智慧工地物聯網數據傳輸與展示系統

梁俊 奚泱 李雁波 任才 汪翼舟

摘要：通過在工地上大量部署各種物聯網終端的方式，可以有效獲取工地上人員、機械設備、物資位置、時間、軌跡等信息;但是隨著設備采集數據的類型和數量的增加，傳統的數據展示模式已經越來越難以滿足目前工地現場數據和設備管理的需要;本文討論的“智慧工地物聯網數據傳輸與展示系統”實現了各種物聯網終端的功能和操作，包括設備管理，設備狀態實時查詢/監測、終端位置查詢和數據統計分析等共性功能，同時實現了設備數據的在線管理和展示的功能。通過本系統的實施，可以變被動式管理為主動式智能化管理，有效提高施工現場的管理水平和管理效率。

關鍵詞：智慧工地;物聯網;數據展示;設備管理;傳感器

1引言

隨著城市建設的不斷深入，各種建設工程規模不斷擴大，面對建設工地面積大、人員多、設備物資分散、管理作業流程瑣碎的特點，采用傳統的人工巡視、手工紙介質記錄的工作方式，已無法滿足大型項目管控的要求。利用信息化手段實現監管模式的創新，解決建設工程中出現的“監管力度不強，監管手段落后”等難題，成為項目建設管理方的必然選擇^[1][2]。

“智慧工地”系統的建設，將計算機技術與物聯網應用相結合，通過RFID數據采集技術、無線網絡技術以及視頻監控等手段，實現對現場施工人員、設備、物資的實時定位，有效獲取人員、機械設備、物資位置信息、時間信息、軌跡信息等^[3]。該技術可以及時發現遺漏異常行為，實現自動化監管設施聯合動作，提高應急響應速度和事件的處置速度，形成人管、技管、物管、聯管、安管五管合一的立體化管控格局，變被動式管理為主動式智能化管理，有效提高施工現場的管理水平和管理效率^[4]。

2系統框架設計^[5][6]

本系統是由揚塵實時監控系統、視頻疊加系統、數據采集/傳輸/處理系統、信息監控平臺和客戶終端等部分組成的集數據采集、信號傳輸、后臺數據處理、終端數據呈現等功能為一體的工地現場環境監測系統。

（1）揚塵實時監控模塊：對揚塵進行連續自動監測，揚塵每分鐘采集一次數據，并實時上傳至服務器供后臺程序統計和分析。揚塵監測包括PMl0和PM2.5兩個參數，并同時實時上傳個數據中心和監控平臺。

（2）報警及控制模塊：本噪聲揚塵監測系統具有噪聲、揚塵超標現場輸出功能，用這些超標信號可以控制警示設備和治理設備的控制;警示設備如報警燈、治理設備如降塵設備霧炮。

（3）數據展示模塊;提供基于Web的管理系統，在線顯示各前端污染源的實時揚塵和氣象參數數據，實現對實時監測儀的參數調控，實現對歷史監測數據的統計分析，實現在線數據下載、圖像查詢等功能。并具有污染物超標報警功能，權限管理功能，可向不同層面的管理者展示所需的信息。

3 功能特點

本系統提供物聯網各行業應用對接入層、通信層以及行業應用基礎層的通用解決功能，具體如下所示。

（1）統一的終端接入功能;通過本系統，為各種物聯網應用終端提供統一的數據接入方案。數據接入支持多種通信設備、通信協議，對接收到的數據進行辨識、分發，以及報警分析等預處理。

（2）提供統一的數據交換功能;本系統提供統一的數據交換模塊，通過中間件作為粘合劑連接各種業務相關的異構系統、應用以及數據源，滿足重要系統之間無縫共享和交換數據的需要。

（3）統一的數據集成展示功能;本系統能維護大量共享數據和控制數據，提供物聯網應用的統一運行環境，從概念、技術、方法與機制等多個方面無縫集成數據的實時處理與歷史記錄，實現數據的高時效調度與處理，并保證數據的一致性;并且實現物聯網多種類型數據展示功能。

4軟件界面

4.1登錄認證

本系統在登陸時采用上述的用戶名和密碼的認證方式。多次登陸失敗或者忘記密碼時需要通過手機驗證，并且驗證手機號與用戶是否在后端系統是否對應合法，非對應合法手機號不允許校驗，校驗成功獲取驗證碼再進行重置密碼或者登陸。

4.2用戶管理

用戶管理是系統不可或缺的一部分。平臺內置超級管理員，超級管理員可新增維護其他平臺管理員.系統管理員可以管理用戶的賬號、正常還是暫停。

4.3權限管理

權限管理是根據系統設置的安全規則或者安全策略，用戶可以訪問而且只能訪問自己被授權的資源。權限管理幾乎出現在任何有用戶和密碼的系統里面。系統中權限管理分為功能權限和數據權限。

功能權限：分配管理員用戶可登陸系統只可查看操作自己有權限的功能模塊。包括企業部門人員配置、企業標準配置、項目配置管理、工地參數配置等。

數據權限：除了功能權限外，對系統的數據進行登記劃分，比如區域，或者按照設備分類，只有擁有對應數據權限的人才能看到相應的數據。

4.4終端和數據展示

所有的終端設備發到平臺的數據都由數據通信模塊接收并預處理，數據通信模塊完成實時數據采集、數據處理、終端控制等業務目標，實現數據接入適配、統一數據結構、數據處理等功能。

4.4.1站點及設備關聯信息展示

該模塊是整個系統的基礎部分，它包含了以下幾個功能模塊：站點管理、設備清單展示、設備搜索、設備變動管理功能。數據設備在向平臺上傳應用數據之前，需要根據硬件設備數據服務協議中定義的方法進行設備注冊。并獲取安全驗證憑證，用于后續數據提交。

4.4.2物聯網數據管理及展示

用戶可在用戶中心指定應用下獲取下列信息：實時查看設備數據入庫情況;查詢指定時段的設備入庫數據;通過可視化界面查看指定字段的時段平均值。

點擊應用數據，就可以查看到應用下所有設備的最新數據。頁面中有兩個按鈕，其中一個是自動刷新按鈕，點自動刷新按鈕，即可實時提查看數據的更新情況。同樣點擊相應時間段內的折線圖，即可查看該時間段內所有設備的采集數據變化趨勢的信息。如圖所示。

4.4.3物聯網報警信息展示

報警處理模塊實現對測量值的范圍、變化速度的預警，包括限值報警、變化率報警、偏差報警、異常報警等，以及通過對測量值進行數學運算（報警公式），然后對運算結果進行報警檢查而產生。報警發生時系統可以通過彈出報警窗口、發出聲響、發送短信、電子郵件或打印報警信息等多種方式通知用戶，用戶可以自由設定報警通知方式。

5小結

本文介紹的“智慧工地物聯網數據傳輸與展示系統”，可以整合并顯示智慧工地項目上使用的視頻信息、RFID、紅外感應器、全球定位系統和溫度傳感器等信息傳感設備所采集到的數據。隨著物聯網監控技術的更新換代，將改變現有的物聯網監控模式，使監控人員無論身在何處，無論何時都可以對需要進行監控的工地現場環境進行監控，為實時的監控和管理工作提供了有效的手段，有效地提高施工現場的管理水平和管理效率。

參考文獻

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[2]張琪.探索中國物聯網之路[M].北京：電子工業出版社，2012：10. 55.

[3]曹紅兵，魏建明，劉海濤，無線傳感網中多傳感器特征融合算法研究[J].電子與信息學報，2 010（1）：166 -171.

[4]姚道遠，王海林，張寶賢，等，基于QoS的無線傳感器網絡感知調度協議[J].通信學報，2 010 （5）：128 -134.

[5]尹育新，戎宏娜，淺談一種全新的網絡技術一物聯網[J].信息系統工程，2010 （2）：105 -106.[6]李莉，無線地下傳感器網絡關鍵技術的研究[D]，北京郵電大學，2008.