專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于測量高速公路或城市道路中橋梁路面各點的溫度，主要用于橋梁冬季結(jié)冰預警。
背景技術：
我國高速公路和城市公路上由自然災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產(chǎn)損失。其中，特別在橋梁路面，由于僅依靠鋼結(jié)構支撐，而沒有普通路面的土基層保暖效果，因此在同一時刻，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，繼而嚴重影響交通運輸，造成不可估量的經(jīng)濟損失。對于橋面溫度檢測和結(jié)冰預警目前尚無成型的技術體系和有效手段。人們無法準確預測冰凍將于何時何地及何種條件下發(fā)生，目前的方法僅限于人工現(xiàn)場巡檢測溫結(jié)合現(xiàn)有的事故發(fā)布系統(tǒng)進行溫度和結(jié)冰信息的傳遞，耗費了大量人力物力，存在一定的安全性隱患，并且無法及時準確地提供溫度和結(jié)冰預警信息，無法做到信息的統(tǒng)一收集和分析，公路管理部門也就無法進行系統(tǒng)的信息發(fā)布、采取綜合應對措施，因此現(xiàn)有的人工測溫手段無法滿足實際需求。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本實用新型申請將提供一種基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，使得公路管理部門的工作人員坐在計算機前，就能夠?qū)崟r、準確地獲取其轄區(qū)內(nèi)各橋梁上的各點路面溫度信息，從而為其部署結(jié)冰預防和警示措施提供依據(jù)。本實用新型所采用的技術方案是一種基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點的橋面各監(jiān)測點埋設溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設有若干數(shù)據(jù)接入點；所述各溫度采集終端通過無線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點連接，所述的數(shù)據(jù)接入點通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡，再通過hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務器連接。更具體地說，本實用新型的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)包括溫度采集終端、 數(shù)據(jù)接入點、GPRS或3G無線網(wǎng)絡、Internet互聯(lián)網(wǎng)和中心服務器五個部分。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、 存儲模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無線傳輸模塊等組成，是一個獨立的嵌入式信號采集系統(tǒng)。溫度采集終端由大容量鋰電池組進行供電，通過電源轉(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路面溫度進行定時采集，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過量化處理后存入存儲模塊，在上行通信通道打開的前提下，通過短距無線傳輸模塊將溫度值傳輸至所述的數(shù)據(jù)接入點。數(shù)據(jù)接入點安裝在橋梁側(cè)道立柱上，由電源模塊、CPU模塊、存儲模塊、短距無線傳
3輸模塊、GPRS/3G無線傳輸模塊等組成。數(shù)據(jù)接入點從橋梁原有電氣系統(tǒng)中取交流電，亦可通過蓄電池取直流電，再通過電源模塊轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的各路電壓，CPU模塊控制管理各個溫度采集終端(最多可支持32路終端)，通過短距無線傳輸模塊(最遠可覆蓋50米)定時從所有溫度采集終端上取得各監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，并存入存儲模塊，再通過GPRS/3G無線傳輸模塊將所有數(shù)據(jù)遠程發(fā)送至所述的中心服務器。因此，所述的溫度采集終端與數(shù)據(jù)接入點之間的距離小于50米。無線網(wǎng)絡選用成熟可靠的GPRS或3G無線通信平臺，其具有覆蓋面廣、永遠在線、 傳輸穩(wěn)定的特點，廣泛應用于移動辦公、工業(yè)控制、遠程遙測等領域。系統(tǒng)工作時，數(shù)據(jù)接入點一旦啟動就自動登錄到GPRS或3G網(wǎng)絡上，再經(jīng)過數(shù)秒的激活過程，便可登錄至hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務器進行通信。中心服務器位于橋梁業(yè)主或公路管理部門所在地，為一臺高配置的計算機，通過固定IP或ADSL方式接入互聯(lián)網(wǎng)，其后臺軟件部分由數(shù)據(jù)收發(fā)平臺、預警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫和顯示界面組成，采用瀏覽器/服務器架構設計。數(shù)據(jù)收發(fā)平臺實時接收位于各橋面監(jiān)測點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)設置等指令到采集終端。預警算法模塊對采回的各點溫度值結(jié)合當前的氣溫、濕度、天氣預報等情況進行綜合分析和推算，得出當前各點的結(jié)冰概率。信息數(shù)據(jù)庫用來存儲所有監(jiān)測點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)測點的溫度值和結(jié)冰概率，以及所有溫度采集終端的工作狀態(tài)、參數(shù)設置等信息，當結(jié)冰概率大于設定閾值時，將觸發(fā)系統(tǒng)的語音報警功能， 用來提示操作人員注意保持觀察并采取相應對策，此外顯示界面上還有詳細的查詢和統(tǒng)計功能。本實用新型的有益效果是，實現(xiàn)了一種橋梁路面測溫的專業(yè)化手段，具備安裝簡易免開槽、無線傳輸免接線、長期在線免維護、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)易管理等特點，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)無法管理的缺點，可使公路管理部門實時了解橋梁路面的溫度變化，并為相關部門及時準確地制定公路結(jié)冰災害應對措施提供有力依據(jù)。

圖1為系統(tǒng)結(jié)構示意圖。圖2為溫度采集終端結(jié)構圖。圖3為數(shù)據(jù)接入點結(jié)構圖。圖4為中心服務器端結(jié)構圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。在圖1中，系統(tǒng)包括如下五個部分溫度采集終端、數(shù)據(jù)接入點、GPRS/3G網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)和中心服務器。(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在橋梁路面浙青層上開孔，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)氧樹脂系膠結(jié)劑進行密封。根據(jù)需要，在整個橋面上選擇不同測點區(qū)域，每個測點中又可包含一個或數(shù)個溫度采集終端。終端的電源由鋰電池組提供，與數(shù)據(jù)接入點的通信通過短距無線方式實現(xiàn)，因此無任何外接線纜。拆卸時，鉆開環(huán)氧樹脂層取出終端即可。(2)數(shù)據(jù)接入點安裝在橋梁側(cè)道立柱上，為保證短距無線通信的信號強度，安裝高度應在3米以上。數(shù)據(jù)接入點可從橋梁原有電氣系統(tǒng)中取交流電，亦可通過太陽能蓄電池持續(xù)產(chǎn)生直流電的方式來供電。每個測點區(qū)域可配置一臺數(shù)據(jù)接入點，用以采集和管理該測點內(nèi)的一個或數(shù)個溫度采集終端。數(shù)據(jù)接入點從其管轄的溫度采集終端獲取橋面溫度信息，并通過GPRS/3G網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至中心服務器。 (3)GPRS/3G網(wǎng)絡負責將數(shù)據(jù)接入點發(fā)出的匯總的溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)，目前可選擇中國移動、聯(lián)通、電信中任一家運營商的網(wǎng)絡。其中，GPRS的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但是網(wǎng)絡覆蓋范圍廣，信號質(zhì)量較穩(wěn)定；而3G 網(wǎng)絡是未來發(fā)展的主流，通信速率很高，但目前網(wǎng)絡覆蓋范圍尚有限，可根據(jù)實際條件進行選擇。(4)互聯(lián)網(wǎng)負責將GPRS/3G網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)無損轉(zhuǎn)發(fā)至中心服務器。移動通信的運營商建立傳輸機制，對于用戶而言是透明的，無需任何操作。(5)中心服務器位于橋梁業(yè)主或公路管理部門所在地，為一臺高配置的計算機，通過固定IP或ADSL方式接入互聯(lián)網(wǎng)，其后臺軟件部分由數(shù)據(jù)收發(fā)平臺、預警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫和顯示界面組成，采用瀏覽器/服務器架構設計。在圖2中，溫度采集終端具體包括如下七個部分電池模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、存儲模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無線傳輸模塊。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進行數(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)閷嶋H的溫度值，并通過并行總線存入存儲模塊；同時，CPU模塊還通過串口連接至短距無線通信模塊，在信道開通的前提下，CPU模塊將溫度值無線發(fā)送至數(shù)據(jù)接入點。在圖3中，數(shù)據(jù)接入點具體包括如下五個部分電源模塊、CPU模塊、存儲模塊、短距無線傳輸模塊、GPRS/3G無線傳輸模塊。電源模塊可同時適應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)接入點的短距無線傳輸模塊與溫度采集終端的短距無線傳輸模塊互相匹配，實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)通信；CPU模塊將無線傳感網(wǎng)內(nèi)各溫度采集終端的溫度值讀取后，存入存儲模塊；并通過串口方式連接至GPRS/3G無線傳輸模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)往中心服務器，同時亦接收中心服務器發(fā)來的控制和參數(shù)設置等指令。在圖4中，中心服務器系統(tǒng)具體包括如下四個部分數(shù)據(jù)收發(fā)平臺、預警算法模塊、信息數(shù)據(jù)庫和顯示界面。數(shù)據(jù)收發(fā)平臺將收到的數(shù)據(jù)存入信息數(shù)據(jù)庫，并送至前臺界面進行數(shù)字、圖表等方式顯示，之后數(shù)據(jù)進入預警算法模塊進行結(jié)冰概率的計算，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溫度值、溫度變化歷史曲線、溫度變化趨勢圖、結(jié)冰概率值以及其他相關統(tǒng)計信息，并提供詳細的查詢功能。
權利要求1.一種基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點的橋面各監(jiān)測點埋設溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設有若干數(shù)據(jù)接入點；所述各溫度采集終端通過無線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點連接，所述的數(shù)據(jù)接入點通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡，再通過hternet 互聯(lián)網(wǎng)與中心服務器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(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、存儲模塊、溫度傳感模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、短距無線傳輸模塊等組成，是一個獨立的嵌入式信號采集系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度采集終端用環(huán)氧樹脂灌入密封。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接入點安裝在橋梁側(cè)道立柱上，由電源模塊、CPU模塊、存儲模塊、短距無線傳輸模塊、 GPRS/3G無線傳輸模塊組成。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接入點從橋梁電氣系統(tǒng)中取交流電；或者通過蓄電池取直流電。
6.根據(jù)權利要求1-5之一所述的基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度采集終端與數(shù)據(jù)接入點之間的距離小于50米。
專利摘要基于無線傳感網(wǎng)的橋面測溫系統(tǒng)，在結(jié)冰易發(fā)點的橋面各監(jiān)測點埋設溫度采集終端，其特征在于，橋面兩側(cè)設有若干數(shù)據(jù)接入點；所述各溫度采集終端通過無線傳感網(wǎng)的方式與各數(shù)據(jù)接入點連接，所述的數(shù)據(jù)接入點通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡，再通過Internet互聯(lián)網(wǎng)與中心服務器連接。本實用新型的有益效果是，實現(xiàn)了一種橋梁路面測溫的專業(yè)化手段，具備安裝簡易免開槽、無線傳輸免接線、長期在線免維護、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)易管理等特點，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)無法管理的缺點，可使公路管理部門實時了解橋梁路面的溫度變化，并為相關部門及時準確地制定公路結(jié)冰災害應對措施提供有力依據(jù)。
文檔編號H04W84/18GK202305047SQ201120115299
公開日2012年7月4日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者嚴衛(wèi)兵, 佘若凡, 張麗, 張戎, 王海春, 田杰宏, 秦安鴻, 糜長軍, 胡曉光 申請人:江蘇省交通科學研究院股份有限公司