謝維軍,張家銘,張鞍豪

(中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100071)

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)稱“萬(wàn)物互聯(lián)”，讓數(shù)據(jù)共享更加容易，簡(jiǎn)化了我們的生活，提高了生活質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)射頻識(shí)別(radio freyueney identificatim，RFID)技術(shù)與場(chǎng)站設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管理，通過(guò)對(duì)場(chǎng)站設(shè)備與智能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與信息互聯(lián)，形成可共享可交換的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行信息的傳遞[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)的組成

物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)層次結(jié)構(gòu)：設(shè)備信息的輸入、通信網(wǎng)絡(luò)、信息的監(jiān)控處理，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

其中設(shè)備信息的輸入層將設(shè)備已知的信息通過(guò)設(shè)備傳感器對(duì)于設(shè)備的基本信息進(jìn)行采集，通信網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)各節(jié)點(diǎn)和RFID識(shí)別器實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，信息的監(jiān)控處理層是對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析融合，也是設(shè)備智能監(jiān)控技術(shù)的核心部件，實(shí)現(xiàn)智能化的應(yīng)用。三個(gè)層次的相互配合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)之間的交流。從各個(gè)層次上看，系統(tǒng)主要包括傳感技術(shù)和識(shí)別技術(shù)，利用了物理的基本知識(shí)完成了設(shè)備信息采集、電磁感應(yīng)、識(shí)別技術(shù)等；網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離低成本、低損耗通信，構(gòu)成了信息交流中心，負(fù)責(zé)傳遞采集和處理的信息；智能監(jiān)控技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層傳來(lái)的信息進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)信息間的監(jiān)控管理[2]。

2 RFID射頻技術(shù)

RFID射頻技術(shù)利用無(wú)線射頻電波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控、識(shí)別、定位，如圖2所示。RFID射頻技術(shù)利用光的反射與電磁波相結(jié)合，徹底解決了遠(yuǎn)距離、超低功耗、高容量的標(biāo)識(shí)物的識(shí)別和追蹤定位難題，具有壽命長(zhǎng)、讀取數(shù)據(jù)大、數(shù)據(jù)可加密、能遠(yuǎn)距離操控等優(yōu)點(diǎn)，還能對(duì)設(shè)備內(nèi)高速移動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別，直接判斷出設(shè)備出現(xiàn)的故障。

圖2 RFID射頻技術(shù)工作過(guò)程

RFID射頻技術(shù)由天線、讀取器和感應(yīng)標(biāo)簽三部分組成，設(shè)備的基本信息運(yùn)用讀取器進(jìn)行圖取，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)讀寫模塊兒將數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，再輸出到射頻模塊通過(guò)天線進(jìn)行能量時(shí)鐘數(shù)據(jù)的輸入至感應(yīng)標(biāo)簽的天線中，在經(jīng)射頻模塊進(jìn)行感應(yīng)輸送到控制模塊，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操控，若感應(yīng)標(biāo)簽接收到讀取器的指令無(wú)法實(shí)行時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，是否在監(jiān)控管理過(guò)程中指令全部送達(dá)，若感應(yīng)標(biāo)簽無(wú)異常的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，將對(duì)設(shè)備操控的信號(hào)進(jìn)行原路返回，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的感應(yīng)過(guò)程[3]，如圖3所示。

圖3 RFID射頻技術(shù)工作原理

3 場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控技術(shù)

3.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

場(chǎng)站是重要能源生產(chǎn)運(yùn)行和存儲(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施，通常建設(shè)于地勢(shì)較為平坦，樹(shù)木稀少遠(yuǎn)離人群密集的地區(qū)。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)達(dá)，總體監(jiān)控容易發(fā)生故障，將場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)劃分為獨(dú)立部分，能夠在小區(qū)域內(nèi)報(bào)警，再將獨(dú)立部分組合在一起，在遇到非法入侵時(shí)形成聯(lián)動(dòng)報(bào)警；也能實(shí)現(xiàn)日常執(zhí)勤巡邏人員相互識(shí)別；避免天氣惡劣或小動(dòng)物闖入造成誤報(bào)。由此基于物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)按其功能結(jié)構(gòu)應(yīng)該分為設(shè)備檢測(cè)平臺(tái)、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)三大部分，如圖4所示。

圖4 場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的功能和需求

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心只能對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，對(duì)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，若設(shè)備發(fā)生故障時(shí)必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過(guò)每個(gè)區(qū)域發(fā)送出來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和控制。除此之外，為了完善遠(yuǎn)程監(jiān)控中心應(yīng)建立防護(hù)安全基地、公共安全、防火預(yù)警等部門，實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)聯(lián)動(dòng)報(bào)警，提高場(chǎng)所設(shè)備檢修效率。

要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)場(chǎng)所檢修平臺(tái)應(yīng)具備以下功能：

(1)聯(lián)動(dòng)報(bào)警:應(yīng)設(shè)立監(jiān)管部門、消防部門、運(yùn)輸?shù)缆方煌ü芾淼葘?shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)報(bào)警平臺(tái)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行應(yīng)急搶修。

(2)設(shè)備監(jiān)控：通過(guò)傳感器感應(yīng)裝置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)每個(gè)區(qū)域都能全能預(yù)警。

(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：每個(gè)區(qū)域都應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠安全地儲(chǔ)存設(shè)備發(fā)出的狀態(tài)數(shù)據(jù)，方便查處異常數(shù)據(jù)的來(lái)源，加快對(duì)設(shè)備安全水平的分析。

(4)應(yīng)急值守：在場(chǎng)所設(shè)備周圍設(shè)置值班室，方便對(duì)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控以及應(yīng)急搶修，確保監(jiān)控功能有序地進(jìn)行。

4 場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控技術(shù)工作過(guò)程

監(jiān)控系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整體控制，形成智能監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主要包括四大功能:

(1)主要對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行采集、對(duì)場(chǎng)所設(shè)備環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制功能。設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備周圍環(huán)境變化、壓強(qiáng)等信息的采集和報(bào)警。

(2)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)物聯(lián)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行精確的記錄，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行速度與穩(wěn)定性進(jìn)行絕對(duì)的平衡分析、提高設(shè)備的運(yùn)行速度利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行更好的操控并優(yōu)化，在單位時(shí)間內(nèi)使功率達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲蠡?，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的流程實(shí)時(shí)圖有數(shù)據(jù)顯示。

(3)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)傳輸功能，將為編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重新量化編碼，考慮設(shè)備所處的環(huán)境與監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)通信連接。

(4)設(shè)備管理子系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控分析并進(jìn)行報(bào)表，通過(guò)傳感器傳輸?shù)撵`敏度、設(shè)備的使用情況，進(jìn)行可視化的數(shù)據(jù)管理，如圖5所示。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)中無(wú)線傳感器結(jié)構(gòu)

場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以計(jì)算機(jī)為核心，安裝狀態(tài)感知系統(tǒng)、存儲(chǔ)模塊、設(shè)備中央處理器系統(tǒng)和分區(qū)域小型中央處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)站設(shè)備智能監(jiān)控。狀態(tài)感知子系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的連接節(jié)點(diǎn)中，主要負(fù)責(zé)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的感知，并將所感知到的數(shù)據(jù)發(fā)送到小型中央處理器系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)數(shù)據(jù)加工整合發(fā)送到中央處理器系統(tǒng)。在狀態(tài)感知子系統(tǒng)中，需要感知設(shè)備所處的環(huán)境(溫度、壓強(qiáng)、濕度)、設(shè)備能否正常工作、設(shè)備是否超負(fù)荷工作；物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臓顟B(tài)信息包括設(shè)備的RFID是否能正常標(biāo)識(shí)、能否測(cè)量出高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備運(yùn)行的速率信息，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈恢眠M(jìn)行實(shí)時(shí)的感知定位。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)設(shè)備的智能監(jiān)控，在小型中央處理器中需要構(gòu)建匯聚節(jié)點(diǎn)，連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備終端，將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行傳送至中央處理器，完成對(duì)小型中央處理器中各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，加快采集和發(fā)送速度，提高機(jī)器的整體運(yùn)行速率。存儲(chǔ)模塊是存儲(chǔ)場(chǎng)站設(shè)備信息重要模塊，包含動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊和靜態(tài)存儲(chǔ)模塊，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模塊與CPU具有相同的時(shí)鐘頻率，通過(guò)人工篩選或機(jī)器自動(dòng)處理對(duì)需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，對(duì)于異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理。靜態(tài)存儲(chǔ)模塊具有數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)、容量大、價(jià)格低、功耗小的特點(diǎn)。當(dāng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，通過(guò)將異常數(shù)據(jù)和靜態(tài)存儲(chǔ)模塊中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，找出異常數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化分為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)備優(yōu)化兩部分，采用遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信與識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)和識(shí)別技術(shù)構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高設(shè)備運(yùn)行速率，增強(qiáng)設(shè)備安全性。