基于NB-IoT的城市井蓋監(jiān)控及管理

孫鄭芬　解迎剛　楊崢　張奧飛

摘 要：針對(duì)現(xiàn)在城市井蓋管理不善導(dǎo)致交通事故，造成人員傷亡或者財(cái)產(chǎn)損失的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種基于NB-IoT的城市井蓋監(jiān)控及管理系統(tǒng)。為了方便實(shí)時(shí)查看井蓋的狀態(tài)信息，基于NB-IoT的智能井蓋智能監(jiān)控井蓋情況，只要井蓋異常打開(kāi)、翻轉(zhuǎn)或移位，馬上報(bào)警到管理中心平臺(tái)及手機(jī)APP。管理平臺(tái)帶電子地圖，方便管理及檢修維護(hù)，通過(guò)后臺(tái)和APP的報(bào)警信息能實(shí)時(shí)觀測(cè)井蓋的情況，并在井蓋發(fā)生狀況后及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和管理。文中構(gòu)建的NB-IoT監(jiān)控系統(tǒng)將GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信技術(shù)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、Web集中控制平臺(tái)、APP移動(dòng)客戶端和終端監(jiān)測(cè)設(shè)備等技術(shù)相結(jié)合，智能監(jiān)控井蓋的信息，實(shí)現(xiàn)了集中、實(shí)時(shí)的智慧監(jiān)管目的，對(duì)城市管理井蓋具有一定的指導(dǎo)意義，為各大城市緩解城市井蓋管理壓力，提高城市井蓋管理效率起到了非常積極的作用。

關(guān)鍵詞：NB-IoT;智能井蓋;GPRS;終端監(jiān)測(cè)設(shè)備;APP;電子地圖

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2020）04-0-03

0 引 言

現(xiàn)在中國(guó)多數(shù)城市路面井蓋沉降、破損、缺失等問(wèn)題仍較常見(jiàn)，既影響市容又形成安全隱患。一些地方由于井蓋與路面高度差較大或井蓋殘破、缺損、側(cè)翻等原因，造成車(chē)輛損壞、交通事故等問(wèn)題。還有一些“問(wèn)題井蓋”威脅人民安全：井蓋橫在盲道中，成為“絆腳石”;有些井蓋在自行車(chē)綠道上，破損嚴(yán)重，影響交通;還有人行道上的井蓋，已破損塌陷成坑，大人孩子稍有不慎就可能跌落，危及生命。同時(shí)井蓋數(shù)量多、布局分散、環(huán)境復(fù)雜、種類(lèi)多樣、質(zhì)量監(jiān)管等困難，導(dǎo)致管理效率低下。還有就是城市內(nèi)澇問(wèn)題，下雨天雨水過(guò)大時(shí)，若下水道垃圾過(guò)多，造成堵塞，就會(huì)導(dǎo)致泄洪能力不足或者井蓋上浮，危害行人健康。

要解決這些問(wèn)題，除了加強(qiáng)管理外，還需要技術(shù)方法的創(chuàng)新，因此本文將物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)應(yīng)用到井蓋上，將計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)與智能井蓋聯(lián)系起來(lái)。帶有芯片的智能井蓋采集井蓋的信息，通過(guò)基站將其傳到指定的服務(wù)器上，城市管理人員使用計(jì)算機(jī)登錄服務(wù)器，找到屬于自己的設(shè)備，通過(guò)驗(yàn)證后即可查看上報(bào)的數(shù)據(jù)。比如井蓋是否異常移動(dòng)、浸水等，在井蓋發(fā)生報(bào)警后及時(shí)確定井蓋位置，并派修理人員前往修繕和管理。還可以利用手機(jī)掃描二維碼綁定設(shè)備，可以在小程序中找到自己的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，讓城市井蓋管理更加方便和輕松。這套系統(tǒng)使城市管理通過(guò)對(duì)井蓋的監(jiān)測(cè)、及時(shí)修繕和管理，使城市井蓋管理更加規(guī)整，整潔城市環(huán)境，方便城市居民。

帶有芯片的智能井蓋除了實(shí)時(shí)報(bào)警，還可以通過(guò)信息大數(shù)據(jù)分析，幫助提高日常維護(hù)管理效率。比如，通過(guò)報(bào)警次數(shù)，工作人員巡查力度可以作出合理分配，不需要平均用力。對(duì)于報(bào)警次數(shù)多的井蓋，還可分析報(bào)警原因，以便采取針對(duì)性的措施。同時(shí)，報(bào)警信息可根據(jù)打開(kāi)的角度判斷是否需要及時(shí)處置，系統(tǒng)顯示井蓋打開(kāi)夾角在10°～15°之間，判斷為汽車(chē)碾壓所致，雖然無(wú)需及時(shí)處置，但是卻表明此處井蓋固定不嚴(yán)，需要改建;若夾角超過(guò)15°，則證明井蓋被搬開(kāi)，需要立即處理。

基于NB-IoT的城市井蓋監(jiān)控及管理系統(tǒng)能夠隨時(shí)讓城市管理人員了解到井蓋的相應(yīng)信息，工作人員可以通過(guò)手機(jī)二維碼查詢系統(tǒng)實(shí)時(shí)查詢每一個(gè)井蓋的變動(dòng)情況和信息。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于NB-IoT智能井蓋原理圖如圖1所示。智能井蓋應(yīng)用流程如圖2所示。

2 NB-IoT技術(shù)及智能井蓋的信息傳輸

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）有很多優(yōu)勢(shì)。

（1）大連接。一個(gè)基站就能支持?jǐn)?shù)十萬(wàn)的連接，而且適合的場(chǎng)景比較多。城市井蓋錯(cuò)落分布，沒(méi)有規(guī)律，且數(shù)量大，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)大連接可以連接整個(gè)城市的井蓋。

（2）廣覆蓋。在地下室、地下通道、鑄鐵井蓋等信號(hào)難以到達(dá)的地方都能全方位覆蓋。井蓋的分布一般都是沒(méi)有固定位置的，有時(shí)還會(huì)被其他東西覆蓋，或者居于信號(hào)難以到達(dá)的地方，NB-IoT解決了這一問(wèn)題。

（3）低功耗。NB-IoT設(shè)備功耗小，持續(xù)使用時(shí)間能夠提升到幾年。這樣便于投入使用，井蓋可以幾年更換一次，大大降低了投入成本。

（4）低成本。NB-IoT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的。在城市井蓋數(shù)量大的前提下，低成本使得該方案易于實(shí)現(xiàn)。

NB-IoT通信如圖3所示。

3 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的功能如下：

（1）帶有芯片的“智能井蓋”采集井蓋的信息，通過(guò)基站將其傳到指定的服務(wù)器上，工作人員可以通過(guò)管理平臺(tái)監(jiān)控城市井蓋的變動(dòng)情況。智能井蓋檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖4所示。環(huán)境監(jiān)控中心大屏顯示示意圖如圖5所示。

（2）井蓋管理工作人員在工作日可以通過(guò)監(jiān)測(cè)平臺(tái)監(jiān)視井蓋的變動(dòng)情況，通過(guò)檢測(cè)平臺(tái)監(jiān)測(cè)井蓋報(bào)警情況，確定井蓋報(bào)警位置，對(duì)井蓋情況做出分析。若判斷出井蓋損壞，溢水或者其他需要修繕的情況，就需要派工作人員前往查看并進(jìn)行維護(hù)。

（3）在工作日，工作人員可以在線觀測(cè)井蓋情況;如果節(jié)假日沒(méi)有人觀測(cè)，可通過(guò)手機(jī)APP端觀測(cè)井蓋情況。

（4）用戶通過(guò)登錄，將手機(jī)設(shè)備連入平臺(tái)，即可進(jìn)入智能井蓋檢測(cè)系統(tǒng)，選擇好后顯示檢測(cè)界面，就能觀測(cè)井蓋的情況。同時(shí)城市工作人員還可以利用小程序登錄系統(tǒng)，也能得到同樣的結(jié)果。

進(jìn)入設(shè)備界面如圖6所示，每個(gè)井蓋各參數(shù)折線如圖7所示，所有報(bào)警次數(shù)柱狀圖如圖8所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以NB-IoT以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)智能井蓋，通過(guò)傳感器和芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋情況信息的采集，再通過(guò)NB-IoT將所得數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了智能井蓋的數(shù)字化、可控化、流程化。城市管理工作人員通過(guò)手機(jī)或后臺(tái)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井蓋的狀況，并能及時(shí)對(duì)井蓋進(jìn)行管理，節(jié)約了大量的時(shí)間和精力。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井蓋的監(jiān)測(cè)、收集、處理，集成化程度高，與世界智能化趨勢(shì)相吻合，對(duì)城市井蓋技術(shù)升級(jí)有著正面的意義;同時(shí)，減少了人力物力的消耗，一定程度上節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，使城市管理更加輕松;通過(guò)對(duì)井蓋的監(jiān)測(cè)，及時(shí)修繕和管理，使城市井蓋管理更加規(guī)范，使城市環(huán)境更加整潔，方便城市居民的生活。

注：本文通訊作者為解迎剛。

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作者簡(jiǎn)介：孫鄭芬（1996-），女，本科，研究領(lǐng)域?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)。

解迎剛（1978—），男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用及智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)。