井蓋遠程監測管理平臺設計及實現①

王 悅, 姚金杰

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井蓋遠程監測管理平臺設計及實現①

王 悅, 姚金杰

(中北大學信息與通信工程學院, 太原 030051)

針對目前市場上井蓋分布范圍廣、種類多, 而且井蓋被盜后我們著手解決此類問題都是從井蓋的材料以及防盜設計方面出發, 井蓋在丟失后不能及時地對被盜井蓋定位和進行及時修補, 極易造成安全遺患的問題, 設計了一種具有實時監測定位功能的井蓋遠程監測管理平臺系統. 井蓋遠程監測管理平臺主要包括井蓋定位、井蓋管理及狀態顯示的功能, 添加GIS地圖上報各個井蓋所處位置, 實現井蓋與地圖的匹配, 對井蓋狀態信息進行查詢及管理, 異常時可以實現報警. 實驗結果表明: 該設計能夠準確地對井蓋定位, 并對井蓋的各個狀態信息進行維護管理及報警, 對其巡檢歷史信息進行查詢, 彌補了目前解決井蓋被盜問題技術方面的缺陷, 使井蓋防盜方式有了突破, 從而及時地對被盜井蓋進行修補, 快速地解決安全隱患.

井蓋; 遠程定位; 信息管理; 報警管理

隨著城市化進程的加快, 政府公共設施建設迅速發展. 大都采用地埋方式的通信等部門的線纜, 通過井蓋進行日常維護, 由于缺乏有效的實時監控及管理手段, 不法分子撬開井蓋盜竊電纜、偷盜井蓋, 此種犯罪行為時有發生, 而且井蓋丟失后不能及時地確定被盜位置和修補會帶來嚴重的安全隱患[1]. 現有的井蓋監測方法解決井蓋被盜現象大都是從井蓋材料以及防盜設計方面來著手的, 沒有考慮井蓋位置信息和所屬關系[2]. 此種方法存在一定的問題, 不能體現井蓋的位置信息以及對其進行實時監測, 進而快速解決安全隱患. 針對這些問題, 本文設計了一種具有實時監測定位功能的井蓋遠程監測管理平臺系統, 通過添加GIS地圖準確地加載各個井蓋所處位置信息, 實現相關井蓋與地圖的匹配, 實時顯示井蓋的狀態信息, 實現區域井蓋信息的錄入, 當井蓋出現異常時能夠及時報警, 迅速查詢對應井蓋的相關信息并做出及時的處理, 并對井蓋的各個狀態信息進行維護管理, 對其巡檢歷史信息進行查詢, 對異常情況進行相關記錄.

1 井蓋管理平臺總體設計

1.1 總體設計方案

井蓋遠程監測管理平臺的設計主要是通過無線傳輸技術將井蓋終端監測到的狀態信息數據傳輸到所設計的管理平臺中, 顯示各個井蓋位置信息, 并對其信息數據進行統計分析[3], 在突發狀況發生時能及時進行報警, 由此井蓋遠程監測管理平臺主要分為井蓋定位、井蓋管理及井蓋狀態顯示三大部分.

對井蓋進行實時監控主要是通過由北斗定位模塊、位移傳感器、GPRS傳輸模塊、節點控制模塊和節點電源模塊組成; 北斗定位模塊固定在井蓋底面中心位置, 并且在井蓋邊緣使用具有絕緣層的向上發射的雙頻環形天線接收衛星信號傳輸NAME語句, 通過柔性電纜與GPRS傳輸模塊相連接從而對接收的衛星信號進行傳遞, 再通過中繼器傳輸回井蓋監測中心; 位移傳感器也固定在井蓋底面中心位置, 用來監測井蓋移動的距離, 和北斗定位模塊獲取的井蓋狀態信息同時通過柔性電纜傳遞到GPRS傳輸模塊, 再通過中繼器傳輸回井蓋監測中心[4]; GPRS傳輸模塊固定在井蓋周圍, 與北斗定位模塊、位移傳感器通過柔性電纜相連接, 與節點控制模塊通過排線連接, 為北斗定位模塊及位移傳感器實時提供數據網絡連接, 對井蓋狀態信息數據進行傳輸、接收與發送; 節點控制模塊固定在井蓋周圍, 與GPRS傳輸模塊通過排線相連, 對GPRS傳輸模塊進行控制, 完成對接收的衛星信號的傳輸; 節點電源模塊也固定在井蓋周圍, 與其它各個模塊相連接, 為北斗定位模塊、位移傳感器、GPRS傳輸模塊和節點控制模塊提供電壓[5]. 本論文主要研究井蓋管理方面的設計, 對井蓋監測定位方面只進行大體的描述.

井蓋定位分為地圖加載、節點匹配和地圖指示三小部分, 地圖加載技術是將GIS地圖添加到管理平臺中, 加載指定區域的井蓋位置信息, 節點匹配是指實現井蓋位置信息與地圖的匹配, 地圖指示是在地圖中能顯示各個井蓋的狀態信息.

井蓋管理主要實現井蓋狀態信息的錄入, 包含井蓋編號、地域位置、材質及安裝年限等信息, 對井蓋信息進行維護管理, 包括井蓋的增、刪、改、查, 并對巡檢歷史信息能夠查詢.

井蓋狀態顯示主要實現井蓋狀態信息的實時監測, 判斷當前井蓋的狀況, 當井蓋出現異常時, 系統能夠及時報警, 在此同時可以記錄其相關異常情況, 對報警歷史信息查詢.

井蓋管理平臺總體設計方案如圖1所示.

圖1 井蓋管理平臺總體設計

1.2 管理平臺總界面設計

井蓋遠程管理平臺的主界面是本次設計的主體框架, 井蓋主界面包含信息管理、查看地圖、所屬單位、巡檢歷史等幾個系統常用模塊, 操作欄分為下拉菜單欄和快捷欄, 都可以實現軟件相應的功能[6].

下拉菜單包含井蓋監測的所有功能, 井蓋監測可以通過下拉菜單實現相應功能, 通過菜單編輯器實現的. 菜單編輯器主要分為菜單屬性設置部分、菜單控件編輯部分、菜單控件列表框[7]. 界面及功能如下:

(1) 菜單屬性設置: 設置菜單項的標題、名稱、索引等屬性.

(2) 菜單控件編輯: 添加、刪除菜單項.

(3) 菜單控件列表框: 顯示添加的菜單項及子菜單項.

圖2 菜單編輯器界面

1.2.1井蓋定位設計

本設計用到百度地圖中的JavaScript API開發, 它是由JavaScript腳本語言來編寫的接口程序, 用戶使用它可以在網站中創建豐富的地圖應用. 百度地圖中免費開放的的API接口, 設計中可以直接使用.

井蓋定位設計主要是在Visual Basic中是通過引用ArcObjects對象庫實現ArcObjects組件開發的. 在對象庫中選擇“ESRI ArcMap Object Library”和“ESRI Object Library”兩項, 完成MapControl控件的加載, 就可以實現在工具欄調用MapControl控件, 完成地圖模塊加載、匹配等功能[8].

要對百度地圖進行加載, 百度地圖主要有放大, 縮小, 平移等基本功能. 井蓋管理平臺打開時首先會加載地圖, 地圖加載完成前按鈕是失效的, 主要通過以下語句實現:

WebBrowser1.Navigate App.Path & "BaiduMap.htm"http:// 對已經編寫好的“BaiduMap.htm”地圖文件進行加載;

baidu_center_set.Enabled = False//按鈕失效;

在地圖加載完成后, 使按鈕有效:

WebBrowser1.Document.body.Scroll = "no"http://使網頁不出現滾動條;

baidu_center_set.Enabled = True//按鈕有效;

地圖主界面主要通過創建地圖容器, 設置衛星底圖, 設置中心點坐標和地圖縮放級別, 以及添加平移縮放、比例尺, 地圖類型等控件實現.

地圖主界面的基本流程圖如圖3所示.

實現井蓋位置與地圖的匹配, 首先是將井蓋的經緯度傳入網頁文件, 然后使用JavaScript語言對網頁進行編輯, 通過設置中心點及設置標注來實現井蓋位置與地圖的匹配, 再通過VB調用百度地圖API來實現井蓋信息在地圖上的的顯示.

節點匹配與地圖指示流程圖如圖4所示.

1.2.2井蓋管理設計

井蓋管理的實現是通過Visual Basic與Miscrosoft Accesss數據庫實時的. 在VB環境下通過可視化數據管理器建立與Access數據庫建立連接, 實現數據信息的錄入、維護和查詢功能. 在井蓋信息數據庫下, 包含多個井蓋信息數據表, 表中包含井蓋的許多原始信息, 數據表中井蓋信息的錄入通過Miscrosoft Access軟件實現.

圖3 地圖主界面的基本流程圖

圖4 節點匹配與地圖指示流程圖

Visual Basic中自帶的一個可視化數據管理器可以在Visual Basic中建立Access數據庫. 應用程序和數據庫的連接主要是通過可視化數據管理器實現的, 通過該工具可以建立控件與Microsoft Access數據庫的連接, 實現對井蓋信息的錄入、維護和查詢[9].

1.2.3井蓋狀態顯示的設計

井蓋狀態顯示是在井蓋定位與井蓋管理設計完成后, 在總界面中顯示各個井蓋的狀態信息, 主要實現井蓋狀態信息的實時監測, 判斷當前井蓋的狀況, 當井蓋出現異常時, 系統能夠及時報警, 在此同時可以記錄其相關異常情況, 對報警歷史信息查詢[10].

圖5 可視化數據管理器

井蓋往往只有兩種狀態, 丟失和正常閉合狀態. 本次設計為了模擬井蓋的實時狀態, 添加一個MSComm串口通信控件實現PC與單片機串口通信, 添加一個Timer時鐘控件實現開關輸入信號的連續監測, 添加一組Shape形狀空間組, 通過顏色變化反應井蓋的實時狀態, 添加一個TextBox文本框控件組顯示各井蓋的狀態.

2 井蓋管理平臺實現及結果測試

井蓋遠程監測管理平臺主界面是進行井蓋監測管理的主要窗口, 通過該窗口的不同按鈕可以調用不同的窗口完成對應的功能.

管理平臺主界面如圖6所示.

圖6 管理平臺主界面

井蓋定位設計中, 地圖查詢界面可以直觀的查看相關井蓋的位置狀態, 給管理者更為直觀的感受, 地圖可以按一定比例放大縮小, 任意拖拽.

井蓋定位地圖查詢界面如圖7所示.

井蓋管理設計中, Miscrosoft Access數據庫是用來管理存儲井蓋的相關信息的, 本次設計只建立了一個數據庫, 數據庫中包含井蓋信息的錄入、維護和查詢多個表.

圖7 地圖查詢界面

井蓋信息錄入如圖8所示.

圖8 信息錄入

井蓋信息維護如圖9所示.

圖9 信息維護

井蓋信息查詢如圖10所示.

圖10 信息查詢

井蓋狀態顯示設計中, 實現對井蓋狀態信息的實時監測, 判斷當前井蓋的狀況, 當井蓋出現異常時, 系統能夠及時報警, 在此同時可以記錄其相關異常情況, 對報警歷史信息查詢.

井蓋狀態及報警如圖11所示.

圖11 井蓋狀態及報警

井蓋報警歷史查詢如圖12所示

圖12 報警歷史查詢

井蓋報警是通過串口通信進行實時監測的, 井蓋的無線傳感器在井蓋出現異常情況時, 會將數據通過網絡傳送給管理平臺, 管理平臺再對收到的數據進行統計分析后, 會將相應的井蓋狀態反應在平臺上, 報警系統發出報警. 井蓋的管理人員可以根據對應的編號查找相應井蓋的信息, 及時處理存在安全隱患的井蓋, 在數據庫系統中對報警歷史查詢.

3 總結

由于目前市場上井蓋分布范圍廣、種類多, 而且井蓋被盜后我們著手解決此類問題都是從井蓋的材料以及防盜設計方面出發的, 井蓋在丟失后不能及時地對被盜井蓋定位和進行及時修補, 容易造成安全遺患, 本文設計了一種能夠對井蓋進行實時監測的井蓋遠程監測管理平臺系統. 該設計能夠準確地對井蓋定位, 并對井蓋的各個狀態信息進行錄入、維護和查詢, 對井蓋狀態實時判斷, 當井蓋異常時發出報警, 井蓋的管理人員根據對應的編號查找相應井蓋的信息, 及時處理存在安全隱患的井蓋, 并能對報警歷史進行查詢. 此設計彌補了目前解決井蓋被盜問題技術方面的缺陷, 使井蓋防盜方式有了突破, 從而及時地對被盜井蓋進行修補, 快速地解決安全隱患.

在對井蓋定位及其狀態監測方面, 公開的一種由無線電波信號強度探測電路組成的井蓋狀態監測裝置, 但并沒有解決井蓋定位的問題, 對于修補井蓋造成了一定的難度, 而該設計利用北斗定位及位移傳感器等對井蓋進行了定位研究; 公開的另一種使用安裝在井蓋上的水平加速度傳感器、液位傳感器和井蓋監測終端的新型無線井蓋狀態監測系統, 雖然對井蓋的所有損壞情況能進行全面監測及時報警, 但沒有監測出被盜井蓋移動的距離; 一種對于井蓋破損、翹起、被盜的實時狀態監測系統, 由井蓋監測儀、信息采集集匯器、GPRS遠傳模塊、窨井蓋監測子系統、總控制臺組成, 并沒有對于被盜井蓋的定位顯示; 由上述設計研究可以看出, 目前對于井蓋狀態監測的綜合性設計不多, 在井蓋狀態監測系統中, 利用北斗定位模塊及軟件系統設計綜合管理井蓋的方式也較少, 本次設計實時顯示井蓋的狀態信息, 實現區域井蓋信息的錄入, 當井蓋出現異常時能夠及時報警, 迅速查詢對應井蓋的相關信息并做出及時的處理, 并對井蓋的各個狀態信息進行維護管理, 對其巡檢歷史信息進行查詢, 對異常情況進行相關記錄.

通過對井蓋的研究而設計的此類管理平臺也可應用到其他城市設施的丟失或損壞中去, 只要替換井蓋終端的傳感器等部分模塊, 采集到正確的狀態信息. 本次管理平臺設計對城市設施建設具有極大的貢獻, 為人們的日常生活也提供了基本保障.

1 任安虎,鮑宏海.基于ZigBee的城市道路井蓋安全監測系統設計.物聯網技術,2014,11:81–83.

2 王猛,劉珈池,王闊瑞,等.基于物聯網技術的城市小區智能井蓋管理系統.價值工程,2016,2:80–81.

3 IEEE 802.15 Working Group for Wireless. Overview of the IEEE 802.15.4 PHY Baseline. IEEE 802.15.4, 2009.

4 李亞勝.基于紅外探測的井蓋監測系統設計.數字技術與應用,2015,10:174–175.

5 朱運利.基于GPRS和無線傳感器網絡的現場監控系統.儀表技術與傳感器,2008,12:46–47,71.

6 Samsung Electronics. $3C2440A32-bit RISC microprocessor user manual. Republic of Korea, 2004, 2: 13 .

7 Schwarzhacher T, Timoney J. VLSI Implementation of an adaptive noise canceller. 3rd Int. Symposium on Communication Systems, 2012, (3): 148–150.

8 龔沛曾,陸慰民,楊志強.VisualBasic6.0程序設計簡明教程.北京:高等教育出社,2001.

9 楊正洪,鄭齊健．SQL Server關系數據庫系統管理與開發指南.北京:機械工業出版社,2000.

10 黃林.基于WSN的窨井實時巡檢技術的研究[碩士學位論文].杭州:杭州電子科技大學,2013.

Design and Implementation of Management Platform for Remote Monitoring to Covers

WANG Yue, YAO Jin-Jie

(School of Information and Communication Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)

In view of the present market covers distribution range, variety, and covers are stolen after we set out to solve such problems from the aspects of material manhole and design of guard against theft, covers losing dose not timely position the stolen manhole cover and timely repair, extremely it is easy to cause safe sequel, for this issue a real-time monitoring and positioning function of the manhole cover remote monitoring management platform system is designed. Manhole cover remote monitoring and management platform mainly includes manhole cover, manhole cover management and state display function, adds a GIS map reporting each manhole cover position, realizes the manhole cover and the map matching, the manhole cover state information of query and management, abnormitycan be achieved through alarm. Experimental results show that the design can accurately position the manhole cover, maintain and alarm the covers of each state’s information, check the inspection history information. It solves defects in the technical aspects of the problem of stolen covers at present. It is a breakthrough of the manhole cover anti-theft mode. It is in a timely manner on the stolen manhole cover repair, and can quickly solve the security problems.

manhole cover; remote location; information management; alarm management

國家自然科學基金科學儀器基礎專項(61227003)

2016-06-30;

2016-09-02

[10.15888/j.cnki.csa.005709]