù)據(jù)的保存和檢索問題。

通過對比和分析目前建筑工程施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的方式和系統(tǒng)的不足和主要需求，可以將上述八個問題歸納分為4類：系統(tǒng)的便捷式移動；系統(tǒng)的多終端實時采集、傳輸；影像數(shù)據(jù)的二次處理；工程數(shù)據(jù)的共享。

2.2 系統(tǒng)層次結構

整個建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由移動終端設備、JMF API、數(shù)據(jù)庫及應用程序組成；數(shù)據(jù)分析處理子系統(tǒng)由Web服務器、Struts架構、數(shù)據(jù)庫組成。在系統(tǒng)的底層，影響傳輸接口采用的是JMF API，影響數(shù)據(jù)采集設備可以采用Pad、計算機、智能手機以及無線攝像頭等多種無線設備，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行。圖1對系統(tǒng)的層次結構作了比較詳細的介紹。

2.3 系統(tǒng)總體設計

為了實現(xiàn)上述功能，多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的用戶除了常見的個人計算機用戶外，重要的用戶對象是智能手機、Pad等智能移動終端設備，所以整個系統(tǒng)的Web應用以及流媒體技術必須支持不同平臺之間的使用，而系統(tǒng)資源的管理采用Windows系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)在4G網(wǎng)絡技術的基礎上，應用Android，IOS等終端平臺都支持的協(xié)議，這樣就可以保證不同的移動終端可以完美對接。在數(shù)據(jù)上傳管理方面，采用高效符合4G網(wǎng)絡的軟件分發(fā)系統(tǒng)，使每一個終端用戶在不同的建筑施工現(xiàn)場都能快速高效地完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸。在基礎數(shù)據(jù)的儲存和管理方面，系統(tǒng)又由專門的儲存設備和管理設備組成，儲存設備是整個移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基礎，而數(shù)據(jù)管理設備系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲輯化、冗余化的必要前提。另外，該系統(tǒng)的核心部分是根據(jù)實際多個現(xiàn)場采集的不同數(shù)據(jù)，開發(fā)不同的應用服務接口，提供不同的應用服務，使得整個系統(tǒng)可以遠程對采集過程進行指導和管理，對采集人員的數(shù)量和采集資源進行分配，并且對數(shù)據(jù)實時進行分析、存儲，更重要的是保持數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性。4G網(wǎng)絡下多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構示意圖如圖2所示。

3 實驗驗證

根據(jù)本課題的目標，設計了4G網(wǎng)絡下多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)框架搭建了試驗測試系統(tǒng)，試驗了多終端移動數(shù)據(jù)采集情況，并且實時檢測和控制了系統(tǒng)通信的全過程，在整個實驗過程中，計算機、智能手機、Pad等不同的移動終端設備與系統(tǒng)之間建立了明確、透明的數(shù)據(jù)傳輸通信鏈。

在實施多現(xiàn)場、多終端遠程移動數(shù)據(jù)采集和控制時，數(shù)據(jù)上傳成功后，通過特定的程序?qū)?shù)據(jù)緩存區(qū)中欲發(fā)進的數(shù)據(jù)進行發(fā)送，這些數(shù)據(jù)格式是多樣的，包括文本、圖片和視頻等。發(fā)送數(shù)據(jù)的原理與建立連接時的基本相同，均是通過4G網(wǎng)絡實現(xiàn)連接，但數(shù)據(jù)的接收是通過申口中斷接收完成的，同時將接收到的數(shù)據(jù)必須先放人接收緩存區(qū)以便做校驗。通過示波器對傳輸數(shù)據(jù)電路的輸入端口以及系統(tǒng)輸出端口進行監(jiān)視，可以判斷數(shù)據(jù)發(fā)送的快速和有效性。

通過實驗證明本文設計的4G網(wǎng)絡下多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是可行有效的，可以在施工現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡基礎設施的情況下，使得施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)及時、有效地采集、傳輸，使采集的數(shù)據(jù)可以更加有效地被利用，提高了數(shù)據(jù)的傳輸性和有效性。

4 結 語

隨著4G網(wǎng)絡在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)全覆蓋，4G網(wǎng)絡的優(yōu)勢也越發(fā)凸顯，其“更快、更便捷、更智能、更兼容”的特點對開發(fā)多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集起到了舉足輕重的作用。利用4G網(wǎng)絡開發(fā)多終端的移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以有效加強建筑工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，可以在施工現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡基礎設施的情況下，使得施工現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)及時、有效地采集、傳輸，使采集的數(shù)據(jù)可以更加有效地被利用，大大提高數(shù)據(jù)的傳輸性和有效性，這也將大大提高我國建筑施工的信息化水平和建筑工地施工的管理水平。本文設計的4G網(wǎng)絡下多終端建筑工程現(xiàn)場移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很強的現(xiàn)實指導意義，值得相關領域借鑒。

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