张海涛
摘 要：针对公路监测设备发生断电故障后，不能及时发现和修复的问题，本文提出基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现。首先，当公路监测设备发生断电时，断电检测模块立即检测到该故障；然后触发北斗卫星定位装置获得设备地理位置；接着通过物联网信息传输装置将设备断电的相关信息传输到监控中心；最后，监控人员在得知该处道路监测设备断电后，通知相应的维修人员进行维修。此外，监控中心将收到的信息保存到中心数据库中，以备查询历史记录。此系统用于公路监测设备的日常管理，对设备发生的断电故障进行及时、有效的检测及修复，并实现断电相关信息的远程传输。
关键词：北斗+；断电检测；远程传输；北斗卫星定位；物联网
中图分类号：P631.43 文献标识码：A
随着社会经济的全方位发展，公路监测已成为公路指挥系统中必不可少的一部分，随处可见各种公路监测设备，如视频监控、交调站、车检器和可变情报板等。这些道路监测设备为公路管理人员提供了重要的资料，使得交通管理变得更加的智能，但同时也对路网设备的维护提出了更高的要求。一旦这些设备发生断电故障，远程将监测不到任何数据，它所有的功能也都无法实现。所以及时检测到设备断电故障并将断电信息传输给设备监控中心[ 1 ]，对公路路网设备管理意义重大。目前，公路外场监测设备发生故障后，监测人员也许不能及时发现，或是需花费大量人力物力去排查故障类型。这种方式不仅耗时耗力，还会因设备断电不能及时发现错失一些重要的公路状况监测；或使用一些结构复杂、代价较大的检测设备，这样会加大公路路网的开销。虽然国内外对公路监测设备维护管理有一定的研究积累，但对分布广、数量大、种类多的路网监测设备缺乏有效的通电状态监测和故障诊断的应用研究，其故障设备的定位也未有效使用北斗卫星定位系统。
为解决以上问题，本文提出基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现。
本系统设计如下：
（1）研发断电检测[ 2 ]模块，实现对公路监测设备断电的实时检测；
（2）研发北斗卫星定位集成模块，实现监测点和故障点的准确地理定位；
（3）研发监控服务端通讯监测程序和多终端状态监控和故障报警程序，实现物联网与互联网的对接和及时快速的发现及派工修复断电故障。
1 背景技术
在基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现中，涉及到以下背景技术：
1.1 北斗卫星定位技术
北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立发展的全球卫星导航系统，也是我国第一个全球化的基础设施建设项目。它与美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯并称为全球四大导航系统。北斗卫星导航系统能提供高精度的定位等服务，是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。北斗卫星定位技术的快速发展、技术优势和成熟民用，让使用民族自主知识产权的卫星定位系统服务各类位置应用成为必然趋势。该技术所能提供的定位和时间基准功能，对公路监测设备的日常管理也有很大作用。
1.2 物联网技术
物联网技术的发展，让任意位置任意设备的网络互连与远程传输成为可能。通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术，其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。
2 基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现
本系统的架构设计如图1所示：涉及公路监测设备、断电检测模块、物联网公网网络及监控中心。断电检测模块安装具备上网功能的SIM卡，且装有后备锂电池；公路监测设备连接断电检测模块，两者使用的外部供电电源为同一电源；在公路监测设备突发断电状况时，断电检测模块后备锂电池立即工作为模块提供电源，模块能立刻检测到该断电信号，实现响应突发断电状况的功能；通过北斗卫星定位装置，处理相关定位请求；通过物联网公网网络信息传输装置的GPRS[ 3 ]通信模块将设备断电相关信息以数据报文的形式经GPRS通道远程传输到监控中心；监控中心人员通过道路设备远程监测系统获得设备断电信息，并安排维修人员尽快到达断电设备地点进行维修，监控中心收到的信息要保存到中心数据库中，以备查历史记录。下面详细介绍该系统各模块工作过程。
2.1 断电检测模块
如图2所示，断电检测模块主要由外部电源、控制单元、北斗卫星定位模块、物联网信息传输模块、及内部后备锂电池5个部分组成。
其中，外部电源与公路监测设备的供电电源为同一电源；控制单元是检测公路监测设备是否断电及控制后续操作的部分；北斗卫星定位模块完成对公路监测设备的定位及获得当前时间；物联网信息传输模块通过GPRS[ 4 ]通道与监控中心进行通信；内部锂电池负责在外部电源断电后向断电检测模块提供电源，以使其正常工作并完成设备断电信息的远程传输。
2.2 定位及远程传输
如图3所示，断电检测模块会外置两个接口，一个是北斗[ 5，6 ]卫星定位天线接口，一个是物联网公网网络接口。定位装置在收到控制单元的定位要求信号后，接收卫星的定位信号，将获得的自身位置、时间的信息传送到物联网[ 7 ]信息传输模块，通过GPRS通信模块将设备断电的相关信息以数据报文的形式经GPRS通道远程传输到监控中心。
目前，大多数基于GPRS网络应用系统所使用的GPRS模块不支持TCP/IP协议，要想工作在相同的网络层面上，其内部传输的数据必须都要采用相同的协议，所以除了利用GPRS模块的功能外，必须模块中嵌入按TCP/IP和PPP协议标准编写的程序，从而使终端设备能够方便的使用GPRS数据分组业务。GPRS模块登录GSM网络，一旦发生异常，模块自动重新连接链路，数据中心和GPRS模块之间就可通过TCP/IP协议进行通信，实现透明可靠的数据传输。
2.3 监控服务端通讯监测程序和多终端状态监控和故障报警程序研发
研发监控服务器端通讯监测程序，实现物联网与互联网的对接；根据采集到的远程路网设备断电信息及及北斗定位数据，开发基于WEBGIS的在线监控系统，实现可视化定位监控和故障语音提示。分别研发电脑端和手机端的状态监控和故障报警程序，实现随时随地监测和快速派工维护。电脑端监控程序如图4所示（仅包括通电状态监测）。
监控人员收到故障信息后，整合获得的信息，安排维修人员尽快到达断电设备地点进行维修。并且将收到的信息保存到监控中心的数据库中，方便再次查询相关记录。也可以作为公路监测设备相关管理人员管理公路监测设备的重要资料，通过分析中心数据库中的设备断电记录，得到是否有公路监测设备断电多发区域，从而有针对性的到相应区域排查及检查，确认是否有人为因素的破坏、当地的电力系统或者电缆是否存在问题等，如此，可避免治标不治本的频繁维修。
3 系统流程
本文提出基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现的流程如下：
断电检测模块安装具备上网功能的SIM卡，且装有后备锂电池，公路监测设备连接断电检测模块，两者使用的外部供电电源为同一电源；
当公路监测设备突然断电时，后备锂电池开始为断电检测模块提供电能，此时断电检测模块的红色接口无电压，则立刻产生公路监测设备的断电信号并触发北斗卫星定位装置；
北斗卫星定位装置接收器接收卫星的定位信号，从而获得自身的位置、时间信息，并将该信息传送给物联网信息传输装置；
物联网信息传输装置将设备断电相关信息以数据报文的形式经GPRS通道远程传输到监控中心；
在线监控系统收到设备断电信息后，安排合适的维修人员到达断电设备地点，及时的修复断电的公路监测设备，避免出现长时间的监测盲区，同时监控中心将收到的设备断电信息保存到中心数据库中，方便再次查询相关记录。
4 结论
综上所述，通过对现存的公路监测设备断电故障的分析，提出基于北斗+的公路设备通电状态远程监测系统设计与实现。该系统中的断电检测模块在检测到道路监测设备断电后，触发北斗卫星定位与物联网信息传输装置，获取设备位置信息后将故障信息远程传输到监控中心，从而使得公路监测设备得到及时有效的修复。该系统将北斗技术与物联网技术融合，可以提高公路监测设备断电故障的检测及修复效率，而且对智能交通的良好发展也有一定的作用。
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