基于C/S架構(gòu)的高速公路清掃車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：垃圾清掃車是高速公路清潔維護(hù)的重要工具，但目前監(jiān)管人員數(shù)量與設(shè)備數(shù)量相差較多，而一人多機(jī)的管理容易造成公路養(yǎng)護(hù)等成本加大。鑒于此，利用Mysql創(chuàng)建監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，使用C#語言和VS2019搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，設(shè)計(jì)出基于C/S架構(gòu)的高速公路清掃車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，從而可以實(shí)時監(jiān)測清掃車的各種數(shù)據(jù)及車輛位置，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在施工參數(shù)出現(xiàn)異常時監(jiān)管人員可以不受地域限制通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺得到系統(tǒng)的報(bào)警提示，為清掃車的清掃提供高質(zhì)量的保障。

關(guān)鍵詞：C/S架構(gòu)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；清掃車；實(shí)時監(jiān)測；C#語言

中圖分類號：TP311；TH17 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " "文章編號：1671-0797（2023）02-0025-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.02.008

0 " "引言

在“十四五”規(guī)劃中，環(huán)境保護(hù)仍是未來發(fā)展的重中之重。隨著人們消費(fèi)水平的不斷提高，資源和環(huán)境壓力逐漸增大，針對道路清掃，傳統(tǒng)的手工洗刷方式不僅勞動強(qiáng)度大，而且灰塵多、效率低，對環(huán)境危害極大，同時也威脅著環(huán)衛(wèi)工人的身體健康。因此，繼續(xù)采用人工方式進(jìn)行道路清掃是不現(xiàn)實(shí)的，而且這種方法也不適用于大面積的道路清掃。未來，道路清掃的趨勢是用機(jī)械化程度更高的電動清掃車代替人力[1]，從而有效提升清掃效率，減少污染，保護(hù)道路環(huán)境。

在清掃車進(jìn)行道路清掃時，利用人工進(jìn)行監(jiān)管，通過人工傳遞信息，存在速度慢、工作效率低等問題，無法實(shí)時監(jiān)督清掃車的清掃質(zhì)量。因此，有必要運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，在清掃車上安裝傳感器等硬件，實(shí)時采集每一臺清掃車清掃裝置的清掃數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而使監(jiān)管人員在監(jiān)控平臺上就能進(jìn)一步了解清掃車的情況[2-4]。

1 " "系統(tǒng)部署架構(gòu)的選擇

1.1 " "C/S部署架構(gòu)

C/S即Client/Server，由客戶端和服務(wù)端兩個部分組成。用戶在進(jìn)入客戶端使用其現(xiàn)有功能時，需要客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求，服務(wù)器端接收到請求會及時處理，處理完成后對客戶端發(fā)送響應(yīng)。在C/S結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序分為兩部分：服務(wù)器部分和客戶機(jī)部分。服務(wù)器部分提供多個用戶共享的信息與功能，執(zhí)行后臺服務(wù)，如控制共享數(shù)據(jù)庫的操作等；客戶機(jī)部分為用戶所專有，負(fù)責(zé)執(zhí)行前臺功能，在出錯提示、在線幫助等方面都有強(qiáng)大的功能，并且可以在子程序間自由切換。C/S結(jié)構(gòu)在技術(shù)上已經(jīng)很成熟，它的主要特點(diǎn)是交互性強(qiáng)、具有安全的存取模式、響應(yīng)速度快、利于處理大量數(shù)據(jù)。C/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是其客戶端可以支持非常多的技術(shù)，其功能自然而然就非常豐富。但是其局限性也比較明顯，需要安裝其程序才能使用，所以它只適用于特定的用戶群；它的維護(hù)成本較高，進(jìn)行更新時，既要更新服務(wù)端，又要更新客戶端[5]。

1.2 " "B/S部署架構(gòu)

B/S是對Browser/Server的簡稱，由瀏覽器和服務(wù)器端兩個部分組成。用戶可以通過瀏覽器向服務(wù)器端發(fā)送HTTP請求，服務(wù)器端接收并處理請求，然后向?yàn)g覽器發(fā)送響應(yīng)。B/S架構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是不用安裝特定的軟件，可以隨時通過瀏覽器進(jìn)行查看；另外，B/S架構(gòu)開發(fā)簡單，成本低，維護(hù)比C/S架構(gòu)方便許多，并且其分布性強(qiáng)，可以在任何地方進(jìn)行操作，客戶端零維護(hù)，系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易，只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用。B/S架構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是通信開銷大，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性較難保障，并且響應(yīng)速度較慢[6]。

1.3 " "部署架構(gòu)選擇

C/S結(jié)構(gòu)在技術(shù)上已經(jīng)很成熟，并且相較于B/S架構(gòu)具有更安全的存取模式，獲取實(shí)時數(shù)據(jù)快于B/S架構(gòu)，同時也可以處理大量數(shù)據(jù)。而針對清掃車的遠(yuǎn)程監(jiān)控，由于用戶群固定，因此決定選用C/S部署架構(gòu)。

2 " "遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 " "系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、控制器、DTU、服務(wù)器以及監(jiān)控平臺組成。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的流程可以分為如下4個部分：

（1）數(shù)據(jù)采集過程：數(shù)據(jù)采集模塊主要由傳感器和控制器組成，不同功能的傳感器安裝在清掃車不同的位置上，將在清掃車上采集到的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，控制器對這些模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）后將數(shù)字信號發(fā)送到無線數(shù)傳模塊DTU上，等待發(fā)送給遠(yuǎn)端的服務(wù)器。

（2）數(shù)據(jù)傳輸過程：選擇的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU擁有4G和GPS兩個模塊，GPS模塊用來接收清掃車的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，4G模塊負(fù)責(zé)將從控制器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)和GPS模塊接收到的定位數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳遞到服務(wù)器上。

（3）數(shù)據(jù)存儲過程：將集成了4G模塊的DTU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并存儲到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的服務(wù)器里。

（4）數(shù)據(jù)顯示過程：用戶登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺，通過Internet網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)并將服務(wù)器響應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控中心平臺上，從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和查詢管理。

2.2 " "系統(tǒng)監(jiān)控需求分析

（1）清掃車的清掃裝置一般分為兩個部分：盤刷和滾刷。

1）盤刷是清掃車不可或缺的工作裝置，它具有清掃低密度垃圾、擴(kuò)大清掃面積的功能。對于盤刷，需要監(jiān)控的參數(shù)包括：

第一，盤刷高度。盤刷在工作的時候，要可以向外伸展和向下降落；但在未工作時，應(yīng)將盤刷收回，并且距離路面要有一定的高度，以避免盤刷刷毛受到磨損從而影響使用壽命，同時避免影響其他車輛行駛。

第二，盤刷接地壓力。盤刷要有一定的接地壓力，且接地壓力最好可調(diào)。接地壓力會影響盤刷的清掃效果，遇到不同類型的垃圾，選擇不同的接地壓力，可以減少刷毛的磨損，提高清掃效率。

第三，盤刷轉(zhuǎn)速。盤刷轉(zhuǎn)速對于清掃效率起著十分重要的作用，轉(zhuǎn)速過低，會出現(xiàn)漏掃現(xiàn)象，過快則會將清掃的垃圾拋出，因此保持與車速相對應(yīng)的盤刷轉(zhuǎn)速十分重要。

2）滾刷用于再次清掃由盤刷清掃后聚集在一起的垃圾，并且將這些垃圾上拋至垃圾箱的入口處。對于滾刷，需要監(jiān)控的參數(shù)包括：

第一，滾刷高度。滾刷與盤刷相似，在不工作的時候，為了避免滾刷刷毛受到磨損以及影響其他車輛行駛，需要距離路面有一定高度。

第二，滾刷轉(zhuǎn)速。在清掃車行駛的過程中，滾刷的轉(zhuǎn)速也尤為重要，關(guān)乎是否能把垃圾清掃進(jìn)入導(dǎo)料板。

（2）因?yàn)榍鍜哕囀怯呻姍C(jī)驅(qū)動，所以需要監(jiān)控動力系統(tǒng)的參數(shù)，具體包括驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速、動力電池余電量等。

（3）需要監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)，具體參數(shù)包括車輛行駛速度、車輛位置等。

3 " "遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺的搭建

3.1 " "數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是用來存儲和管理數(shù)據(jù)的倉庫，能將數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進(jìn)行存放，因此，設(shè)計(jì)利用數(shù)據(jù)庫對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和施工參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行長時間的儲存和修改。常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有Mysql、SqlServer等。因?yàn)镸ysql性能卓越、服務(wù)穩(wěn)定，很少出現(xiàn)異常宕機(jī)；自主性強(qiáng)、使用成本低；軟件體積小，安裝使用簡單，且易于維護(hù)，安裝及維護(hù)成本低，所以本文選擇了Mysql軟件對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對系統(tǒng)需求的分析，將數(shù)據(jù)庫劃分為以下三類：用戶基本信息數(shù)據(jù)庫、車輛行駛與工作裝置數(shù)據(jù)庫、車輛實(shí)時位置數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)不同的要求，對每一個數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相應(yīng)的信息表，例如車輛實(shí)時位置，可以在監(jiān)控平臺展現(xiàn)出車輛當(dāng)前時間所在的位置。建立的GPS定位信息表如圖2所示。

3.2 " "遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺搭建

搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺是為了可以實(shí)時顯示清掃車的運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)的狀態(tài)、清掃裝置狀態(tài)參數(shù)、清掃車位置等信息。對每一個數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相應(yīng)的信息表之后，利用VS2019和C#語言來開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺的各個模塊功能。用戶登錄后進(jìn)入監(jiān)控中心的主界面，主界面模塊主要有數(shù)據(jù)實(shí)時顯示、服務(wù)器設(shè)置、運(yùn)行軌跡顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警系統(tǒng)等選項(xiàng)卡。軟件功能模塊如圖3所示。

4 " "試驗(yàn)效果分析

將文中所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到清掃車監(jiān)測中，在進(jìn)行試驗(yàn)時，服務(wù)器與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心軟件連接正常，并且能夠?qū)崟r顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了清掃車清掃數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)清掃裝置參數(shù)異常時，將由報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號，監(jiān)控中心進(jìn)行彈窗提醒監(jiān)測人員。監(jiān)控畫面如圖4所示。

5 " "結(jié)語

清掃車作為道路清潔的主要工具，提高其清掃效率顯得尤為重要。將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到清掃車上，采用不同種類的傳感器對其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，監(jiān)測人員在監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控，可以實(shí)時查看清掃車清掃的區(qū)域，實(shí)時了解清掃裝置的狀態(tài)，從而判斷清掃車的清掃質(zhì)量是否達(dá)到要求，這無疑間接提升了清掃車的清掃效率。

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收稿日期：2022-09-28

作者簡介：姜夢煒（1998—），女，陜西安康人，碩士，研究方向：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。