淺談工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

馬肇麗

青島華洋旭日建設(shè)工程有限公司 山東青島 266100

1 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

針對工程機械來說，其遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要集中在作業(yè)參數(shù)實時監(jiān)控、電子地圖服務(wù)、歷史軌跡查看、消息及時推送及查看、數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計和危險情況警報提醒等功能上[1]。總結(jié)來說，基本上有四類功能：

（1）作業(yè)參數(shù)的監(jiān)控。作業(yè)參數(shù)的監(jiān)控包括對位置信息的監(jiān)控，監(jiān)控中心的技術(shù)人員通過分析接收到的機械工作參數(shù)，及時了解機械的工作狀況。

（2）數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計。借助工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)計分析功能，了解機械每天的工作時間、工作強度、工作地點、機械運行狀態(tài)，通過對作業(yè)參數(shù)的二次分析掌握施工整體情況。

（3）靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理。建立機械的靜態(tài)檔案，科學(xué)管理機械。

（4）歷史數(shù)據(jù)的查詢和利用。

2 遠程監(jiān)控終端的設(shè)計

2.1 硬件模塊的設(shè)計

遠程監(jiān)控終端的硬件設(shè)備是系統(tǒng)構(gòu)成最基本的要素。在設(shè)計時，首先要對礦山和工程機械設(shè)備的使用需求進行分析，以確定監(jiān)控終端要實現(xiàn)的功能形態(tài)。而后對硬件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其中包括了對電源模塊、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、信號測試模塊、嵌入主板模塊、CPU模塊、CAN通信模塊、調(diào)試模塊、充電模塊、CPU輔助模塊等幾大模塊進行結(jié)構(gòu)化整合。

在硬件設(shè)計中，電源模塊的設(shè)計主要是對監(jiān)控終端進行過壓保護及欠壓保護、斷電保護，保證供電設(shè)備的安全性。而通信模式的設(shè)計是為了通過通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)串連口的準(zhǔn)確連接來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，從而保證數(shù)據(jù)信息的實效性。定位模塊的設(shè)計是為了對設(shè)備能夠有一個精準(zhǔn)的定位，便于及于對設(shè)備的位置、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行采集和反饋，為提高對設(shè)備的管理能力有著十分重要的意義。信號檢測模塊的設(shè)計是為了實現(xiàn)對少量外接開關(guān)量的模擬量進行數(shù)據(jù)采集的目的。嵌入主板模塊的設(shè)計實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)讀寫、定位、總線傳輸及各種接線服務(wù)功能。滿足了監(jiān)控終端程序?qū)懭?、?shù)據(jù)采集、通信代碼輸出等數(shù)據(jù)處理的需求。CAN通信模塊的設(shè)計更多的是考慮有效支持數(shù)據(jù)分布以及實時控制串連通信接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。調(diào)試接口模塊的設(shè)計是為了滿足對遠程監(jiān)控終端運行時的故障進行診斷和調(diào)試，從而保障監(jiān)控終端運行的安全性[2]。充電模塊的設(shè)計可以說是一個備用電源，主要用于工程機械設(shè)備斷電維修后，設(shè)備所需的電量支持，該模塊主要應(yīng)用在監(jiān)控終端休眠時間段中。CPU輔助模塊的設(shè)計主要是對CPU主板斷電后的設(shè)備輔助，保持設(shè)備的基本功能正常運轉(zhuǎn)，保證設(shè)備中數(shù)據(jù)交換、存儲等功能不受影響。

2.2 通信協(xié)議的設(shè)計

通信協(xié)議是保證遠程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)時性及準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，在工作模式設(shè)計完成后，要根據(jù)礦山和工程機械設(shè)備的需求，設(shè)計出合理的通信協(xié)議，提高對PLC等設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集處理的能力。目前我國基于礦山主和工程機械設(shè)備遠程監(jiān)控終端最常用的通信協(xié)議是數(shù)據(jù)傳輸—應(yīng)答模式設(shè)計。該種模式采用的工作流程主要是先由遠程監(jiān)控終端向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，然后由客戶終端對所采集到的PLC數(shù)據(jù)信息進行加密處理，并返回到遠程監(jiān)控終端中。

2.3 軟件設(shè)計

硬件完成后，要進行軟件的設(shè)計。軟件設(shè)備也稱為程序設(shè)計，是確保實現(xiàn)遠程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、處理功能的重要因素。程序的設(shè)計不僅要能夠驅(qū)動終端設(shè)備最底層的硬件，還要根據(jù)工程機械設(shè)備的工作流程和工作狀態(tài)設(shè)計出運作模式。同時要根據(jù)礦山和工程機械設(shè)備實際工作中對數(shù)據(jù)信息的需求及協(xié)議的監(jiān)控需求，設(shè)計出以代碼形式來展現(xiàn)的監(jiān)控流程，從而實現(xiàn)對設(shè)備的遠程監(jiān)控功能。設(shè)備依據(jù)現(xiàn)代工程機械設(shè)備發(fā)展需求，CPU嵌入式ARMCOPTEX-M3系統(tǒng)處理器LPC1778是目前遠程監(jiān)控終端應(yīng)用電廣泛的系統(tǒng)。其具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)集成率高、內(nèi)核輕薄、功率低、損耗小等優(yōu)點。而采用支持Cortex-M3/M1/M0等內(nèi)核處理器，則具有任務(wù)處理速度快、初始化速度化、時間與任務(wù)同步處理等功能。此外，該程序還具有在μCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)下開發(fā)的主函數(shù)主要進行了系統(tǒng)硬件初始化的特點，同時具備操作系統(tǒng)初始化、初始任務(wù)的創(chuàng)建以及多任務(wù)處理的開啟功能。

3 監(jiān)控系統(tǒng)趨勢

3.1 普遍和智能云平臺結(jié)合

工程機械的作業(yè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)數(shù)量巨大和類型多樣化的特點，需要性能強的服務(wù)器端建立起完善的數(shù)據(jù)存儲和處理方案。隨著工程機械監(jiān)控系統(tǒng)朝著智能化方向的不斷發(fā)展，工程機械監(jiān)控系統(tǒng)云平臺的建立勢在必行，未來工程機械監(jiān)控系統(tǒng)的諸多應(yīng)用將圍繞監(jiān)控系統(tǒng)云平臺以上位機形式進行展開。

3.2 監(jiān)控終端輕量化

工程機械的監(jiān)控系統(tǒng)從C/S模式到B/S模式的轉(zhuǎn)變，是監(jiān)控系統(tǒng)不斷向便捷化發(fā)展的體現(xiàn)。隨著通信技術(shù)的不斷優(yōu)化和Android智能手機的普及，監(jiān)控終端不斷向著輕量化的趨勢發(fā)展。目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于Android智能手機的監(jiān)控系統(tǒng)和基于微信公眾平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。隨著工程機械監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，監(jiān)控終端將更加輕量化，實現(xiàn)更加智能化的管理水平。

3.3 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析

對于工程機械的作業(yè)參數(shù)實時采集和監(jiān)控已經(jīng)進行了很長的時間了，但對于采集到的大量數(shù)據(jù)只是進行了很淺的分析，并未進行深度挖掘，未來的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)將更加注重于對基于大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，例如結(jié)合深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)針對遠程上傳的數(shù)據(jù)進行工程機械的作業(yè)狀態(tài)評測和作業(yè)質(zhì)量評估等，通過基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析幫助廠家經(jīng)營業(yè)務(wù)并提高施工方的作業(yè)效率。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟化和智能化的日益發(fā)展，工程機械的遠程監(jiān)控系統(tǒng)進入了高速發(fā)展的階段。但是數(shù)據(jù)的進一步分析利用、高性能的服務(wù)器和監(jiān)控終端等方面，依然存在著急需優(yōu)化的方面。加速對工程機械監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和優(yōu)化，不僅可以確保工程機械作用的充分發(fā)揮，同時也滿足環(huán)保節(jié)能的要求。