一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括井蓋監(jiān)測終端、區(qū)域控制終端、輔助管理終端和監(jiān)控管理中心，所述井蓋監(jiān)測終端利用多傳感器實時協(xié)同監(jiān)測井蓋狀態(tài)；所述區(qū)域控制終端與井蓋監(jiān)測終端傳輸組網(wǎng)，并與監(jiān)控管理中心實現(xiàn)通聯(lián)，用于實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)；所述監(jiān)控管理中心是分布式分區(qū)管理、創(chuàng)儲和維護(hù)中心，用于實現(xiàn)就近聯(lián)動維護(hù)從而提高響應(yīng)處理時效性；所述輔助管理終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述區(qū)域控制終端相連，用于實現(xiàn)在對道路進(jìn)行正常施工或檢修時的智能布防與撤防操作從而防止偽警。本發(fā)明可靠性高、基建投入少、運(yùn)維便捷。
【專利說明】一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及公共安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 窨井蓋因被盜等原因丟失、損壞，將成為公共安全的巨大隱患，對行人、車輛的安 全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。各地因窨井吞人導(dǎo)致人員傷亡的事件頻頻見諸報端。因此，為保障人員 以及公共設(shè)施安全，迫切需要加強(qiáng)針對城市道路檢查井窨井蓋的管理。
[0003] 然而，由于城市窨井蓋數(shù)量龐大，管理主體眾多，產(chǎn)權(quán)關(guān)系復(fù)雜，使得道路窨井蓋 安全管理與維護(hù)成為城市管理的一大難題。目前，主要依靠人工巡查方式對窨井蓋進(jìn)行排 查、事后維護(hù)，效率低，增加了管理難度，難以及時處置好突發(fā)事件。
[0004] 若要解決窨井蓋實時監(jiān)測面臨的問題，必須采用成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對窨井 蓋的在線實時監(jiān)測，對異常事件進(jìn)行及時報警，警情實時上報至管理平臺，便于管理部門實 時監(jiān)控窨井蓋狀況，并對異常事件進(jìn)行迅速處置，通過建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的道路窨井蓋 實時監(jiān)測系統(tǒng)，可大大提升窨井蓋安全管理水平，提高管理效率，有助于實現(xiàn)智能化的城市 管理，對于構(gòu)建和諧、平安的智慧城市起有效的支撐作用。
[0005] 當(dāng)前，公開報道的窨井蓋監(jiān)測系統(tǒng)主要有：一：井蓋監(jiān)測終端采用GPRS/3G等公 共網(wǎng)絡(luò)，但是每個井蓋都要配置SIM卡，投入大，運(yùn)營流量費(fèi)用高；二：井蓋監(jiān)測終端采用 Zigbee等短距離互聯(lián)套片實現(xiàn)，通視距離一般只有百米左右，而且金屬井蓋對井蓋下的通 信模塊有較大屏蔽作用，導(dǎo)致傳輸距離更近，需要大量的上級區(qū)域控制終端，市政基建投入 巨大。同時，井蓋監(jiān)測終端大多只通過物理傳感器監(jiān)測井蓋狀態(tài)，功耗高，運(yùn)維工作量大，成 本尚。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，可靠性高、基 建投入少、運(yùn)維便捷。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系 統(tǒng)，包括井蓋監(jiān)測終端、區(qū)域控制終端、輔助管理終端和監(jiān)控管理中心，所述井蓋監(jiān)測終端 利用多傳感器實時協(xié)同監(jiān)測井蓋狀態(tài)；所述區(qū)域控制終端與井蓋監(jiān)測終端傳輸組網(wǎng)，并與 監(jiān)控管理中心實現(xiàn)通聯(lián)，用于實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)和 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)；所述監(jiān)控管理中心是分布式分區(qū)管理、創(chuàng)儲和維護(hù)中心，用于實現(xiàn)就近聯(lián)動維護(hù) 從而提高響應(yīng)處理時效性；所述輔助管理終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述區(qū)域控制終端相連，用 于實現(xiàn)在對道路進(jìn)行正常施工或檢修時的智能布防與撤防操作從而防止偽警。
[0008] 所述井蓋監(jiān)測終端通過機(jī)械傳感器進(jìn)行零功耗值守，一旦發(fā)現(xiàn)異常，啟動物理傳 感器進(jìn)行協(xié)同處理，從而在確保情報準(zhǔn)確性的同時降低終端值守功耗、延長工作時間以及 降低維護(hù)成本。
[0009] 所述區(qū)域控制終端采用混合組網(wǎng)的模式實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融 合處理、警情分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。
[0010] 所述井蓋監(jiān)測終端采用寬帶擴(kuò)頻通信體制進(jìn)行信息上報，工作于公用頻段實現(xiàn)信 號隱蔽傳輸從而提高信號的抗干擾能力，并保證傳輸距離。
[0011] 所述區(qū)域控制終端與井蓋監(jiān)測終端采用寬帶擴(kuò)頻通信體制進(jìn)行通信，利用公共蜂 窩網(wǎng)絡(luò)或有線調(diào)制模塊實現(xiàn)與監(jiān)控管理中心的通聯(lián)，使得區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量大覆蓋上百個井蓋 監(jiān)控終端。
[0012] 所述道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用SD-TD-CSMA混合MAC協(xié)議使得網(wǎng)絡(luò)容 量得到增加以及提高運(yùn)行的可靠性，并采用閉環(huán)確認(rèn)重傳機(jī)制確保警情可靠上報。
[0013] 所述井蓋監(jiān)測終端的發(fā)射方式為按時隙發(fā)射方式、采用動態(tài)預(yù)約分配模式的發(fā)射 方式或采用突出避讓機(jī)制的發(fā)射方式，從而減少能耗和互擾。
[0014] 有益效果
[0015] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果：本發(fā)明利用多傳感器實時協(xié)同監(jiān)測井蓋狀態(tài)，提高實時監(jiān)測的可靠性、準(zhǔn)確性，減少虛 警、漏警發(fā)生；建立智能布放撤防機(jī)制，減少偽警發(fā)生；采用混合組網(wǎng)模式，寬帶擴(kuò)頻通信 方式實現(xiàn)區(qū)域信息上報，信號隱蔽傳輸、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)，解決大范圍布設(shè)問題， 利用公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)或有線調(diào)制模塊實現(xiàn)與后端的通聯(lián)，提高網(wǎng)絡(luò)容量，降低建設(shè)運(yùn)營維護(hù) 成本；系統(tǒng)采用SD-TD-CSM混合MAC協(xié)議設(shè)計，區(qū)域設(shè)備嚴(yán)格按照時隙調(diào)度工作，減少能 耗、互擾，并采用閉環(huán)確認(rèn)重傳機(jī)制，確保警情可靠上報；同時通過網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層 的跨層智能優(yōu)化策略，有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒性、抗毀性、抗干擾及生存周期。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)工作流程示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)。該道路窨井蓋實時監(jiān)測 系統(tǒng)至少包括：井蓋監(jiān)測終端、區(qū)域控制終端、監(jiān)控管理中心及輔助管理終端等。
[0020] 井蓋監(jiān)測終端的主要功能是利用多種傳感器監(jiān)測井蓋狀態(tài)，利用處理控制模塊實 現(xiàn)終端狀態(tài)管理（休眠、喚醒、值守等），利用傳輸模塊實現(xiàn)信息的上下行傳輸，提高實時監(jiān) 測的可靠性、準(zhǔn)確性，減少虛警、漏警發(fā)生。井蓋監(jiān)測終端還通過機(jī)械傳感器進(jìn)行零功耗值 守，一旦發(fā)現(xiàn)異常，啟動物理傳感器進(jìn)行協(xié)同處理，在確保情報精確性的同時，盡可能降低 終端值守功耗，延長工作時間，降低維護(hù)成本。井蓋監(jiān)測終端采用寬帶擴(kuò)頻通信方式進(jìn)行信 息上報，工作于公用頻段，信號隱蔽傳輸、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)。
[0021] 區(qū)域控制終端的主要功能是利用專用傳輸模塊與井蓋監(jiān)測終端傳輸組網(wǎng)，利用公 共無線模塊或有線調(diào)制模塊實現(xiàn)與后端監(jiān)控管理中心的通聯(lián)，利用處理控制模塊實現(xiàn)區(qū)域 內(nèi)終端信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。區(qū)域控制終端采用多種傳輸手段的混 合組網(wǎng)模式，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等功 能。區(qū)域控制終端與井蓋監(jiān)測終端采用寬帶擴(kuò)頻通信體制進(jìn)行通信，利用公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)或 有線調(diào)制模塊實現(xiàn)與后端的通聯(lián)，提高網(wǎng)絡(luò)容量，可覆蓋區(qū)域內(nèi)上百井蓋終端，降低運(yùn)營維 護(hù)成本。
[0022] 輔助管理終端的主要功能是實現(xiàn)在對道路檢查井進(jìn)行正常施工或檢修時用于完 成對井蓋監(jiān)測終端的布防與撤防操作，從而建立布放撤防機(jī)制，實現(xiàn)智能撤防功能，減少偽 警發(fā)生。
[0023] 監(jiān)控管理中心是分布式分區(qū)管理、創(chuàng)儲和維護(hù)中心，實現(xiàn)就近聯(lián)動維護(hù)，提高響應(yīng) 處理時效性，具有信息匯聚、信息顯示、地圖標(biāo)注、信息分發(fā)、信息查詢、布防/撤防等功能。
[0024] 該系統(tǒng)采用分層設(shè)計、區(qū)域管理、集中處理機(jī)制，充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，減少成 本投入，降低市政施工維護(hù)難度。井蓋監(jiān)測終端是利用多種傳感器實時監(jiān)測井蓋狀態(tài)；區(qū)域 控制終端實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等；監(jiān)控 管理中心分布式分區(qū)管理、創(chuàng)儲和維護(hù)中心，實現(xiàn)就近聯(lián)動維護(hù)，提高響應(yīng)處理時效性；輔 助管理終端實現(xiàn)在對道路檢查井進(jìn)行正常施工或檢修時的智能布防與撤防操作。該系統(tǒng)的 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用SD-TD-CSM混合MAC協(xié)議，增加系統(tǒng)容量、可靠性，采用閉環(huán)確認(rèn)重傳機(jī)制， 確保警情可靠上報。系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)終端設(shè)備（井蓋監(jiān)測終端）嚴(yán)格按照時隙調(diào)度工作，發(fā)射方 式包括按時隙發(fā)射及采用動態(tài)預(yù)約分配模式或采用突出避讓機(jī)制來發(fā)射，減少能耗、互擾。
[0025] 系統(tǒng)組網(wǎng)工作流程如圖2所示。在沒有發(fā)生窨井蓋非法開啟事件時，井蓋監(jiān)測終 端僅機(jī)械傳感器處在值守模式，微控制器（MCU)處于休眠模式、無線傳輸模塊、物理傳感器 及其他處理控制模塊均處于關(guān)閉狀態(tài)，終端功耗極低。當(dāng)井蓋被非法開啟時，井蓋監(jiān)測終端 中的機(jī)械傳感器監(jiān)測到該開啟事件，進(jìn)而通過觸發(fā)中斷喚醒MCU及物理傳感器，由MCU讀取 傳感器數(shù)據(jù)，并對多種傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的融合處理后，將報警數(shù)據(jù)和預(yù)先存儲 的井蓋編碼數(shù)據(jù)通過專用傳輸模塊無線發(fā)送至區(qū)域控制終端。區(qū)域控制終端對接收到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行信息匯聚與融合處理后，將報警信息通過公共通信網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控管理 中心，監(jiān)控管理中心對報警信息進(jìn)行處理，并即時將報警信息發(fā)送給井蓋權(quán)屬單位責(zé)任人， 進(jìn)而可以由管理人員直接聯(lián)系現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)人員，盡快對警情進(jìn)行處置，避免安全事故的發(fā)生。 警情得到處置后，系統(tǒng)生成警情處理報告并保存至數(shù)據(jù)庫，以便事后查詢。
[0026] 系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計要點說明如下：
[0027] 令區(qū)域控制終端的超幀周期為L秒，工作時隙為N秒，空分復(fù)用因子為M，則L = N*M ;
[0028] 今區(qū)域控制終端預(yù)設(shè)信標(biāo)幀、下行確認(rèn)幀的發(fā)射時隙，對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的井蓋監(jiān)控終 端為偵聽或休眠時隙；
[0029] 今區(qū)域控制終端除預(yù)設(shè)的發(fā)射時隙，其余均為偵聽時隙，確保井蓋上報的信息及 時可靠收到；
[0030] 今區(qū)域監(jiān)控終端接收到報警后，判斷是否有布防，若無，則將信息加上時間戳后上 報上級中心；
[0031] 今井蓋監(jiān)控終端入網(wǎng)后，其對應(yīng)的信標(biāo)幀的時隙轉(zhuǎn)為休眠態(tài)，或若干超幀周期啟 動一次偵聽，以便節(jié)省能耗；
[0032] 今井蓋監(jiān)控終端有數(shù)據(jù)上報時，其對應(yīng)上級設(shè)備的下行確認(rèn)幀的時隙為偵聽?wèi)B(tài)， 否則為休眠態(tài)；
[0033] ?因井蓋監(jiān)控終端上報頻率較低，將超幀周期內(nèi)剩余時隙均分為若干發(fā)射時隙， 供所有井蓋監(jiān)控終端共享；
[0034] 今井蓋監(jiān)控終端按照一定機(jī)制分配一個發(fā)生時隙，并通過上級設(shè)備的確認(rèn)幀和重 傳機(jī)制，確?？煽可蠄蟆?br> [0035] 為簡化圖示，圖2中未示出全部井蓋監(jiān)測終端、區(qū)域控制終端、監(jiān)控管理中心及輔 助管理終端，在此予以說明。
[0036] 綜上所述，本發(fā)明的道路窨井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)利用多傳感器實時協(xié)同監(jiān)測井蓋狀 態(tài)，提高實時監(jiān)測的可靠性、準(zhǔn)確性，減少虛警、漏警發(fā)生；建立智能布放撤防機(jī)制，減少偽 警發(fā)生；采用混合組網(wǎng)模式，寬帶擴(kuò)頻通信方式實現(xiàn)區(qū)域信息上報，信號隱蔽傳輸、抗干擾 能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)，解決大范圍布設(shè)問題，利用公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)或有線調(diào)制模塊實現(xiàn)與后端 的通聯(lián)，提高網(wǎng)絡(luò)容量，降低建設(shè)運(yùn)營維護(hù)成本；系統(tǒng)采用SD-TD-CSM混合MAC協(xié)議設(shè)計， 區(qū)域設(shè)備嚴(yán)格按照時隙調(diào)度工作，減少能耗、互擾，并采用閉環(huán)確認(rèn)重傳機(jī)制，確保警情可 靠上報；同時通過網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層的跨層智能優(yōu)化策略，有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的魯棒 性、抗毀性、抗干擾及生存周期。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具有高 度實用價值，并經(jīng)大量長期的理論研宄和仿真驗證了上述協(xié)議的有效性。
【權(quán)利要求】
1. 一種道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括井蓋監(jiān)測終端、區(qū)域控制終端、輔助管理終端和 監(jiān)控管理中屯、，其特征在于，所述井蓋監(jiān)測終端利用多傳感器實時協(xié)同監(jiān)測井蓋狀態(tài)；所述 區(qū)域控制終端與井蓋監(jiān)測終端傳輸組網(wǎng)，并與監(jiān)控管理中屯、實現(xiàn)通聯(lián)，用于實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井 蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)；所述監(jiān)控管理中屯、是分布式分區(qū) 管理、創(chuàng)儲和維護(hù)中屯、，用于實現(xiàn)就近聯(lián)動維護(hù)從而提高響應(yīng)處理時效性；所述輔助管理終 端通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述區(qū)域控制終端相連，用于實現(xiàn)在對道路進(jìn)行正常施工或檢修時的智 能布防與撤防操作從而防止偽警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述井蓋監(jiān)測終端 通過機(jī)械傳感器進(jìn)行零功耗值守，一旦發(fā)現(xiàn)異常，啟動物理傳感器進(jìn)行協(xié)同處理，從而在確 保情報準(zhǔn)確性的同時降低終端值守功耗、延長工作時間W及降低維護(hù)成本。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域控制終端 采用混合組網(wǎng)的模式實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)井蓋監(jiān)測終端的信息匯聚、融合處理、警情分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)維 護(hù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述井蓋監(jiān)測終端 采用寬帶擴(kuò)頻通信體制進(jìn)行信息上報，工作于公用頻段實現(xiàn)信號隱蔽傳輸從而提高信號的 抗干擾能力，并保證傳輸距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域控制終端 與井蓋監(jiān)測終端采用寬帶擴(kuò)頻通信體制進(jìn)行通信，利用公共蜂窩網(wǎng)絡(luò)或有線調(diào)制模塊實現(xiàn) 與監(jiān)控管理中屯、的通聯(lián)，使得區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量大覆蓋上百個井蓋監(jiān)控終端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述道路誓井蓋實 時監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用SD-TD-CSMA混合MAC協(xié)議使得網(wǎng)絡(luò)容量得到增加W及提高運(yùn)行的 可靠性，并采用閉環(huán)確認(rèn)重傳機(jī)制確保警情可靠上報。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的道路誓井蓋實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述井蓋監(jiān)測終端 的發(fā)射方式為按時隙發(fā)射方式、采用動態(tài)預(yù)約分配模式的發(fā)射方式或采用突出避讓機(jī)制的 發(fā)射方式，從而減少能耗和互擾。
【文檔編號】G08B25/00GK104464221SQ201410647397
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】邱云周, 李令, 張力, 李鳳榮, 王康如, 王冠營, 何為 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所