基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張海濤

摘 要：針對(duì)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生斷電故障后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)的問(wèn)題，本文提出基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先，當(dāng)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生斷電時(shí)，斷電檢測(cè)模塊立即檢測(cè)到該故障；然后觸發(fā)北斗衛(wèi)星定位裝置獲得設(shè)備地理位置；接著通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸裝置將設(shè)備斷電的相關(guān)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；最后，監(jiān)控人員在得知該處道路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電后，通知相應(yīng)的維修人員進(jìn)行維修。此外，監(jiān)控中心將收到的信息保存到中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查詢歷史記錄。此系統(tǒng)用于公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的日常管理，對(duì)設(shè)備發(fā)生的斷電故障進(jìn)行及時(shí)、有效的檢測(cè)及修復(fù)，并實(shí)現(xiàn)斷電相關(guān)信息的遠(yuǎn)程傳輸。

關(guān)鍵詞：北斗+；斷電檢測(cè)；遠(yuǎn)程傳輸；北斗衛(wèi)星定位；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：P631.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全方位發(fā)展，公路監(jiān)測(cè)已成為公路指揮系統(tǒng)中必不可少的一部分，隨處可見(jiàn)各種公路監(jiān)測(cè)設(shè)備，如視頻監(jiān)控、交調(diào)站、車檢器和可變情報(bào)板等。這些道路監(jiān)測(cè)設(shè)備為公路管理人員提供了重要的資料，使得交通管理變得更加的智能，但同時(shí)也對(duì)路網(wǎng)設(shè)備的維護(hù)提出了更高的要求。一旦這些設(shè)備發(fā)生斷電故障，遠(yuǎn)程將監(jiān)測(cè)不到任何數(shù)據(jù)，它所有的功能也都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。所以及時(shí)檢測(cè)到設(shè)備斷電故障并將斷電信息傳輸給設(shè)備監(jiān)控中心[ 1 ]，對(duì)公路路網(wǎng)設(shè)備管理意義重大。目前，公路外場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生故障后，監(jiān)測(cè)人員也許不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，或是需花費(fèi)大量人力物力去排查故障類型。這種方式不僅耗時(shí)耗力，還會(huì)因設(shè)備斷電不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)失一些重要的公路狀況監(jiān)測(cè)；或使用一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、代價(jià)較大的檢測(cè)設(shè)備，這樣會(huì)加大公路路網(wǎng)的開(kāi)銷。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備維護(hù)管理有一定的研究積累，但對(duì)分布廣、數(shù)量大、種類多的路網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備缺乏有效的通電狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用研究，其故障設(shè)備的定位也未有效使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

為解決以上問(wèn)題，本文提出基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：

（1）研發(fā)斷電檢測(cè)[ 2 ]模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電的實(shí)時(shí)檢測(cè)；

（2）研發(fā)北斗衛(wèi)星定位集成模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和故障點(diǎn)的準(zhǔn)確地理定位；

（3）研發(fā)監(jiān)控服務(wù)端通訊監(jiān)測(cè)程序和多終端狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)接和及時(shí)快速的發(fā)現(xiàn)及派工修復(fù)斷電故障。

1 背景技術(shù)

在基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，涉及到以下背景技術(shù)：

1.1 北斗衛(wèi)星定位技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)、獨(dú)立發(fā)展的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是我國(guó)第一個(gè)全球化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。它與美國(guó)的GPS、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯并稱為全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能提供高精度的定位等服務(wù)，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成熟民用，讓使用民族自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)服務(wù)各類位置應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。該技術(shù)所能提供的定位和時(shí)間基準(zhǔn)功能，對(duì)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的日常管理也有很大作用。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，讓任意位置任意設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連與遠(yuǎn)程傳輸成為可能。通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)”的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。

2 基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示：涉及公路監(jiān)測(cè)設(shè)備、斷電檢測(cè)模塊、物聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心。斷電檢測(cè)模塊安裝具備上網(wǎng)功能的SIM卡，且裝有后備鋰電池；公路監(jiān)測(cè)設(shè)備連接斷電檢測(cè)模塊，兩者使用的外部供電電源為同一電源；在公路監(jiān)測(cè)設(shè)備突發(fā)斷電狀況時(shí)，斷電檢測(cè)模塊后備鋰電池立即工作為模塊提供電源，模塊能立刻檢測(cè)到該斷電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)突發(fā)斷電狀況的功能；通過(guò)北斗衛(wèi)星定位裝置，處理相關(guān)定位請(qǐng)求；通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸裝置的GPRS[ 3 ]通信模塊將設(shè)備斷電相關(guān)信息以數(shù)據(jù)報(bào)文的形式經(jīng)GPRS通道遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；監(jiān)控中心人員通過(guò)道路設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得設(shè)備斷電信息，并安排維修人員盡快到達(dá)斷電設(shè)備地點(diǎn)進(jìn)行維修，監(jiān)控中心收到的信息要保存到中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查歷史記錄。下面詳細(xì)介紹該系統(tǒng)各模塊工作過(guò)程。

2.1 斷電檢測(cè)模塊

如圖2所示，斷電檢測(cè)模塊主要由外部電源、控制單元、北斗衛(wèi)星定位模塊、物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸模塊、及內(nèi)部后備鋰電池5個(gè)部分組成。

其中，外部電源與公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電電源為同一電源；控制單元是檢測(cè)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備是否斷電及控制后續(xù)操作的部分；北斗衛(wèi)星定位模塊完成對(duì)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的定位及獲得當(dāng)前時(shí)間；物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸模塊通過(guò)GPRS[ 4 ]通道與監(jiān)控中心進(jìn)行通信；內(nèi)部鋰電池負(fù)責(zé)在外部電源斷電后向斷電檢測(cè)模塊提供電源，以使其正常工作并完成設(shè)備斷電信息的遠(yuǎn)程傳輸。

2.2 定位及遠(yuǎn)程傳輸

如圖3所示，斷電檢測(cè)模塊會(huì)外置兩個(gè)接口，一個(gè)是北斗[ 5，6 ]衛(wèi)星定位天線接口，一個(gè)是物聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口。定位裝置在收到控制單元的定位要求信號(hào)后，接收衛(wèi)星的定位信號(hào)，將獲得的自身位置、時(shí)間的信息傳送到物聯(lián)網(wǎng)[ 7 ]信息傳輸模塊，通過(guò)GPRS通信模塊將設(shè)備斷電的相關(guān)信息以數(shù)據(jù)報(bào)文的形式經(jīng)GPRS通道遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

目前，大多數(shù)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的GPRS模塊不支持TCP/IP協(xié)議，要想工作在相同的網(wǎng)絡(luò)層面上，其內(nèi)部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須都要采用相同的協(xié)議，所以除了利用GPRS模塊的功能外，必須模塊中嵌入按TCP/IP和PPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的程序，從而使終端設(shè)備能夠方便的使用GPRS數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)。GPRS模塊登錄GSM網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)生異常，模塊自動(dòng)重新連接鏈路，數(shù)據(jù)中心和GPRS模塊之間就可通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)透明可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 監(jiān)控服務(wù)端通訊監(jiān)測(cè)程序和多終端狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警程序研發(fā)

研發(fā)監(jiān)控服務(wù)器端通訊監(jiān)測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)接；根據(jù)采集到的遠(yuǎn)程路網(wǎng)設(shè)備斷電信息及及北斗定位數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)基于WEBGIS的在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化定位監(jiān)控和故障語(yǔ)音提示。分別研發(fā)電腦端和手機(jī)端的狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)和快速派工維護(hù)。電腦端監(jiān)控程序如圖4所示（僅包括通電狀態(tài)監(jiān)測(cè)）。

監(jiān)控人員收到故障信息后，整合獲得的信息，安排維修人員盡快到達(dá)斷電設(shè)備地點(diǎn)進(jìn)行維修。并且將收到的信息保存到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便再次查詢相關(guān)記錄。也可以作為公路監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)管理人員管理公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的重要資料，通過(guò)分析中心數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)備斷電記錄，得到是否有公路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電多發(fā)區(qū)域，從而有針對(duì)性的到相應(yīng)區(qū)域排查及檢查，確認(rèn)是否有人為因素的破壞、當(dāng)?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)或者電纜是否存在問(wèn)題等，如此，可避免治標(biāo)不治本的頻繁維修。

3 系統(tǒng)流程

本文提出基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的流程如下：

斷電檢測(cè)模塊安裝具備上網(wǎng)功能的SIM卡，且裝有后備鋰電池，公路監(jiān)測(cè)設(shè)備連接斷電檢測(cè)模塊，兩者使用的外部供電電源為同一電源；

當(dāng)公路監(jiān)測(cè)設(shè)備突然斷電時(shí)，后備鋰電池開(kāi)始為斷電檢測(cè)模塊提供電能，此時(shí)斷電檢測(cè)模塊的紅色接口無(wú)電壓，則立刻產(chǎn)生公路監(jiān)測(cè)設(shè)備的斷電信號(hào)并觸發(fā)北斗衛(wèi)星定位裝置；

北斗衛(wèi)星定位裝置接收器接收衛(wèi)星的定位信號(hào)，從而獲得自身的位置、時(shí)間信息，并將該信息傳送給物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸裝置；

物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸裝置將設(shè)備斷電相關(guān)信息以數(shù)據(jù)報(bào)文的形式經(jīng)GPRS通道遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；

在線監(jiān)控系統(tǒng)收到設(shè)備斷電信息后，安排合適的維修人員到達(dá)斷電設(shè)備地點(diǎn)，及時(shí)的修復(fù)斷電的公路監(jiān)測(cè)設(shè)備，避免出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)盲區(qū)，同時(shí)監(jiān)控中心將收到的設(shè)備斷電信息保存到中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便再次查詢相關(guān)記錄。

4 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)現(xiàn)存的公路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電故障的分析，提出基于北斗+的公路設(shè)備通電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)中的斷電檢測(cè)模塊在檢測(cè)到道路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電后，觸發(fā)北斗衛(wèi)星定位與物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸裝置，獲取設(shè)備位置信息后將故障信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而使得公路監(jiān)測(cè)設(shè)備得到及時(shí)有效的修復(fù)。該系統(tǒng)將北斗技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，可以提高公路監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電故障的檢測(cè)及修復(fù)效率，而且對(duì)智能交通的良好發(fā)展也有一定的作用。

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