4G網(wǎng)絡(luò)下的多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 隨著我國(guó)建筑工程規(guī)模的日益擴(kuò)大，建筑施工環(huán)境日益復(fù)雜，為了應(yīng)對(duì)新工藝、新材料和新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，利用4G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)多終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以有效加強(qiáng)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，使得施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)及時(shí)、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(guó)建筑施工的信息化水平和建筑工地施工的管理水平。

關(guān)鍵詞： 4G網(wǎng)絡(luò)； 建筑工程； 移動(dòng)數(shù)據(jù)采集； 測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN711?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(luò)具有傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)頻譜寬、信號(hào)兼容性好、通信質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，這使得4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍不斷拓展和延伸。另外，隨著我國(guó)信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，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(luò)化和無(wú)線(xiàn)化三位一體的立體化道路，4G網(wǎng)絡(luò)在其中充當(dāng)了舉足輕重的地位。

建筑業(yè)在我國(guó)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，還處于依賴(lài)大量低成本工人施工的狀況，整個(gè)建筑施工過(guò)程自動(dòng)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(fù)雜，新的工藝、新的材料和新的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對(duì)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集顯得越來(lái)越重要，數(shù)據(jù)是優(yōu)化管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化的基礎(chǔ)。在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，需要考慮的問(wèn)題很多，由于建筑業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所固有的分散、地點(diǎn)頻繁變動(dòng)等特點(diǎn)，特別是在施工現(xiàn)場(chǎng)通常沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使得施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)不能及時(shí)、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(luò)，開(kāi)發(fā)多終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將會(huì)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

1.1 4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G即第四代移動(dòng)通信技術(shù)，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(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層等三層，其中，物理網(wǎng)絡(luò)層由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和核心網(wǎng)結(jié)合，主要提供應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)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(luò)層與中間環(huán)境層之間的接口是開(kāi)放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線(xiàn)服務(wù)，并運(yùn)行多個(gè)頻帶。

1.2 4G優(yōu)勢(shì)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的益處

4G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)可以用“更快、更便捷、更智能、更兼容”來(lái)概括。

（1） 更快。根據(jù)專(zhuān)業(yè)測(cè)評(píng)公司公布的數(shù)據(jù)，4G網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的最大傳輸速度可以高達(dá)100 Mb/s，在日常使用情況下，4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也可以達(dá)到10～20 Mb/s，這個(gè)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出2G和3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度。4G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸方面之所以有這么好的表現(xiàn)，主要是因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)在接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)時(shí)的速度非?？??；谶@一點(diǎn)，在建筑工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，然后上傳數(shù)據(jù)時(shí)，速度就會(huì)大大提高。因?yàn)樵谶M(jìn)行移動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)，常常要利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、傳輸，這個(gè)時(shí)候工作人員就特別在意網(wǎng)絡(luò)的速度，如果網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣瓤?，那么現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和傳輸?shù)乃俣染蜁?huì)加快，進(jìn)而節(jié)省了工作時(shí)間，4G網(wǎng)絡(luò)能夠高速傳輸數(shù)據(jù)很好的滿(mǎn)足了這一工作需求。

（2） 更便捷。4G網(wǎng)絡(luò)可以像計(jì)算機(jī)一樣傳輸、共享視頻資料或圖片資料等，甚至它還可以滿(mǎn)足一部分人進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的需求，可以幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)游戲?qū)Υ?。在進(jìn)行建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集時(shí)，隨著新材料、新工藝、新設(shè)備的引進(jìn)，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(luò)同樣可以很好地完成傳輸任務(wù)。

（3） 更智能。4G網(wǎng)絡(luò)的智能化體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是4G網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足了人們現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)看的需求；另一方面是4G網(wǎng)絡(luò)能夠提醒4G網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)身邊的環(huán)境，如時(shí)間、天氣等。在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，多終端間的交互可以利用4G網(wǎng)絡(luò)的智能化進(jìn)行觀(guān)看，對(duì)于數(shù)據(jù)采集人員也可以提醒其工作的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

（4） 更兼容。4G網(wǎng)絡(luò)具有特別好的兼容性，首先，4G網(wǎng)絡(luò)能夠支持種類(lèi)多變的終端設(shè)備，現(xiàn)在經(jīng)常使用的計(jì)算機(jī)、筆記本、手機(jī)或Pad等終端設(shè)備都可以使用4G網(wǎng)絡(luò)；其次，4G網(wǎng)絡(luò)還可以與其他多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接；再者，與2G和3G的網(wǎng)絡(luò)接口相比，4G網(wǎng)絡(luò)要更加開(kāi)放，開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)接口可以支持多種接口的接入。這樣的兼容性，讓開(kāi)發(fā)多終端的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)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(shí)現(xiàn)“多終端”才能體現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集的便捷和可靠，多網(wǎng)絡(luò)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(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如今，我國(guó)建筑工程的規(guī)模日益擴(kuò)大，建筑施工環(huán)境也變得日益復(fù)雜，為了應(yīng)對(duì)新工藝、新材料和新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，加強(qiáng)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集顯得越來(lái)越重要。然而，由于建筑施工現(xiàn)場(chǎng)十分分散，而且施工地點(diǎn)也存在頻繁變動(dòng)的情況，特別是在施工現(xiàn)場(chǎng)通常沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使得施工現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)的及時(shí)、有效地采集、傳輸存在極大困難，在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，如果能充分利用4G網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)多終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以上問(wèn)題將迎刃而解。因此，研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)4G網(wǎng)絡(luò)下的多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就顯得十分迫切。

2.1 需求分析

通過(guò)調(diào)查，對(duì)于多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要解決八個(gè)主要問(wèn)題：施工現(xiàn)場(chǎng)分散、經(jīng)常變動(dòng)，采集人員需要在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)不斷移動(dòng)，如何在較低的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本下快速搭建系統(tǒng)是首先需要解決的問(wèn)題；多個(gè)不同數(shù)據(jù)采集點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)的需求問(wèn)題；計(jì)算機(jī)、筆記本、手機(jī)或Pad等不同終端設(shè)備平臺(tái)之間的兼容問(wèn)題；保證圖片數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)帶寬對(duì)實(shí)時(shí)影像信息傳輸?shù)南拗婆c影響問(wèn)題；為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集人員提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持問(wèn)題；滿(mǎn)足建筑工程多方提出的對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息共享的問(wèn)題；所有數(shù)據(jù)的保存和檢索問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)比和分析目前建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)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(gè)問(wèn)題歸納分為4類(lèi)：系統(tǒng)的便捷式移動(dòng)；系統(tǒng)的多終端實(shí)時(shí)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(jié)構(gòu)

整個(gè)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由移動(dòng)終端設(shè)備、JMF API、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用程序組成；數(shù)據(jù)分析處理子系統(tǒng)由Web服務(wù)器、Struts架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(shè)備可以采用Pad、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)以及無(wú)線(xiàn)攝像頭等多種無(wú)線(xiàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。圖1對(duì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)作了比較詳細(xì)的介紹。

2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的用戶(hù)除了常見(jiàn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)用戶(hù)外，重要的用戶(hù)對(duì)象是智能手機(jī)、Pad等智能移動(dòng)終端設(shè)備，所以整個(gè)系統(tǒng)的Web應(yīng)用以及流媒體技術(shù)必須支持不同平臺(tái)之間的使用，而系統(tǒng)資源的管理采用Windows系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)在4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Android，IOS等終端平臺(tái)都支持的協(xié)議，這樣就可以保證不同的移動(dòng)終端可以完美對(duì)接。在數(shù)據(jù)上傳管理方面，采用高效符合4G網(wǎng)絡(luò)的軟件分發(fā)系統(tǒng)，使每一個(gè)終端用戶(hù)在不同的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)都能快速高效地完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和管理方面，系統(tǒng)又由專(zhuān)門(mén)的儲(chǔ)存設(shè)備和管理設(shè)備組成，儲(chǔ)存設(shè)備是整個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)管理設(shè)備系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)際多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集的不同數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)不同的應(yīng)用服務(wù)接口，提供不同的應(yīng)用服務(wù)，使得整個(gè)系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程對(duì)采集過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)和管理，對(duì)采集人員的數(shù)量和采集資源進(jìn)行分配，并且對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)，更重要的是保持?jǐn)?shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性。4G網(wǎng)絡(luò)下多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)本課題的目標(biāo)，設(shè)計(jì)了4G網(wǎng)絡(luò)下多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)框架搭建了試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)了多終端移動(dòng)數(shù)據(jù)采集情況，并且實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制了系統(tǒng)通信的全過(guò)程，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、Pad等不同的移動(dòng)終端設(shè)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(shí)施多現(xiàn)場(chǎng)、多終端遠(yuǎn)程移動(dòng)數(shù)據(jù)采集和控制時(shí)，數(shù)據(jù)上傳成功后，通過(guò)特定的程序?qū)?shù)據(jù)緩存區(qū)中欲發(fā)進(jìn)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)的基本相同，均是通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，但數(shù)據(jù)的接收是通過(guò)申口中斷接收完成的，同時(shí)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(yàn)。通過(guò)示波器對(duì)傳輸數(shù)據(jù)電路的輸入端口以及系統(tǒng)輸出端口進(jìn)行監(jiān)視，可以判斷數(shù)據(jù)發(fā)送的快速和有效性。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本文設(shè)計(jì)的4G網(wǎng)絡(luò)下多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是可行有效的，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，使得施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)及時(shí)、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(jié) 語(yǔ)

隨著4G網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，4G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)也越發(fā)凸顯，其“更快、更便捷、更智能、更兼容”的特點(diǎn)對(duì)開(kāi)發(fā)多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集起到了舉足輕重的作用。利用4G網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)多終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以有效加強(qiáng)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，使得施工現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)及時(shí)、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(guó)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(shè)計(jì)的4G網(wǎng)絡(luò)下多終端建筑工程現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，值得相關(guān)領(lǐng)域借鑒。

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