基于NB-IoT的城市井蓋監控及管理

孫鄭芬　解迎剛　楊崢　張奧飛

摘 要：針對現在城市井蓋管理不善導致交通事故，造成人員傷亡或者財產損失的問題，設計開發一種基于NB-IoT的城市井蓋監控及管理系統。為了方便實時查看井蓋的狀態信息，基于NB-IoT的智能井蓋智能監控井蓋情況，只要井蓋異常打開、翻轉或移位，馬上報警到管理中心平臺及手機APP。管理平臺帶電子地圖，方便管理及檢修維護，通過后臺和APP的報警信息能實時觀測井蓋的情況，并在井蓋發生狀況后及時進行修復和管理。文中構建的NB-IoT監控系統將GPRS無線遠程通信技術、傳感器、物聯網網關、無線數據傳輸、Web集中控制平臺、APP移動客戶端和終端監測設備等技術相結合，智能監控井蓋的信息，實現了集中、實時的智慧監管目的，對城市管理井蓋具有一定的指導意義，為各大城市緩解城市井蓋管理壓力，提高城市井蓋管理效率起到了非常積極的作用。

關鍵詞：NB-IoT;智能井蓋;GPRS;終端監測設備;APP;電子地圖

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2020）04-0-03

0 引 言

現在中國多數城市路面井蓋沉降、破損、缺失等問題仍較常見，既影響市容又形成安全隱患。一些地方由于井蓋與路面高度差較大或井蓋殘破、缺損、側翻等原因，造成車輛損壞、交通事故等問題。還有一些“問題井蓋”威脅人民安全：井蓋橫在盲道中，成為“絆腳石”;有些井蓋在自行車綠道上，破損嚴重，影響交通;還有人行道上的井蓋，已破損塌陷成坑，大人孩子稍有不慎就可能跌落，危及生命。同時井蓋數量多、布局分散、環境復雜、種類多樣、質量監管等困難，導致管理效率低下。還有就是城市內澇問題，下雨天雨水過大時，若下水道垃圾過多，造成堵塞，就會導致泄洪能力不足或者井蓋上浮，危害行人健康。

要解決這些問題，除了加強管理外，還需要技術方法的創新，因此本文將物聯網智能技術應用到井蓋上，將計算機和智能手機與智能井蓋聯系起來。帶有芯片的智能井蓋采集井蓋的信息，通過基站將其傳到指定的服務器上，城市管理人員使用計算機登錄服務器，找到屬于自己的設備，通過驗證后即可查看上報的數據。比如井蓋是否異常移動、浸水等，在井蓋發生報警后及時確定井蓋位置，并派修理人員前往修繕和管理。還可以利用手機掃描二維碼綁定設備，可以在小程序中找到自己的設備，實現手機遠程監測，讓城市井蓋管理更加方便和輕松。這套系統使城市管理通過對井蓋的監測、及時修繕和管理，使城市井蓋管理更加規整，整潔城市環境，方便城市居民。

帶有芯片的智能井蓋除了實時報警，還可以通過信息大數據分析，幫助提高日常維護管理效率。比如，通過報警次數，工作人員巡查力度可以作出合理分配，不需要平均用力。對于報警次數多的井蓋，還可分析報警原因，以便采取針對性的措施。同時，報警信息可根據打開的角度判斷是否需要及時處置，系統顯示井蓋打開夾角在10°～15°之間，判斷為汽車碾壓所致，雖然無需及時處置，但是卻表明此處井蓋固定不嚴，需要改建;若夾角超過15°，則證明井蓋被搬開，需要立即處理。

基于NB-IoT的城市井蓋監控及管理系統能夠隨時讓城市管理人員了解到井蓋的相應信息，工作人員可以通過手機二維碼查詢系統實時查詢每一個井蓋的變動情況和信息。

1 系統設計

基于NB-IoT智能井蓋原理圖如圖1所示。智能井蓋應用流程如圖2所示。

2 NB-IoT技術及智能井蓋的信息傳輸

基于蜂窩的窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）有很多優勢。

（1）大連接。一個基站就能支持數十萬的連接，而且適合的場景比較多。城市井蓋錯落分布，沒有規律，且數量大，NB-IoT網絡大連接可以連接整個城市的井蓋。

（2）廣覆蓋。在地下室、地下通道、鑄鐵井蓋等信號難以到達的地方都能全方位覆蓋。井蓋的分布一般都是沒有固定位置的，有時還會被其他東西覆蓋，或者居于信號難以到達的地方，NB-IoT解決了這一問題。

（3）低功耗。NB-IoT設備功耗小，持續使用時間能夠提升到幾年。這樣便于投入使用，井蓋可以幾年更換一次，大大降低了投入成本。

（4）低成本。NB-IoT無需重新建網，射頻和天線基本上都是復用的。在城市井蓋數量大的前提下，低成本使得該方案易于實現。

NB-IoT通信如圖3所示。

3 系統具體實現

本系統的功能如下：

（1）帶有芯片的“智能井蓋”采集井蓋的信息，通過基站將其傳到指定的服務器上，工作人員可以通過管理平臺監控城市井蓋的變動情況。智能井蓋檢測系統示意圖如圖4所示。環境監控中心大屏顯示示意圖如圖5所示。

（2）井蓋管理工作人員在工作日可以通過監測平臺監視井蓋的變動情況，通過檢測平臺監測井蓋報警情況，確定井蓋報警位置，對井蓋情況做出分析。若判斷出井蓋損壞，溢水或者其他需要修繕的情況，就需要派工作人員前往查看并進行維護。

（3）在工作日，工作人員可以在線觀測井蓋情況;如果節假日沒有人觀測，可通過手機APP端觀測井蓋情況。

（4）用戶通過登錄，將手機設備連入平臺，即可進入智能井蓋檢測系統，選擇好后顯示檢測界面，就能觀測井蓋的情況。同時城市工作人員還可以利用小程序登錄系統，也能得到同樣的結果。

進入設備界面如圖6所示，每個井蓋各參數折線如圖7所示，所有報警次數柱狀圖如圖8所示。

4 結 語

本文以NB-IoT以及物聯網技術為基礎設計智能井蓋，通過傳感器和芯片實現對井蓋情況信息的采集，再通過NB-IoT將所得數據上傳到服務器，實現了智能井蓋的數字化、可控化、流程化。城市管理工作人員通過手機或后臺平臺實時監測井蓋的狀況，并能及時對井蓋進行管理，節約了大量的時間和精力。本系統實現了對井蓋的監測、收集、處理，集成化程度高，與世界智能化趨勢相吻合，對城市井蓋技術升級有著正面的意義;同時，減少了人力物力的消耗，一定程度上節省了經濟成本，使城市管理更加輕松;通過對井蓋的監測，及時修繕和管理，使城市井蓋管理更加規范，使城市環境更加整潔，方便城市居民的生活。

注：本文通訊作者為解迎剛。

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作者簡介：孫鄭芬（1996-），女，本科，研究領域為物聯網技術。

解迎剛（1978—），男，博士，副教授，主要研究領域為物聯網應用及智能數據處理技術。