井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)①

王 悅, 姚金杰

?

井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)①

王 悅, 姚金杰

(中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)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(shè)計(jì)方面出發(fā), 井蓋在丟失后不能及時(shí)地對被盜井蓋定位和進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ), 極易造成安全遺患的問題, 設(shè)計(jì)了一種具有實(shí)時(shí)監(jiān)測定位功能的井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺系統(tǒng). 井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺主要包括井蓋定位、井蓋管理及狀態(tài)顯示的功能, 添加GIS地圖上報(bào)各個(gè)井蓋所處位置, 實(shí)現(xiàn)井蓋與地圖的匹配, 對井蓋狀態(tài)信息進(jìn)行查詢及管理, 異常時(shí)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 該設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確地對井蓋定位, 并對井蓋的各個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行維護(hù)管理及報(bào)警, 對其巡檢歷史信息進(jìn)行查詢, 彌補(bǔ)了目前解決井蓋被盜問題技術(shù)方面的缺陷, 使井蓋防盜方式有了突破, 從而及時(shí)地對被盜井蓋進(jìn)行修補(bǔ), 快速地解決安全隱患.

井蓋; 遠(yuǎn)程定位; 信息管理; 報(bào)警管理

隨著城市化進(jìn)程的加快, 政府公共設(shè)施建設(shè)迅速發(fā)展. 大都采用地埋方式的通信等部門的線纜, 通過井蓋進(jìn)行日常維護(hù), 由于缺乏有效的實(shí)時(shí)監(jiān)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(shí)有發(fā)生, 而且井蓋丟失后不能及時(shí)地確定被盜位置和修補(bǔ)會帶來嚴(yán)重的安全隱患[1]. 現(xiàn)有的井蓋監(jiān)測方法解決井蓋被盜現(xiàn)象大都是從井蓋材料以及防盜設(shè)計(jì)方面來著手的, 沒有考慮井蓋位置信息和所屬關(guān)系[2]. 此種方法存在一定的問題, 不能體現(xiàn)井蓋的位置信息以及對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測, 進(jìn)而快速解決安全隱患. 針對這些問題, 本文設(shè)計(jì)了一種具有實(shí)時(shí)監(jiān)測定位功能的井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺系統(tǒng), 通過添加GIS地圖準(zhǔn)確地加載各個(gè)井蓋所處位置信息, 實(shí)現(xiàn)相關(guān)井蓋與地圖的匹配, 實(shí)時(shí)顯示井蓋的狀態(tài)信息, 實(shí)現(xiàn)區(qū)域井蓋信息的錄入, 當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警, 迅速查詢對應(yīng)井蓋的相關(guān)信息并做出及時(shí)的處理, 并對井蓋的各個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行維護(hù)管理, 對其巡檢歷史信息進(jìn)行查詢, 對異常情況進(jìn)行相關(guān)記錄.

1 井蓋管理平臺總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺的設(shè)計(jì)主要是通過無線傳輸技術(shù)將井蓋終端監(jiān)測到的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿O(shè)計(jì)的管理平臺中, 顯示各個(gè)井蓋位置信息, 并對其信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[3], 在突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)能及時(shí)進(jìn)行報(bào)警, 由此井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺主要分為井蓋定位、井蓋管理及井蓋狀態(tài)顯示三大部分.

對井蓋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控主要是通過由北斗定位模塊、位移傳感器、GPRS傳輸模塊、節(jié)點(diǎn)控制模塊和節(jié)點(diǎn)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(fā)射的雙頻環(huán)形天線接收衛(wèi)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(wèi)星信號進(jìn)行傳遞, 再通過中繼器傳輸回井蓋監(jiān)測中心; 位移傳感器也固定在井蓋底面中心位置, 用來監(jiān)測井蓋移動(dòng)的距離, 和北斗定位模塊獲取的井蓋狀態(tài)信息同時(shí)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(jiān)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(jié)點(diǎn)控制模塊通過排線連接, 為北斗定位模塊及位移傳感器實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接, 對井蓋狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、接收與發(fā)送; 節(jié)點(diǎn)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(jìn)行控制, 完成對接收的衛(wèi)星信號的傳輸; 節(jié)點(diǎn)電源模塊也固定在井蓋周圍, 與其它各個(gè)模塊相連接, 為北斗定位模塊、位移傳感器、GPRS傳輸模塊和節(jié)點(diǎn)控制模塊提供電壓[5]. 本論文主要研究井蓋管理方面的設(shè)計(jì), 對井蓋監(jiān)測定位方面只進(jìn)行大體的描述.

井蓋定位分為地圖加載、節(jié)點(diǎn)匹配和地圖指示三小部分, 地圖加載技術(shù)是將GIS地圖添加到管理平臺中, 加載指定區(qū)域的井蓋位置信息, 節(jié)點(diǎn)匹配是指實(shí)現(xiàn)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(gè)井蓋的狀態(tài)信息.

井蓋管理主要實(shí)現(xiàn)井蓋狀態(tài)信息的錄入, 包含井蓋編號、地域位置、材質(zhì)及安裝年限等信息, 對井蓋信息進(jìn)行維護(hù)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(tài)顯示主要實(shí)現(xiàn)井蓋狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測, 判斷當(dāng)前井蓋的狀況, 當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí), 系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警, 在此同時(shí)可以記錄其相關(guān)異常情況, 對報(bào)警歷史信息查詢.

井蓋管理平臺總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示.

圖1 井蓋管理平臺總體設(shè)計(jì)

1.2 管理平臺總界面設(shè)計(jì)

井蓋遠(yuǎn)程管理平臺的主界面是本次設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)常用模塊, 操作欄分為下拉菜單欄和快捷欄, 都可以實(shí)現(xiàn)軟件相應(yīng)的功能[6].

下拉菜單包含井蓋監(jiān)測的所有功能, 井蓋監(jiān)測可以通過下拉菜單實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能, 通過菜單編輯器實(shí)現(xiàn)的. 菜單編輯器主要分為菜單屬性設(shè)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(shè)置: 設(shè)置菜單項(xiàng)的標(biāo)題、名稱、索引等屬性.

(2) 菜單控件編輯: 添加、刪除菜單項(xiàng).

(3) 菜單控件列表框: 顯示添加的菜單項(xiàng)及子菜單項(xiàng).

圖2 菜單編輯器界面

1.2.1井蓋定位設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)用到百度地圖中的JavaScript API開發(fā), 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(wǎng)站中創(chuàng)建豐富的地圖應(yīng)用. 百度地圖中免費(fèi)開放的的API接口, 設(shè)計(jì)中可以直接使用.

井蓋定位設(shè)計(jì)主要是在Visual Basic中是通過引用ArcObjects對象庫實(shí)現(xiàn)ArcObjects組件開發(fā)的. 在對象庫中選擇“ESRI ArcMap Object Library”和“ESRI Object Library”兩項(xiàng), 完成MapControl控件的加載, 就可以實(shí)現(xiàn)在工具欄調(diào)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn):

WebBrowser1.Navigate App.Path & "BaiduMap.htm"http:// 對已經(jīng)編寫好的“BaiduMap.htm”地圖文件進(jìn)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(wǎng)頁不出現(xiàn)滾動(dòng)條;

baidu_center_set.Enabled = True//按鈕有效;

地圖主界面主要通過創(chuàng)建地圖容器, 設(shè)置衛(wèi)星底圖, 設(shè)置中心點(diǎn)坐標(biāo)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(shí)現(xiàn).

地圖主界面的基本流程圖如圖3所示.

實(shí)現(xiàn)井蓋位置與地圖的匹配, 首先是將井蓋的經(jīng)緯度傳入網(wǎng)頁文件, 然后使用JavaScript語言對網(wǎng)頁進(jìn)行編輯, 通過設(shè)置中心點(diǎn)及設(shè)置標(biāo)注來實(shí)現(xiàn)井蓋位置與地圖的匹配, 再通過VB調(diào)用百度地圖API來實(shí)現(xiàn)井蓋信息在地圖上的的顯示.

節(jié)點(diǎn)匹配與地圖指示流程圖如圖4所示.

1.2.2井蓋管理設(shè)計(jì)

井蓋管理的實(shí)現(xiàn)是通過Visual Basic與Miscrosoft Accesss數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)的. 在VB環(huán)境下通過可視化數(shù)據(jù)管理器建立與Access數(shù)據(jù)庫建立連接, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的錄入、維護(hù)和查詢功能. 在井蓋信息數(shù)據(jù)庫下, 包含多個(gè)井蓋信息數(shù)據(jù)表, 表中包含井蓋的許多原始信息, 數(shù)據(jù)表中井蓋信息的錄入通過Miscrosoft Access軟件實(shí)現(xiàn).

圖3 地圖主界面的基本流程圖

圖4 節(jié)點(diǎn)匹配與地圖指示流程圖

Visual Basic中自帶的一個(gè)可視化數(shù)據(jù)管理器可以在Visual Basic中建立Access數(shù)據(jù)庫. 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的連接主要是通過可視化數(shù)據(jù)管理器實(shí)現(xiàn)的, 通過該工具可以建立控件與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫的連接, 實(shí)現(xiàn)對井蓋信息的錄入、維護(hù)和查詢[9].

1.2.3井蓋狀態(tài)顯示的設(shè)計(jì)

井蓋狀態(tài)顯示是在井蓋定位與井蓋管理設(shè)計(jì)完成后, 在總界面中顯示各個(gè)井蓋的狀態(tài)信息, 主要實(shí)現(xiàn)井蓋狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測, 判斷當(dāng)前井蓋的狀況, 當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí), 系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警, 在此同時(shí)可以記錄其相關(guān)異常情況, 對報(bào)警歷史信息查詢[10].

圖5 可視化數(shù)據(jù)管理器

井蓋往往只有兩種狀態(tài), 丟失和正常閉合狀態(tài). 本次設(shè)計(jì)為了模擬井蓋的實(shí)時(shí)狀態(tài), 添加一個(gè)MSComm串口通信控件實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)串口通信, 添加一個(gè)Timer時(shí)鐘控件實(shí)現(xiàn)開關(guān)輸入信號的連續(xù)監(jiān)測, 添加一組Shape形狀空間組, 通過顏色變化反應(yīng)井蓋的實(shí)時(shí)狀態(tài), 添加一個(gè)TextBox文本框控件組顯示各井蓋的狀態(tài).

2 井蓋管理平臺實(shí)現(xiàn)及結(jié)果測試

井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺主界面是進(jìn)行井蓋監(jiān)測管理的主要窗口, 通過該窗口的不同按鈕可以調(diào)用不同的窗口完成對應(yīng)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(shè)計(jì)中, 地圖查詢界面可以直觀的查看相關(guān)井蓋的位置狀態(tài), 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(shè)計(jì)中, Miscrosoft Access數(shù)據(jù)庫是用來管理存儲井蓋的相關(guān)信息的, 本次設(shè)計(jì)只建立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫, 數(shù)據(jù)庫中包含井蓋信息的錄入、維護(hù)和查詢多個(gè)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(hù)如圖9所示.

圖9 信息維護(hù)

井蓋信息查詢?nèi)鐖D10所示.

圖10 信息查詢

井蓋狀態(tài)顯示設(shè)計(jì)中, 實(shí)現(xiàn)對井蓋狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測, 判斷當(dāng)前井蓋的狀況, 當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí), 系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警, 在此同時(shí)可以記錄其相關(guān)異常情況, 對報(bào)警歷史信息查詢.

井蓋狀態(tài)及報(bào)警如圖11所示.

圖11 井蓋狀態(tài)及報(bào)警

井蓋報(bào)警歷史查詢?nèi)鐖D12所示

圖12 報(bào)警歷史查詢

井蓋報(bào)警是通過串口通信進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的, 井蓋的無線傳感器在井蓋出現(xiàn)異常情況時(shí), 會將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給管理平臺, 管理平臺再對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后, 會將相應(yīng)的井蓋狀態(tài)反應(yīng)在平臺上, 報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警. 井蓋的管理人員可以根據(jù)對應(yīng)的編號查找相應(yīng)井蓋的信息, 及時(shí)處理存在安全隱患的井蓋, 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中對報(bào)警歷史查詢.

3 總結(jié)

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(shè)計(jì)方面出發(fā)的, 井蓋在丟失后不能及時(shí)地對被盜井蓋定位和進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ), 容易造成安全遺患, 本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)w進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的井蓋遠(yuǎn)程監(jiān)測管理平臺系統(tǒng). 該設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確地對井蓋定位, 并對井蓋的各個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行錄入、維護(hù)和查詢, 對井蓋狀態(tài)實(shí)時(shí)判斷, 當(dāng)井蓋異常時(shí)發(fā)出報(bào)警, 井蓋的管理人員根據(jù)對應(yīng)的編號查找相應(yīng)井蓋的信息, 及時(shí)處理存在安全隱患的井蓋, 并能對報(bào)警歷史進(jìn)行查詢. 此設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了目前解決井蓋被盜問題技術(shù)方面的缺陷, 使井蓋防盜方式有了突破, 從而及時(shí)地對被盜井蓋進(jìn)行修補(bǔ), 快速地解決安全隱患.

在對井蓋定位及其狀態(tài)監(jiān)測方面, 公開的一種由無線電波信號強(qiáng)度探測電路組成的井蓋狀態(tài)監(jiān)測裝置, 但并沒有解決井蓋定位的問題, 對于修補(bǔ)井蓋造成了一定的難度, 而該設(shè)計(jì)利用北斗定位及位移傳感器等對井蓋進(jìn)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(jiān)測終端的新型無線井蓋狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng), 雖然對井蓋的所有損壞情況能進(jìn)行全面監(jiān)測及時(shí)報(bào)警, 但沒有監(jiān)測出被盜井蓋移動(dòng)的距離; 一種對于井蓋破損、翹起、被盜的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng), 由井蓋監(jiān)測儀、信息采集集匯器、GPRS遠(yuǎn)傳模塊、窨井蓋監(jiān)測子系統(tǒng)、總控制臺組成, 并沒有對于被盜井蓋的定位顯示; 由上述設(shè)計(jì)研究可以看出, 目前對于井蓋狀態(tài)監(jiān)測的綜合性設(shè)計(jì)不多, 在井蓋狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中, 利用北斗定位模塊及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合管理井蓋的方式也較少, 本次設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)顯示井蓋的狀態(tài)信息, 實(shí)現(xiàn)區(qū)域井蓋信息的錄入, 當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警, 迅速查詢對應(yīng)井蓋的相關(guān)信息并做出及時(shí)的處理, 并對井蓋的各個(gè)狀態(tài)信息進(jìn)行維護(hù)管理, 對其巡檢歷史信息進(jìn)行查詢, 對異常情況進(jìn)行相關(guān)記錄.

通過對井蓋的研究而設(shè)計(jì)的此類管理平臺也可應(yīng)用到其他城市設(shè)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(tài)信息. 本次管理平臺設(shè)計(jì)對城市設(shè)施建設(shè)具有極大的貢獻(xiàn), 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(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2014,11:81–83.

2 王猛,劉珈池,王闊瑞,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市小區(qū)智能井蓋管理系統(tǒng).價(jià)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(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì).數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015,10:174–175.

5 朱運(yùn)利.基于GPRS和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng).儀表技術(shù)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(qiáng).VisualBasic6.0程序設(shè)計(jì)簡明教程.北京:高等教育出社,2001.

9 楊正洪,鄭齊健．SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理與開發(fā)指南.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

10 黃林.基于WSN的窨井實(shí)時(shí)巡檢技術(shù)的研究[碩士學(xué)位論文].杭州:杭州電子科技大學(xué),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(xué)基金科學(xué)儀器基礎(chǔ)專項(xiàng)(61227003)

2016-06-30;

2016-09-02

[10.15888/j.cnki.csa.005709]