基于NB-IOT技術(shù)的智能通信井蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傅小萍

摘要：目前，通信井蓋分布廣、數(shù)量多、巡查成本和維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)由于井蓋缺失導(dǎo)致的城市安全等管理上的難題也日益凸顯。本文介紹了一種基于NB-IoT技術(shù)的智能通信井蓋系統(tǒng)，運(yùn)用基于NB-IoT技術(shù)的井蓋監(jiān)控器對井蓋做出撞擊告警、傾斜告警、掀蓋告警以及低電量和高溫等告警提示;并結(jié)合GPS技術(shù)，對井蓋進(jìn)行定位，以實(shí)現(xiàn)對通信井蓋的智能管控，能有效解決通信井蓋管理上的難題。

關(guān)鍵詞：井蓋檢測器：NB-IoT;撞擊告警;傾斜告警;掀蓋告警;智能管控

引言

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，公共基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置的地下工程越來越多，井蓋的數(shù)量也隨之增加，井蓋所發(fā)揮的作用也越來越大，倘若不能及時(shí)有效的獲取井蓋的狀態(tài)信息，將有可能對人們的財(cái)產(chǎn)甚至生命造成重大的損失。因井蓋數(shù)量龐大，如果采用人工巡檢對井蓋進(jìn)行管理，不但效率很低，而且不能及時(shí)、有效的獲取井蓋狀態(tài)信息，造成各類安全隱患。應(yīng)用NB-IoT技術(shù)對井蓋進(jìn)行定位，監(jiān)測智能化管理，可以及時(shí)有效的掌握井蓋的狀態(tài)信息，當(dāng)井蓋發(fā)生異樣狀況時(shí)，利用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)向平臺服務(wù)器發(fā)出警報(bào)通知，以便管理人員及時(shí)處理，從而最大限度的避免損失和傷害。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智能通信井蓋系統(tǒng)主要利用NB-IoT技術(shù)的廣覆蓋、低功耗、大連接、穿透性強(qiáng)等特性。NB-IoT相對于3G、4G等技術(shù)而言，通信范圍更廣、可連接數(shù)更多、功耗更低，表現(xiàn)出了極強(qiáng)的性能優(yōu)勢。

1.1NB-IOT技術(shù)優(yōu)勢

NB-IoT主要是在LTE基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要采用了LTE的相關(guān)技術(shù)，并針對其應(yīng)用場景做出了相關(guān)修改。運(yùn)用NB-IoT技術(shù)對井蓋進(jìn)行智能監(jiān)測的主要優(yōu)勢有如下幾點(diǎn)：

廣覆蓋：NB-IOT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比GSM好20dB以上的覆蓋增益，所覆蓋范圍擴(kuò)大100倍以上，即使在地下車庫、地下管道也能覆蓋到，在井蓋智能檢測中真正實(shí)現(xiàn)全覆蓋。 低功耗：NB-IoT具備超低功耗，激活狀態(tài)和休眠狀態(tài)電流是mA和uA級別，模塊待機(jī)時(shí)間可長達(dá)10年，能極大程度的簡化智能井蓋監(jiān)測在后期的維護(hù)。

大連接：NB-IOT單扇區(qū)可以支持5萬個(gè)連接，相比2G、3G、4G可連接的終端數(shù)量提高了幾十倍，甚至上百倍（其中2G、3G、4G分別是14、128、1200）。

低成本：目前，NB-IoT模組的成本單價(jià)一般在5美元左右，與3G/4G模組相比，表現(xiàn)出了明顯的成本優(yōu)勢。伴隨芯片產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，NB-IoT模組未來有望進(jìn)一步降低成本。

穿透性強(qiáng)：NB-IoT其接收靈敏度非常高，穿透性能極強(qiáng)，如果地面上能正常通信，那么地下二層仍然可以接收到信號。形象的來說，其穿透能力可以穿過幾面墻。

高安全性：NB-IoT在設(shè)備的認(rèn)證以及數(shù)據(jù)的傳輸?shù)确矫婢商峁╇娦偶墑e的安全。

1.2智能井蓋監(jiān)控器

智能井蓋監(jiān)控器安裝在井蓋下面，能對井蓋一些異常狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測。智能井蓋監(jiān)控器的網(wǎng)絡(luò)性能需支持NB-IoT通信方式，將告警信息通過NB-IOT基站上上傳到平臺。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，從下到上分別是設(shè)備端、云端、以及互動(dòng)界面。設(shè)備終端感應(yīng)到告警事件，發(fā)送告警消息，告警消息通過電信集團(tuán)IOT平臺的消息管道，向省內(nèi)IOT管理平臺推送告警消息，省內(nèi)IoT管理平臺接到告警消息，進(jìn)行告警規(guī)則判定，將符合規(guī)則的告警消息推送給客戶端。

2.1 設(shè)備終端

通過智能井蓋監(jiān)控器終端，完成數(shù)據(jù)采集、控制功能及NB無線通信功能。

2.2 云端

云端主要包括監(jiān)控管理平臺，監(jiān)控管理平臺與電信業(yè)務(wù)系統(tǒng)（資源系統(tǒng)、服務(wù)保障系統(tǒng)、綜合總告系統(tǒng)）進(jìn)行集成，通過工單實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝及維護(hù)工作。

2.3 互動(dòng)界面

PC客戶端和APP客戶端實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控管理平臺信息展示。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

平臺基于oracle數(shù)據(jù)庫及Java相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。功能主要包括權(quán)限控制、地圖定位、設(shè)備管理、告警信息等幾個(gè)大的模塊。權(quán)限控制是對用戶可見權(quán)限控制，并與用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)告警消息的精準(zhǔn)推送。地圖定位模塊主要實(shí)現(xiàn)對終端設(shè)備位置的確認(rèn)。設(shè)備管理模塊通過CoAP協(xié)議完成與智能井蓋終端交互、通信，采用離散方式接收智能井蓋終端采集的各種數(shù)據(jù)，保證采集數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。告警信息模塊主要包含各種告警信息。

APP界面原型圖：

在PC界面和APP界面上不但可以實(shí)現(xiàn)告警監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)告警消除。通過PC界面終端地圖，在地圖上可查看到最新的告警終端，PC界面終端地圖的告警消息列表，可監(jiān)控到最新告警消息詳情 進(jìn)入手機(jī)APP的終端控制面板，對告警消息進(jìn)行關(guān)閉確認(rèn)操作（告警消息關(guān)閉后，PC版終端地圖上的終端狀態(tài)恢復(fù)正常）。

系統(tǒng)的詳細(xì)功能如下：

3.1定位：通過GPS對智能井蓋進(jìn)行定位，確認(rèn)井蓋的位置信息。

3.2 掀蓋告警：當(dāng)井蓋被掀開或者發(fā)生位移時(shí)，發(fā)出掀蓋告警信息。

3.3撞擊告警：設(shè)定撞擊力度閥值，當(dāng)井蓋被撞擊超過這個(gè)力度時(shí)，發(fā)送撞擊告警信息。

3.4傾斜告警：設(shè)定某個(gè)閾值，當(dāng)井蓋傾斜角超過這個(gè)閾值角度時(shí)，發(fā)出傾斜告警信息。

3.5低電量告警：設(shè)定某個(gè)閾值，當(dāng)終端設(shè)備電池電量低于閾值時(shí)，發(fā)送低電量告警，提醒及時(shí)更換電池。

3.6高溫告警：設(shè)定某個(gè)閥值，當(dāng)井蓋溫度超過閥值時(shí)，發(fā)送高溫告警，及時(shí)對井蓋進(jìn)行降溫。

3.7其它告警功能：智能通信井蓋系統(tǒng)還可以根據(jù)需求增加其它告警功能。

3.8告警處置：平臺通過智能井蓋終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可自動(dòng)消除告警，管理人員也可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際處置情況通過手機(jī)APP手動(dòng)消除告警。

3.9狀態(tài)信息：管理人員通過手機(jī)APP或PC界面可直觀的了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)旨在為新型智慧城市打造一款全新的智能井蓋管理系統(tǒng)，為市政單位實(shí)現(xiàn)高效管理的同時(shí)，也為城市和市民帶來便利、安全的生活。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在某電信公司得到初步運(yùn)用，整體性能良好，在打造智慧城市的路上走出了堅(jiān)實(shí)的一步。

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