專利名稱：基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種溫度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于測(cè)量高速公路或城市道路中橋梁路面各點(diǎn)的溫度，主要用于橋梁冬季結(jié)冰預(yù)警。
背景技術(shù)：
我國(guó)高速公路和城市公路上由自然災(zāi)害中引起的交通事故，以路面結(jié)冰路滑引發(fā)的事故為突出。每年冬季和早春季節(jié)，全國(guó)南北各地由于冰凍引發(fā)的道路交通事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。其中，特別在橋梁路面，由于僅依靠鋼結(jié)構(gòu)支撐，而沒(méi)有普通路面的土基層保暖效果，因此在同一時(shí)刻，橋面的溫度往往要低于相鄰普通路面的溫度。并且橋梁的位置往往處于交通樞紐或干道上，其上運(yùn)行的車輛流量密集、車速快，若出現(xiàn)冰凍引發(fā)的安全事故，很有可能造成大面積擁堵甚至引發(fā)交通管制，繼而嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于橋面溫度檢測(cè)和結(jié)冰預(yù)警目前尚無(wú)成型的技術(shù)體系和有效手段。人們無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)冰凍將于何時(shí)何地及何種條件下發(fā)生，目前的方法僅限于人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢測(cè)溫結(jié)合現(xiàn)有的事故發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行溫度和結(jié)冰信息的傳遞，耗費(fèi)了大量人力物力，存在一定的安全性隱患，并且無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地提供溫度和結(jié)冰預(yù)警信息，無(wú)法做到信息的統(tǒng)一收集和分析，公路管理部門也就無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)的信息發(fā)布、采取綜合應(yīng)對(duì)措施，因此現(xiàn)有的人工測(cè)溫手段無(wú)法滿足實(shí)際需求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本實(shí)用新型申請(qǐng)將提供一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，使得公路管理部門的工作人員坐在計(jì)算機(jī)前，就能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取其轄區(qū)內(nèi)各橋梁上的各點(diǎn)路面溫度信息，從而為其部署結(jié)冰預(yù)防和警示措施提供依據(jù)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點(diǎn)的橋面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設(shè)有若干數(shù)據(jù)接入點(diǎn)；所述各溫度采集終端通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點(diǎn)連接，所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)通過(guò)GPRS或3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務(wù)器連接。更具體地說(shuō)，本實(shí)用新型的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)包括溫度采集終端、 數(shù)據(jù)接入點(diǎn)、GPRS或3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、Internet互聯(lián)網(wǎng)和中心服務(wù)器五個(gè)部分。溫度采集終端安裝在橋梁路面浙青層內(nèi)部，由電池模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、 存儲(chǔ)模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無(wú)線傳輸模塊等組成，是一個(gè)獨(dú)立的嵌入式信號(hào)采集系統(tǒng)。溫度采集終端由大容量鋰電池組進(jìn)行供電，通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊為數(shù)字電路和模擬電路提供各種電壓，CPU模塊控制溫度傳感模塊對(duì)路面溫度進(jìn)行定時(shí)采集，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)量化處理后存入存儲(chǔ)模塊，在上行通信通道打開(kāi)的前提下，通過(guò)短距無(wú)線傳輸模塊將溫度值傳輸至所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)。數(shù)據(jù)接入點(diǎn)安裝在橋梁側(cè)道立柱上，由電源模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、短距無(wú)線傳
3輸模塊、GPRS/3G無(wú)線傳輸模塊等組成。數(shù)據(jù)接入點(diǎn)從橋梁原有電氣系統(tǒng)中取交流電，亦可通過(guò)蓄電池取直流電，再通過(guò)電源模塊轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的各路電壓，CPU模塊控制管理各個(gè)溫度采集終端(最多可支持32路終端)，通過(guò)短距無(wú)線傳輸模塊(最遠(yuǎn)可覆蓋50米)定時(shí)從所有溫度采集終端上取得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并存入存儲(chǔ)模塊，再通過(guò)GPRS/3G無(wú)線傳輸模塊將所有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送至所述的中心服務(wù)器。因此，所述的溫度采集終端與數(shù)據(jù)接入點(diǎn)之間的距離小于50米。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)選用成熟可靠的GPRS或3G無(wú)線通信平臺(tái)，其具有覆蓋面廣、永遠(yuǎn)在線、 傳輸穩(wěn)定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)辦公、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙測(cè)等領(lǐng)域。系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)據(jù)接入點(diǎn)一旦啟動(dòng)就自動(dòng)登錄到GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)上，再經(jīng)過(guò)數(shù)秒的激活過(guò)程，便可登錄至hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務(wù)器進(jìn)行通信。中心服務(wù)器位于橋梁業(yè)主或公路管理部門所在地，為一臺(tái)高配置的計(jì)算機(jī)，通過(guò)固定IP或ADSL方式接入互聯(lián)網(wǎng)，其后臺(tái)軟件部分由數(shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)、預(yù)警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫(kù)和顯示界面組成，采用瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)實(shí)時(shí)接收位于各橋面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度采集終端傳回的溫度信息，并可根據(jù)需求發(fā)送控制和參數(shù)設(shè)置等指令到采集終端。預(yù)警算法模塊對(duì)采回的各點(diǎn)溫度值結(jié)合當(dāng)前的氣溫、濕度、天氣預(yù)報(bào)等情況進(jìn)行綜合分析和推算，得出當(dāng)前各點(diǎn)的結(jié)冰概率。信息數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度信息和其他系統(tǒng)信息。系統(tǒng)界面上顯示各橋面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度值和結(jié)冰概率，以及所有溫度采集終端的工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置等信息，當(dāng)結(jié)冰概率大于設(shè)定閾值時(shí)，將觸發(fā)系統(tǒng)的語(yǔ)音報(bào)警功能， 用來(lái)提示操作人員注意保持觀察并采取相應(yīng)對(duì)策，此外顯示界面上還有詳細(xì)的查詢和統(tǒng)計(jì)功能。本實(shí)用新型的有益效果是，實(shí)現(xiàn)了一種橋梁路面測(cè)溫的專業(yè)化手段，具備安裝簡(jiǎn)易免開(kāi)槽、無(wú)線傳輸免接線、長(zhǎng)期在線免維護(hù)、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)易管理等特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)人工溫度采集方式工作量大、效率低、數(shù)據(jù)無(wú)法管理的缺點(diǎn)，可使公路管理部門實(shí)時(shí)了解橋梁路面的溫度變化，并為相關(guān)部門及時(shí)準(zhǔn)確地制定公路結(jié)冰災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施提供有力依據(jù)。

圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為溫度采集終端結(jié)構(gòu)圖。圖3為數(shù)據(jù)接入點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。圖4為中心服務(wù)器端結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。在圖1中，系統(tǒng)包括如下五個(gè)部分溫度采集終端、數(shù)據(jù)接入點(diǎn)、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和中心服務(wù)器。(1)溫度采集終端安裝在橋梁路面浙青層內(nèi)部，首先由人工操作鉆芯機(jī)在橋梁路面浙青層上開(kāi)孔，將所述的溫度采集終端放入孔中，終端表面與橋面保持水平平齊，再灌入環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑進(jìn)行密封。根據(jù)需要，在整個(gè)橋面上選擇不同測(cè)點(diǎn)區(qū)域，每個(gè)測(cè)點(diǎn)中又可包含一個(gè)或數(shù)個(gè)溫度采集終端。終端的電源由鋰電池組提供，與數(shù)據(jù)接入點(diǎn)的通信通過(guò)短距無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)，因此無(wú)任何外接線纜。拆卸時(shí)，鉆開(kāi)環(huán)氧樹(shù)脂層取出終端即可。(2)數(shù)據(jù)接入點(diǎn)安裝在橋梁側(cè)道立柱上，為保證短距無(wú)線通信的信號(hào)強(qiáng)度，安裝高度應(yīng)在3米以上。數(shù)據(jù)接入點(diǎn)可從橋梁原有電氣系統(tǒng)中取交流電，亦可通過(guò)太陽(yáng)能蓄電池持續(xù)產(chǎn)生直流電的方式來(lái)供電。每個(gè)測(cè)點(diǎn)區(qū)域可配置一臺(tái)數(shù)據(jù)接入點(diǎn)，用以采集和管理該測(cè)點(diǎn)內(nèi)的一個(gè)或數(shù)個(gè)溫度采集終端。數(shù)據(jù)接入點(diǎn)從其管轄的溫度采集終端獲取橋面溫度信息，并通過(guò)GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至中心服務(wù)器。 (3)GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)接入點(diǎn)發(fā)出的匯總的溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)，目前可選擇中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通、電信中任一家運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)。其中，GPRS的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，信號(hào)質(zhì)量較穩(wěn)定；而3G 網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)發(fā)展的主流，通信速率很高，但目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍尚有限，可根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行選擇。(4)互聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)將GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)無(wú)損轉(zhuǎn)發(fā)至中心服務(wù)器。移動(dòng)通信的運(yùn)營(yíng)商建立傳輸機(jī)制，對(duì)于用戶而言是透明的，無(wú)需任何操作。(5)中心服務(wù)器位于橋梁業(yè)主或公路管理部門所在地，為一臺(tái)高配置的計(jì)算機(jī)，通過(guò)固定IP或ADSL方式接入互聯(lián)網(wǎng)，其后臺(tái)軟件部分由數(shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)、預(yù)警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫(kù)和顯示界面組成，采用瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)。在圖2中，溫度采集終端具體包括如下七個(gè)部分電池模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無(wú)線傳輸模塊。電池模塊采用高能量密度的鋰電池組；其輸出至電源轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)隔離、分壓、穩(wěn)壓等處理后，輸出終端所需要的幾組電壓；溫度傳感模塊采用鉬電阻溫度傳感器，經(jīng)過(guò)取樣、放大、濾波后，連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將傳感器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，送入CPU模塊；CPU模塊可根據(jù)傳感器的靈敏度系數(shù)將數(shù)字量變?yōu)閷?shí)際的溫度值，并通過(guò)并行總線存入存儲(chǔ)模塊；同時(shí)，CPU模塊還通過(guò)串口連接至短距無(wú)線通信模塊，在信道開(kāi)通的前提下，CPU模塊將溫度值無(wú)線發(fā)送至數(shù)據(jù)接入點(diǎn)。在圖3中，數(shù)據(jù)接入點(diǎn)具體包括如下五個(gè)部分電源模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、短距無(wú)線傳輸模塊、GPRS/3G無(wú)線傳輸模塊。電源模塊可同時(shí)適應(yīng)交流電和直流電輸入，并轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的電壓；數(shù)據(jù)接入點(diǎn)的短距無(wú)線傳輸模塊與溫度采集終端的短距無(wú)線傳輸模塊互相匹配，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)通信；CPU模塊將無(wú)線傳感網(wǎng)內(nèi)各溫度采集終端的溫度值讀取后，存入存儲(chǔ)模塊；并通過(guò)串口方式連接至GPRS/3G無(wú)線傳輸模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)往中心服務(wù)器，同時(shí)亦接收中心服務(wù)器發(fā)來(lái)的控制和參數(shù)設(shè)置等指令。在圖4中，中心服務(wù)器系統(tǒng)具體包括如下四個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)、預(yù)警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫(kù)和顯示界面。數(shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)將收到的數(shù)據(jù)存入信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并送至前臺(tái)界面進(jìn)行數(shù)字、圖表等方式顯示，之后數(shù)據(jù)進(jìn)入預(yù)警算法模塊進(jìn)行結(jié)冰概率的計(jì)算，算得的結(jié)冰概率值最終也將顯示在界面上；顯示界面上顯示的元素包括橋面各點(diǎn)溫度值、溫度變化歷史曲線、溫度變化趨勢(shì)圖、結(jié)冰概率值以及其他相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息，并提供詳細(xì)的查詢功能。
權(quán)利要求1.一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點(diǎn)的橋面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設(shè)有若干數(shù)據(jù)接入點(diǎn)；所述各溫度采集終端通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點(diǎn)連接，所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)通過(guò)GPRS或3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務(wù)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度采集終端安裝在橋梁路面浙青層內(nèi)部，由電池模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無(wú)線傳輸模塊等組成，是一個(gè)獨(dú)立的嵌入式信號(hào)采集系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度采集終端用環(huán)氧樹(shù)脂灌入密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)安裝在橋梁側(cè)道立柱上，由電源模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)模塊、短距無(wú)線傳輸模塊、 GPRS/3G無(wú)線傳輸模塊組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)從橋梁電氣系統(tǒng)中取交流電；或者通過(guò)蓄電池取直流電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度采集終端與數(shù)據(jù)接入點(diǎn)之間的距離小于50米。
專利摘要基于無(wú)線傳感網(wǎng)的橋面測(cè)溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點(diǎn)的橋面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設(shè)有若干數(shù)據(jù)接入點(diǎn)；所述各溫度采集終端通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點(diǎn)連接，所述的數(shù)據(jù)接入點(diǎn)通過(guò)GPRS或3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)Internet互聯(lián)網(wǎng)與中心服務(wù)器連接。本實(shí)用新型的有益效果是，實(shí)現(xiàn)了一種橋梁路面測(cè)溫的專業(yè)化手段，具備安裝簡(jiǎn)易免開(kāi)槽、無(wú)線傳輸免接線、長(zhǎng)期在線免維護(hù)、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)易管理等特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)人工溫度采集方式工作量大、效率低、數(shù)據(jù)無(wú)法管理的缺點(diǎn)，可使公路管理部門實(shí)時(shí)了解橋梁路面的溫度變化，并為相關(guān)部門及時(shí)準(zhǔn)確地制定公路結(jié)冰災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施提供有力依據(jù)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK202305047SQ201120115299
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者嚴(yán)衛(wèi)兵, 佘若凡, 張麗, 張戎, 王海春, 田杰宏, 秦安鴻, 糜長(zhǎng)軍, 胡曉光 申請(qǐng)人:江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司