基于NB-IoT的城市井盖监控及管理
时间：2020-10-27 14:27:57 来源：达达文档网 本文已影响 人 
孙郑芬 解迎刚 杨峥 张奥飞
摘 要：针对现在城市井盖管理不善导致交通事故，造成人员伤亡或者财产损失的问题，设计开发一种基于NB-IoT的城市井盖监控及管理系统。为了方便实时查看井盖的状态信息，基于NB-IoT的智能井盖智能监控井盖情况，只要井盖异常打开、翻转或移位，马上报警到管理中心平台及手机APP。管理平台带电子地图，方便管理及檢修维护，通过后台和APP的报警信息能实时观测井盖的情况，并在井盖发生状况后及时进行修复和管理。文中构建的NB-IoT监控系统将GPRS无线远程通信技术、传感器、物联网网关、无线数据传输、Web集中控制平台、APP移动客户端和终端监测设备等技术相结合，智能监控井盖的信息，实现了集中、实时的智慧监管目的，对城市管理井盖具有一定的指导意义，为各大城市缓解城市井盖管理压力，提高城市井盖管理效率起到了非常积极的作用。
关键词：NB-IoT;智能井盖;GPRS;终端监测设备;APP;电子地图
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）04-0-03
0 引 言
现在中国多数城市路面井盖沉降、破损、缺失等问题仍较常见，既影响市容又形成安全隐患。一些地方由于井盖与路面高度差较大或井盖残破、缺损、侧翻等原因，造成车辆损坏、交通事故等问题。还有一些“问题井盖”威胁人民安全：井盖横在盲道中，成为“绊脚石”;有些井盖在自行车绿道上，破损严重，影响交通;还有人行道上的井盖，已破损塌陷成坑，大人孩子稍有不慎就可能跌落，危及生命。同时井盖数量多、布局分散、环境复杂、种类多样、质量监管等困难，导致管理效率低下。还有就是城市内涝问题，下雨天雨水过大时，若下水道垃圾过多，造成堵塞，就会导致泄洪能力不足或者井盖上浮，危害行人健康。
要解决这些问题，除了加强管理外，还需要技术方法的创新，因此本文将物联网智能技术应用到井盖上，将计算机和智能手机与智能井盖联系起来。带有芯片的智能井盖采集井盖的信息，通过基站将其传到指定的服务器上，城市管理人员使用计算机登录服务器，找到属于自己的设备，通过验证后即可查看上报的数据。比如井盖是否异常移动、浸水等，在井盖发生报警后及时确定井盖位置，并派修理人员前往修缮和管理。还可以利用手机扫描二维码绑定设备，可以在小程序中找到自己的设备，实现手机远程监测，让城市井盖管理更加方便和轻松。这套系统使城市管理通过对井盖的监测、及时修缮和管理，使城市井盖管理更加规整，整洁城市环境，方便城市居民。
带有芯片的智能井盖除了实时报警，还可以通过信息大数据分析，帮助提高日常维护管理效率。比如，通过报警次数，工作人员巡查力度可以作出合理分配，不需要平均用力。对于报警次数多的井盖，还可分析报警原因，以便采取针对性的措施。同时，报警信息可根据打开的角度判断是否需要及时处置，系统显示井盖打开夹角在10°～15°之间，判断为汽车碾压所致，虽然无需及时处置，但是却表明此处井盖固定不严，需要改建;若夹角超过15°，则证明井盖被搬开，需要立即处理。
基于NB-IoT的城市井盖监控及管理系统能够随时让城市管理人员了解到井盖的相应信息，工作人员可以通过手机二维码查询系统实时查询每一个井盖的变动情况和信息。
1 系统设计
基于NB-IoT智能井盖原理图如图1所示。智能井盖应用流程如图2所示。
2 NB-IoT技术及智能井盖的信息传输
基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）有很多优势。
（1）大连接。一个基站就能支持数十万的连接，而且适合的场景比较多。城市井盖错落分布，没有规律，且数量大，NB-IoT网络大连接可以连接整个城市的井盖。
（2）广覆盖。在地下室、地下通道、铸铁井盖等信号难以到达的地方都能全方位覆盖。井盖的分布一般都是没有固定位置的，有时还会被其他东西覆盖，或者居于信号难以到达的地方，NB-IoT解决了这一问题。
（3）低功耗。NB-IoT设备功耗小，持续使用时间能够提升到几年。这样便于投入使用，井盖可以几年更换一次，大大降低了投入成本。
（4）低成本。NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。在城市井盖数量大的前提下，低成本使得该方案易于实现。
NB-IoT通信如图3所示。
3 系统具体实现
本系统的功能如下：
（1）带有芯片的“智能井盖”采集井盖的信息，通过基站将其传到指定的服务器上，工作人员可以通过管理平台监控城市井盖的变动情况。智能井盖检测系统示意图如图4所示。环境监控中心大屏显示示意图如图5所示。
（2）井盖管理工作人员在工作日可以通过监测平台监视井盖的变动情况，通过检测平台监测井盖报警情况，确定井盖报警位置，对井盖情况做出分析。若判断出井盖损坏，溢水或者其他需要修缮的情况，就需要派工作人员前往查看并进行维护。
（3）在工作日，工作人员可以在线观测井盖情况;如果节假日没有人观测，可通过手机APP端观测井盖情况。
（4）用户通过登录，将手机设备连入平台，即可进入智能井盖检测系统，选择好后显示检测界面，就能观测井盖的情况。同时城市工作人员还可以利用小程序登录系统，也能得到同样的结果。
进入设备界面如图6所示，每个井盖各参数折线如图7所示，所有报警次数柱状图如图8所示。
4 结 语
本文以NB-IoT以及物联网技术为基础设计智能井盖，通过传感器和芯片实现对井盖情况信息的采集，再通过NB-IoT将所得数据上传到服务器，实现了智能井盖的数字化、可控化、流程化。城市管理工作人员通过手机或后台平台实时监测井盖的状况，并能及时对井盖进行管理，节约了大量的时间和精力。本系统实现了对井盖的监测、收集、处理，集成化程度高，与世界智能化趋势相吻合，对城市井盖技术升级有着正面的意义;同时，减少了人力物力的消耗，一定程度上节省了经济成本，使城市管理更加轻松;通过对井盖的监测，及时修缮和管理，使城市井盖管理更加规范，使城市环境更加整洁，方便城市居民的生活。
注：本文通讯作者为解迎刚。
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作者简介：孙郑芬（1996-），女，本科，研究领域为物联网技术。
解迎刚（1978—），男，博士，副教授，主要研究领域为物联网应用及智能数据处理技术。
