基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現

張海濤

摘 要：針對公路監測設備發生斷電故障后，不能及時發現和修復的問題，本文提出基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現。首先，當公路監測設備發生斷電時，斷電檢測模塊立即檢測到該故障；然后觸發北斗衛星定位裝置獲得設備地理位置；接著通過物聯網信息傳輸裝置將設備斷電的相關信息傳輸到監控中心；最后，監控人員在得知該處道路監測設備斷電后，通知相應的維修人員進行維修。此外，監控中心將收到的信息保存到中心數據庫中，以備查詢歷史記錄。此系統用于公路監測設備的日常管理，對設備發生的斷電故障進行及時、有效的檢測及修復，并實現斷電相關信息的遠程傳輸。

關鍵詞：北斗+；斷電檢測；遠程傳輸；北斗衛星定位；物聯網

中圖分類號：P631.43 文獻標識碼：A

隨著社會經濟的全方位發展，公路監測已成為公路指揮系統中必不可少的一部分，隨處可見各種公路監測設備，如視頻監控、交調站、車檢器和可變情報板等。這些道路監測設備為公路管理人員提供了重要的資料，使得交通管理變得更加的智能，但同時也對路網設備的維護提出了更高的要求。一旦這些設備發生斷電故障，遠程將監測不到任何數據，它所有的功能也都無法實現。所以及時檢測到設備斷電故障并將斷電信息傳輸給設備監控中心[ 1 ]，對公路路網設備管理意義重大。目前，公路外場監測設備發生故障后，監測人員也許不能及時發現，或是需花費大量人力物力去排查故障類型。這種方式不僅耗時耗力，還會因設備斷電不能及時發現錯失一些重要的公路狀況監測；或使用一些結構復雜、代價較大的檢測設備，這樣會加大公路路網的開銷。雖然國內外對公路監測設備維護管理有一定的研究積累，但對分布廣、數量大、種類多的路網監測設備缺乏有效的通電狀態監測和故障診斷的應用研究，其故障設備的定位也未有效使用北斗衛星定位系統。

為解決以上問題，本文提出基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現。

本系統設計如下：

（1）研發斷電檢測[ 2 ]模塊，實現對公路監測設備斷電的實時檢測；

（2）研發北斗衛星定位集成模塊，實現監測點和故障點的準確地理定位；

（3）研發監控服務端通訊監測程序和多終端狀態監控和故障報警程序，實現物聯網與互聯網的對接和及時快速的發現及派工修復斷電故障。

1 背景技術

在基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現中，涉及到以下背景技術：

1.1 北斗衛星定位技術

北斗衛星導航系統是我國自主研發、獨立發展的全球衛星導航系統，也是我國第一個全球化的基礎設施建設項目。它與美國的GPS、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯并稱為全球四大導航系統。北斗衛星導航系統能提供高精度的定位等服務，是我國經濟社會發展不可或缺的重大空間信息基礎設施。北斗衛星定位技術的快速發展、技術優勢和成熟民用，讓使用民族自主知識產權的衛星定位系統服務各類位置應用成為必然趨勢。該技術所能提供的定位和時間基準功能，對公路監測設備的日常管理也有很大作用。

1.2 物聯網技術

物聯網技術的發展，讓任意位置任意設備的網絡互連與遠程傳輸成為可能。通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。“物聯網技術”的核心和基礎仍然是“互聯網技術”，是在互聯網技術基礎上的延伸和擴展的一種網絡技術，其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊。

2 基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現

本系統的架構設計如圖1所示：涉及公路監測設備、斷電檢測模塊、物聯網公網網絡及監控中心。斷電檢測模塊安裝具備上網功能的SIM卡，且裝有后備鋰電池；公路監測設備連接斷電檢測模塊，兩者使用的外部供電電源為同一電源；在公路監測設備突發斷電狀況時，斷電檢測模塊后備鋰電池立即工作為模塊提供電源，模塊能立刻檢測到該斷電信號，實現響應突發斷電狀況的功能；通過北斗衛星定位裝置，處理相關定位請求；通過物聯網公網網絡信息傳輸裝置的GPRS[ 3 ]通信模塊將設備斷電相關信息以數據報文的形式經GPRS通道遠程傳輸到監控中心；監控中心人員通過道路設備遠程監測系統獲得設備斷電信息，并安排維修人員盡快到達斷電設備地點進行維修，監控中心收到的信息要保存到中心數據庫中，以備查歷史記錄。下面詳細介紹該系統各模塊工作過程。

2.1 斷電檢測模塊

如圖2所示，斷電檢測模塊主要由外部電源、控制單元、北斗衛星定位模塊、物聯網信息傳輸模塊、及內部后備鋰電池5個部分組成。

其中，外部電源與公路監測設備的供電電源為同一電源；控制單元是檢測公路監測設備是否斷電及控制后續操作的部分；北斗衛星定位模塊完成對公路監測設備的定位及獲得當前時間；物聯網信息傳輸模塊通過GPRS[ 4 ]通道與監控中心進行通信；內部鋰電池負責在外部電源斷電后向斷電檢測模塊提供電源，以使其正常工作并完成設備斷電信息的遠程傳輸。

2.2 定位及遠程傳輸

如圖3所示，斷電檢測模塊會外置兩個接口，一個是北斗[ 5，6 ]衛星定位天線接口，一個是物聯網公網網絡接口。定位裝置在收到控制單元的定位要求信號后，接收衛星的定位信號，將獲得的自身位置、時間的信息傳送到物聯網[ 7 ]信息傳輸模塊，通過GPRS通信模塊將設備斷電的相關信息以數據報文的形式經GPRS通道遠程傳輸到監控中心。

目前，大多數基于GPRS網絡應用系統所使用的GPRS模塊不支持TCP/IP協議，要想工作在相同的網絡層面上，其內部傳輸的數據必須都要采用相同的協議，所以除了利用GPRS模塊的功能外，必須模塊中嵌入按TCP/IP和PPP協議標準編寫的程序，從而使終端設備能夠方便的使用GPRS數據分組業務。GPRS模塊登錄GSM網絡，一旦發生異常，模塊自動重新連接鏈路，數據中心和GPRS模塊之間就可通過TCP/IP協議進行通信，實現透明可靠的數據傳輸。

2.3 監控服務端通訊監測程序和多終端狀態監控和故障報警程序研發

研發監控服務器端通訊監測程序，實現物聯網與互聯網的對接；根據采集到的遠程路網設備斷電信息及及北斗定位數據，開發基于WEBGIS的在線監控系統，實現可視化定位監控和故障語音提示。分別研發電腦端和手機端的狀態監控和故障報警程序，實現隨時隨地監測和快速派工維護。電腦端監控程序如圖4所示（僅包括通電狀態監測）。

監控人員收到故障信息后，整合獲得的信息，安排維修人員盡快到達斷電設備地點進行維修。并且將收到的信息保存到監控中心的數據庫中，方便再次查詢相關記錄。也可以作為公路監測設備相關管理人員管理公路監測設備的重要資料，通過分析中心數據庫中的設備斷電記錄，得到是否有公路監測設備斷電多發區域，從而有針對性的到相應區域排查及檢查，確認是否有人為因素的破壞、當地的電力系統或者電纜是否存在問題等，如此，可避免治標不治本的頻繁維修。

3 系統流程

本文提出基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現的流程如下：

斷電檢測模塊安裝具備上網功能的SIM卡，且裝有后備鋰電池，公路監測設備連接斷電檢測模塊，兩者使用的外部供電電源為同一電源；

當公路監測設備突然斷電時，后備鋰電池開始為斷電檢測模塊提供電能，此時斷電檢測模塊的紅色接口無電壓，則立刻產生公路監測設備的斷電信號并觸發北斗衛星定位裝置；

北斗衛星定位裝置接收器接收衛星的定位信號，從而獲得自身的位置、時間信息，并將該信息傳送給物聯網信息傳輸裝置；

物聯網信息傳輸裝置將設備斷電相關信息以數據報文的形式經GPRS通道遠程傳輸到監控中心；

在線監控系統收到設備斷電信息后，安排合適的維修人員到達斷電設備地點，及時的修復斷電的公路監測設備，避免出現長時間的監測盲區，同時監控中心將收到的設備斷電信息保存到中心數據庫中，方便再次查詢相關記錄。

4 結論

綜上所述，通過對現存的公路監測設備斷電故障的分析，提出基于北斗+的公路設備通電狀態遠程監測系統設計與實現。該系統中的斷電檢測模塊在檢測到道路監測設備斷電后，觸發北斗衛星定位與物聯網信息傳輸裝置，獲取設備位置信息后將故障信息遠程傳輸到監控中心，從而使得公路監測設備得到及時有效的修復。該系統將北斗技術與物聯網技術融合，可以提高公路監測設備斷電故障的檢測及修復效率，而且對智能交通的良好發展也有一定的作用。

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