基于NB物联网传输的井盖智能监测管理系统解决方案

基于 NB 物联网传输的井盖智能监测管理系统解决方案 1. 系统概述 1.1. 项目背景 早在 2013 年 4 月，住建部就颁发了“关于进一步加强城市窨井盖安全管理的通知”，要求包 括城市供水、排水、燃气、热力、房产（物业）、电力、电信、广播电视等部门，实行井盖的 数字化管理，实现社会资源有效的监管，确保人民群众人身安全。 随着城市化进程的进一步加快，市政公用设施建设发展迅速。市政、电力、通信等部门有大 量市政设备、资产需要管理。其中井盖成为了不可忽视的一项。大量在外井盖由于缺乏有效的 实时监控管理手段，给不法分子提供了可乘之机，移动、偷盗井盖等违法行为时有发生，同时， 破损、损坏、丢失的井盖也因无法及时获知而得不到及时修复，这样不仅影响了相关设备的正 常工作，造成巨大的直接或间接经济损失，而且丢失井盖的井口也会对道路上的车辆、行人造 成极大的危害，对社会安定、安全造成了极大负面影响。 同时，对于三大运营商来说，宽带资源是及其重要的战略性资源，但是由于监管难度大等各 方面的原因，导致宽带资源流失极其严重，各种其他小公司的串线情况屡禁不止。导致市场份 额增长逐年降低，甚至某些地区出现了负增长的情况。 虽然井盖的管理需求是非常明确的，但是，由于城市井盖数量庞大，管理部门即使是安排维 护人员加强巡视，也无法完全保障井盖安全，无法实时有效的获得设备的信息，面对异常情况 无法实现实时监控和快速高效的管理。为更好地保障公共设施安全，保护井下主要资源，迫切 需要采用新技术、新模式加强针对井盖的安全的管理。 1.2. 井盖管理模式变迁过程 井盖管理模式从最初的没有任何防盗功能的普通井盖发展到利用技术手段对井盖进行防盗的 防盗井盖。 在 2009 年左右开始出现了城管通的管理模式，即通过在井盖上安装无源 RFID 标签，城管 人员定时去现场，通过手持掌机去读井盖信息来发现井盖有无缺失。随着物联网技术的飞速发 展，井盖管理将进入第四阶段，即通过物联网技术在控制中心实现对井盖的实时管理。管理模 式的变迁过程下图所示 1.3. 建设思路 基于上述井盖管理所存在的问题和挑战，结合井盖管理模式的发展变迁趋势，创新性地提出 了新一代“ 智能井盖监控管理系统”，使每一个井盖都具有智慧的大脑，成为 “智慧井盖” 。 系统采用公司专利无源传感器技术、GIS 导航技术、计算机网络技术及其他无线通信技术等 物联网相关技术，实现城市井盖和事件管理的智慧化、网络化和空间可视化，创新井盖管理新 模式，完善井盖管理流程，建立一套科学完善的监督评价体系，并实现现有相关资源的共享， 提高城市综合管理的效率和水平。该系统是多项技术结合的产物，超越了老式的“防盗井盖”、 “城管通”等管理方式，真正意义上实现了井盖的智能化管理。 2. 设计需求分析 2.1. 需求分析 随着物联网的发展，基于 NB 物联网传输的井盖监测系统即将得到广泛的应用。 2.2. 设计原则 本项目建设必须针对用户实际业务需求，建立起一个先进、实用的系统。同时尽量节约用户 投资，保证近、远期的工程成本优化。因此在进行本系统建设时，我们将遵循以下原则 2.2.1. 先进性与实用性相结合原则 本次方案推荐的系统充分了利用现今主流的尖端科技水平和设计思想，利用当今最先进的物 联网技术，结合其他成熟的技术成果，具有较高水平，能保持若干年不落后，同时兼顾技术的 发展趋势。 2.2.2. 安全性和可靠性原则 系统在设计和建设时，操作系统、软件系统等各个方面都考虑了安全措施的完善。对硬件设 备、软件权限都有相应的保护措施。并结合系统日志，对系统每一步操作进行了有效性和安全 性检验，可做到回溯查询。 持续、稳定、高效正常运作是整个系统正常工作的基础。系统外场设备工作在野外，且环境 恶劣，高温、湿度大、甚至水浸，都是对系统设备的巨大考验。因此，系统必须具有高可靠性 的软硬件配置，满足 24 小时不间断在恶劣的户外环境工作的要求。 2.2.3. 开放性与可扩展性原则 系统提供原始数据，采用开放性的通讯协议和数据结构，当功能扩充时和数据应用系统升级 时系统可以方便地扩展。系统的关键模块都保持相对的独立性和灵活性，单个模块扩充时对其 他模块的影响减到最小。系统在存储量和处理速度方面充分考虑未来覆盖规模扩展和用户需求 容量，做到用户近远期利益整体优化，保证系统可以在一定时期内方便扩展。 2.2.4. 可维护性 系统设计要能够满足用户不断变化的实际需求和规模要求，保证用户方便维护并尽量减少维 护工作量。一方面系统采取模块化的硬件结构，具有快速修复的能力，另一方面建立相应的系 统管理和维护机制，保障系统的正常运行。 3. 系统设计方案 3.1. 系统工作原理 智能井盖监控管理系统是北京昊迪伟业科技发展有限公司基于公安、安监、市政管理等相关 部门对市政井盖管理的需求，实现对井盖进行信息化、智能化管理。系统采用无源倾角传感器 技术、GIS 导航技术、计算机网络技术及其他无线通信技术等物联网相关技术，实现城市井盖 和事件管理的智慧化、网络化和空间可视化，创新井盖管理新模式，完善井盖管理流程，建立 一套科学完善的监督评价体系，并实现现有相关资源的共享，提高城市综合管理的效率和水平。 1、当井盖被打开 10-15或者井盖产生平移时发出探测信号； 2、探测信号通过 NB-iot 物联网传输，直接将信号传输到运营商平台，转发到接警中心管理平 台； 3、运维系统进行大数据分析，确认警情后，将该井盖的位置和相关信息在平台软件弹出，平 台接警人员确认警情后将报警井盖的位置信息发送至运维管理人员手机 APP 端； 4、运维管理人员在接收到手机 APP 预警信息后，通过定位导航赶至现场查看，将处理情况通 过手机 APP 反馈至中心机房，运维中心管理员作出相应处理； 5、井盖无线发射模块将定时向中心发送状态信号，包括电量信号，平台系统后台会记录分析所 以井盖反馈回来的状态信号，根据信号的反馈情况判断井盖的设备的工作状态，如果发现异常， 立刻弹出提醒或报警信号，并可以对井盖的状态类别进行统计报表。 3.2. 系统组网图 在井盖部署过程中，我们通过定位系统对井盖部署的位置进行精确的经纬度定位，使得井盖 位置清晰直观，方便我们后期的运维管理。当我们的井盖异常打开时，传感器通过 CDMA、GPRS 或基站等方式上传到我们的后台井盖监控子系统，并且发送一条告警信息给相 关运维人员的 app，再由运维人员进行现场查看，确认告警信息后进行相应的维护，通过手机 app 上传维护内容，进行后台保存，方便溯流求源。 3.3. 系统拓扑图 3.4. 产品硬件介绍 3.4.1. 产品多样性 根据我公司长期以来对井内环境和施工过程的经验总结，设计了多款不同外形不同原理的智 能井盖传感器产品，可以满足不同环境不同需求的项目实施。并且可以针对项目中的井盖进行 定制传感器，以达到最好实施及管理效果。根据不同的告警原理分为以下几种。 3.4.1.1. 无源倾斜角传感器 告警原理当井盖被打开（产生 15以上倾角）以及发生位移 能及时发送报警信息至平台和责 任人手机 APP。 3.4.1.2. 带有井内积水探测功能 告警原理安装部署完成后，发射模块下挂一个积水探测模块，当积水量超过探测高度是探测 模块自动发出告警信号给主机，主机通过网络传输到中心平台，及时发送报警信息至平台和责 任人手机 APP 3.4.2. 硬件产品功能及优势 外观设计专业的外观设计，符合井下结构的安装，有效的防止各种外因导致的设备损坏。 便于安装，不会破坏井盖的表面 ，极大的减少施工和维修的工作量。 实施安装安装过程简单，要做好周围施工安全防护，打开井盖通风几分钟，在井壁将发 射模块盒用螺丝固定好，将探测模块吸附在井盖的下面中心位置即可，注意交通安全。 防水设计防水等级达到 IP67。 通讯模式可支持 LORA、NB-iot 等通讯模式，针对不同情况提供各类解决方案。 电子标签发射模块具有唯一识别码，可记录井盖的生产商、安装施工单位、安装时间、 编码、业主单位、监管单位、维修保养记录、二维码标签等信息，方便运维管理。 信号二次确认功能，保证每次出发发送的信号经过主机反馈信号的确认，如果没有收到主 机的确认信号，发射模块会进行下一次发送，直到收到主机确认后停止发射，有效的防止 在发送过程中的信号丢失。 设备状态检测 24 小时状态运行监测，每 24 小时自动向中心发送状态信号，包含电池 电量信号，电量低于标准时会发送告警信号。 低功耗设计采用聚合物电池寿命可达 5-8 年以及低功耗设计，设备在平时处于深度休 眠状态，每天定时唤醒发送一条心跳数据。电池保守估计可使用 5 年以上。 优化天线设计优化了天线设计以及信号传输功率，可以保证在球墨铸铁井盖下信号可完 美传出，与转发主机接收距离空旷可达 500-1000 米。 3.5. 产品软件介绍 3.5.1. Web 平台端功能介绍 设备状态监测设备后台能 24 小时监测并展示前端设备的状态信息，当前端设备检测到 的状态值超过预设阈值时提示预警信息并上报至中心平台。同时设备具有本公司研发的的 心跳功能，能每 24 小时上报一次状态信息至后台，包括电池电量信息、设备信号强度。由 此来判断设备的运行情况是否正常。 施工授权在实际运维过程中，会出现员工施工时智能井盖传感器误报，针对这一现象， 我们可以通过后台进行授权处理，对授权施工的井盖不进行报警，但是会产生一条施工记 录，方便记录施工情况及以后数据查询，更好的管理我们的井盖。 远程监控系统后台能实时监测到全城各网点的状态信息，并对数据异常的点位通过 PC 弹窗或者手机 APP 信息的进行告警提醒。 GIS 地图系统支持以 GIS 地图的形式呈现设备网点的信息，并以不同颜色显示数据异 常点位。地图支持按设备类型、设备状态、设备基本信息等选项过滤筛选，同时还能支持 地图略缩图、放大、缩小和平移操作。 告警处理系统会实时监测设备安装网点的异常数据信息（井盖异常开启、设备信息丢失、 电压过低等），并对数据异常情况及时产生告警信息，并将信息通过 PC 弹窗、手机 APP、短信等方式至相应的责任人。 告警技术指标如下表所示 系统数据分析通过系统所采集到的信息，后台还能做大数据分析处理，能根据客户需求针对 性开发数据分析系统。例如可以分析某区域某时段的地下管道水位高低情况，生成曲线图，用 于调查分析研判。权限管理系统能对不同的用户及用户组进行定义以及权限分配与监管， 还能创建或者删除用户及用户组。用户数量不做限制。 3.5.2. APP 端功能介绍 本系统 APP 支持 android、IOS 终端，同时还支持 WEB 后台管理。主要应用于设备的安装登 记、告警信息的跟单处理、设备网点地理位置展示及导航追踪。 主要实现功能有 设备报装设备网点安装时的点位上报登记工作，施工人员在某一点位安装完设备后可以 通过手机 APP 上传点位的地理位置（ GPS 定位）、设备安装信息、井盖所属单位等基本 信息。 点位状态展示对设备网点进行数据状态、地理位置、所属单位等基本信息进行展示，界 面如下图所示 告警追踪APP 能根据 WEB 后台所产生的告警信息，生成告警通知单，并可以用文字、 照片形式将现产生告警场情况上报至后台。 精确导航APP 同时具备点位定位及导航功能，并在进距离时提供短距离精确定位，降 低巡防人员的搜索难度。  通知单的具体形式如下所示