基于NB-IOT技術的智能通信井蓋系統設計

傅小萍

摘要：目前，通信井蓋分布廣、數量多、巡查成本和維護費用高，同時由于井蓋缺失導致的城市安全等管理上的難題也日益凸顯。本文介紹了一種基于NB-IoT技術的智能通信井蓋系統，運用基于NB-IoT技術的井蓋監控器對井蓋做出撞擊告警、傾斜告警、掀蓋告警以及低電量和高溫等告警提示;并結合GPS技術，對井蓋進行定位，以實現對通信井蓋的智能管控，能有效解決通信井蓋管理上的難題。

關鍵詞：井蓋檢測器：NB-IoT;撞擊告警;傾斜告警;掀蓋告警;智能管控

引言

隨著城市建設的飛速發展，公共基礎設施設置的地下工程越來越多，井蓋的數量也隨之增加，井蓋所發揮的作用也越來越大，倘若不能及時有效的獲取井蓋的狀態信息，將有可能對人們的財產甚至生命造成重大的損失。因井蓋數量龐大，如果采用人工巡檢對井蓋進行管理，不但效率很低，而且不能及時、有效的獲取井蓋狀態信息，造成各類安全隱患。應用NB-IoT技術對井蓋進行定位，監測智能化管理，可以及時有效的掌握井蓋的狀態信息，當井蓋發生異樣狀況時，利用NB-IoT網絡向平臺服務器發出警報通知，以便管理人員及時處理，從而最大限度的避免損失和傷害。

1 系統關鍵技術

智能通信井蓋系統主要利用NB-IoT技術的廣覆蓋、低功耗、大連接、穿透性強等特性。NB-IoT相對于3G、4G等技術而言，通信范圍更廣、可連接數更多、功耗更低，表現出了極強的性能優勢。

1.1NB-IOT技術優勢

NB-IoT主要是在LTE基礎上發展起來的，其主要采用了LTE的相關技術，并針對其應用場景做出了相關修改。運用NB-IoT技術對井蓋進行智能監測的主要優勢有如下幾點：

廣覆蓋：NB-IOT技術可以實現比GSM好20dB以上的覆蓋增益，所覆蓋范圍擴大100倍以上，即使在地下車庫、地下管道也能覆蓋到，在井蓋智能檢測中真正實現全覆蓋。 低功耗：NB-IoT具備超低功耗，激活狀態和休眠狀態電流是mA和uA級別，模塊待機時間可長達10年，能極大程度的簡化智能井蓋監測在后期的維護。

大連接：NB-IOT單扇區可以支持5萬個連接，相比2G、3G、4G可連接的終端數量提高了幾十倍，甚至上百倍（其中2G、3G、4G分別是14、128、1200）。

低成本：目前，NB-IoT模組的成本單價一般在5美元左右，與3G/4G模組相比，表現出了明顯的成本優勢。伴隨芯片產業鏈的逐漸成熟，NB-IoT模組未來有望進一步降低成本。

穿透性強：NB-IoT其接收靈敏度非常高，穿透性能極強，如果地面上能正常通信，那么地下二層仍然可以接收到信號。形象的來說，其穿透能力可以穿過幾面墻。

高安全性：NB-IoT在設備的認證以及數據的傳輸等方面均可提供電信級別的安全。

1.2智能井蓋監控器

智能井蓋監控器安裝在井蓋下面，能對井蓋一些異常狀態進行全面監測。智能井蓋監控器的網絡性能需支持NB-IoT通信方式，將告警信息通過NB-IOT基站上上傳到平臺。

2 系統架構設計

系統采用分層架構設計，從下到上分別是設備端、云端、以及互動界面。設備終端感應到告警事件，發送告警消息，告警消息通過電信集團IOT平臺的消息管道，向省內IOT管理平臺推送告警消息，省內IoT管理平臺接到告警消息，進行告警規則判定，將符合規則的告警消息推送給客戶端。

2.1 設備終端

通過智能井蓋監控器終端，完成數據采集、控制功能及NB無線通信功能。

2.2 云端

云端主要包括監控管理平臺，監控管理平臺與電信業務系統（資源系統、服務保障系統、綜合總告系統）進行集成，通過工單實現設備安裝及維護工作。

2.3 互動界面

PC客戶端和APP客戶端實現對監控管理平臺信息展示。

3 系統功能實現

平臺基于oracle數據庫及Java相關技術實現。功能主要包括權限控制、地圖定位、設備管理、告警信息等幾個大的模塊。權限控制是對用戶可見權限控制，并與用戶進行關聯，實現告警消息的精準推送。地圖定位模塊主要實現對終端設備位置的確認。設備管理模塊通過CoAP協議完成與智能井蓋終端交互、通信，采用離散方式接收智能井蓋終端采集的各種數據，保證采集數據的完整性和可靠性。告警信息模塊主要包含各種告警信息。

APP界面原型圖：

在PC界面和APP界面上不但可以實現告警監控，還可以實現告警消除。通過PC界面終端地圖，在地圖上可查看到最新的告警終端，PC界面終端地圖的告警消息列表，可監控到最新告警消息詳情 進入手機APP的終端控制面板，對告警消息進行關閉確認操作（告警消息關閉后，PC版終端地圖上的終端狀態恢復正常）。

系統的詳細功能如下：

3.1定位：通過GPS對智能井蓋進行定位，確認井蓋的位置信息。

3.2 掀蓋告警：當井蓋被掀開或者發生位移時，發出掀蓋告警信息。

3.3撞擊告警：設定撞擊力度閥值，當井蓋被撞擊超過這個力度時，發送撞擊告警信息。

3.4傾斜告警：設定某個閾值，當井蓋傾斜角超過這個閾值角度時，發出傾斜告警信息。

3.5低電量告警：設定某個閾值，當終端設備電池電量低于閾值時，發送低電量告警，提醒及時更換電池。

3.6高溫告警：設定某個閥值，當井蓋溫度超過閥值時，發送高溫告警，及時對井蓋進行降溫。

3.7其它告警功能：智能通信井蓋系統還可以根據需求增加其它告警功能。

3.8告警處置：平臺通過智能井蓋終端采集的數據進行對比分析，可自動消除告警，管理人員也可根據現場實際處置情況通過手機APP手動消除告警。

3.9狀態信息：管理人員通過手機APP或PC界面可直觀的了解設備的運行狀態。

4 結束語

本系統旨在為新型智慧城市打造一款全新的智能井蓋管理系統，為市政單位實現高效管理的同時，也為城市和市民帶來便利、安全的生活。目前，該系統已經在某電信公司得到初步運用，整體性能良好，在打造智慧城市的路上走出了堅實的一步。

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