基于C/S架構(gòu)的高速公路清掃車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

在"十四五"規(guī)劃中 ,環(huán)境保護(hù)仍是未來發(fā)展的重中之重 。隨著人們消費(fèi)水平的不斷提高 ,資源和環(huán)境壓力逐漸增大 ,針對道路清掃 ,傳統(tǒng)的手工洗刷方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大 ,而且灰塵多、效率低 ,對環(huán)境危害極大 , 同時(shí)也威脅著環(huán)衛(wèi)工人的身體健康 。因此 ,繼續(xù)采用人工方式進(jìn)行道路清掃是不現(xiàn)實(shí)的 ,而且這種方法也不適用于大面積的道路清掃。未來 ,道路清掃的趨勢是用機(jī)械化程度更高的電動(dòng)清掃車代替人力,從而有效提升清掃效率 ,減少污染 ,保護(hù)道路環(huán)境。

在清掃車進(jìn)行道路清掃時(shí) ,利用人工進(jìn)行監(jiān)管 ,通過人工傳遞信息 ,存在速度慢、工作效率低等問題 ,無法實(shí)時(shí)監(jiān)督清掃車的清掃質(zhì)量 。因此 ,有必要運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù) , 在清掃車上安裝傳感器等硬件 , 實(shí)時(shí)采集每 一 臺(tái)清掃車清掃裝置的清掃數(shù)據(jù) 、運(yùn)行數(shù)據(jù) , 從而使監(jiān)管人員在監(jiān)控平臺(tái)上就能進(jìn) 一 步了解清掃車的情況。

1 系統(tǒng)部署架構(gòu)的選擇

1. 1 C/S部署架構(gòu)

C/S即Client/Server , 由客戶端和服務(wù)端兩個(gè)部分組成。用戶在進(jìn)入客戶端使用其現(xiàn)有功能時(shí) ,需要客戶端向服務(wù)器端發(fā)送請求 ,服務(wù)器端接收到請求會(huì)及時(shí)處理 ,處理完成后對客戶端發(fā)送響應(yīng)。在C/S結(jié)構(gòu)中 ,應(yīng)用程序分為兩部分:服務(wù)器部分和客戶機(jī)部分。服務(wù)器部分提供多個(gè)用戶共享的信息與功能 ,執(zhí)行后臺(tái)服務(wù) ,如控制共享數(shù)據(jù)庫的操作等:客戶機(jī)部分為用戶所專有, 負(fù)責(zé)執(zhí)行前臺(tái)功能 ,在出錯(cuò)提示、在線幫助等方面都有強(qiáng)大的功能 ,并且可以在子程序間自由切換 。C/S結(jié)構(gòu)在技術(shù)上已經(jīng)很成熟 ,它的主要特點(diǎn)是交互性強(qiáng)、具有安全的存取模式 、響應(yīng)速度快 、利于處理大量數(shù)據(jù)。C/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是其客戶端可以支持非常多的技術(shù) ,其功能自然而然就非常豐富 。但是其局限性也比較明顯 , 需要安裝其程序才能使用 ,所以它只適用于特定的用戶群:它的維護(hù)成本較高 ,進(jìn)行更新時(shí) , 既要更新服務(wù)端 ,又要更新客戶端。

1.2 B/S部署架構(gòu)

B/S是對BrowSer/Server的簡稱 , 由瀏覽器和服務(wù)器端兩個(gè)部分組成 。用戶可以通過瀏覽器向服務(wù)器端發(fā)送HTTP請求 ,服務(wù)器端接收并處理請求 , 然后向?yàn)g覽器發(fā)送響應(yīng)。B/S架構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是不用安裝特定的軟件 ,可以隨時(shí)通過瀏覽器進(jìn)行查看:另外 ,B/S架構(gòu)開發(fā)簡單 ,成本低 ,維護(hù)比C/S架構(gòu)方便許多 ,并且其分布性強(qiáng) ,可以在任何地方進(jìn)行操作 ,客戶端零維護(hù) , 系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易 , 只要有一 臺(tái)能上網(wǎng)的電腦就能使用 。B/S架構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是通信開銷大 ,系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性較難保障 ,并且響應(yīng)速度較慢。

1.3 部署架構(gòu)選擇

C/S結(jié)構(gòu)在技術(shù)上已經(jīng)很成熟 , 并且相較于B/S架構(gòu)具有更安全的存取模式 , 獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快于B/S架構(gòu) , 同時(shí)也可以處理大量數(shù)據(jù) 。而針對清掃車的遠(yuǎn)程監(jiān)控 , 由于用戶群固定 , 因此決定選用C/S部署架構(gòu)。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

2. 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示 , 本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器 、控制器 、DTU、服務(wù)器以及監(jiān)控平臺(tái)組成。

圖l 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的流程可以分為如下4個(gè)部分:

(1)數(shù)據(jù)采集過程:數(shù)據(jù)采集模塊主要由傳感器和控制器組成 , 不同功能的傳感器安裝在清掃車不同的位置上 ,將在清掃車上采集到的數(shù)據(jù)傳遞給控制器 ,控制器對這些模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(模/數(shù)轉(zhuǎn)換)后將數(shù)字信號發(fā)送到無線數(shù)傳模塊DTU上 ,等待發(fā)送給遠(yuǎn)端的服務(wù)器。

(2)數(shù)據(jù)傳輸過程:選擇的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU 擁有4G和GPS兩個(gè)模塊 ,GPS模塊用來接收清掃車的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù) ,4G模塊負(fù)責(zé)將從控制器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)和GPS模塊接收到的定位數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳遞到服務(wù)器上。

(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程:將集成了4G模塊的DTU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并存儲(chǔ)到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的服務(wù)器里。

(4)數(shù)據(jù)顯示過程:用戶登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺(tái) ,通過Internet網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)并將服務(wù)器響應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控中心平臺(tái)上 ,從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和查詢管理。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)控需求分析

(1)清掃車的清掃裝置一般分為兩個(gè)部分:盤刷和滾刷 。

盤刷是清掃車不可或缺的工作裝置 , 它具有清掃低密度垃圾、擴(kuò)大清掃面積的功能 。對于盤刷 , 需要監(jiān)控的參數(shù)包括:

第一 ,盤刷高度 。盤刷在工作的時(shí)候 ,要可以向外伸展和向下降落:但在未工作時(shí) ,應(yīng)將盤刷收回 , 并且距離路面要有一 定的高度 , 以避免盤刷刷毛受到磨損從而影響使用壽命 , 同時(shí)避免影響其他車輛行駛。

第二 ,盤刷接地壓力 。盤刷要有一定的接地壓力 ,且接地壓力最好可調(diào) 。接地壓力會(huì)影響盤刷的清掃效果 ,遇到不同類型的垃圾 ,選擇不同的接地壓力 ,可以減少刷毛的磨損 ,提高清掃效率。

第三 ,盤刷轉(zhuǎn)速 。盤刷轉(zhuǎn)速對于清掃效率起著十分重要的作用 ,轉(zhuǎn)速過低 ,會(huì)出現(xiàn)漏掃現(xiàn)象 ,過快則會(huì)將清掃的垃圾拋出 , 因此保持與車速相對應(yīng)的盤刷轉(zhuǎn)速十分重要。

2)滾刷用于再次清掃由盤刷清掃后聚集在一起的垃圾 ,并且將這些垃圾上拋至垃圾箱的入口處。對于滾刷 ,需要監(jiān)控的參數(shù)包括:

第一 ,滾刷高度 。滾刷與盤刷相似 ,在不工作的時(shí)候 ,為了避免滾刷刷毛受到磨損以及影響其他車輛行駛 ,需要距離路面有一定高度。

第二 ,滾刷轉(zhuǎn)速 。在清掃車行駛的過程中 ,滾刷的轉(zhuǎn)速也尤為重要 ,關(guān)乎是否能把垃圾清掃進(jìn)入導(dǎo)料板。

(2)因?yàn)榍鍜哕囀怯呻姍C(jī)驅(qū)動(dòng) ,所以需要監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù) , 具體包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 、動(dòng)力電池余電量等。

(3)需要監(jiān)控車輛行駛狀態(tài) ,具體參數(shù)包括車輛行駛速度、車輛位置等。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺(tái)的搭建

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是用來存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉庫 , 能將數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則進(jìn)行存放 , 因此 ,設(shè)計(jì)利用數(shù)據(jù)庫對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和施工參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行長時(shí)間的儲(chǔ)存和修改 。常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有MySql、SqlServer等 。 因?yàn)?MySql性能卓越、服務(wù)穩(wěn)定 ,很少出現(xiàn)異常宕機(jī): 自主性強(qiáng)、使用成本低:軟件體積小 ,安裝使用簡單 ,且易于維護(hù) , 安裝及維護(hù)成本低 ,所以本文選擇了MySql軟件對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對系統(tǒng)需求的分析 ,將數(shù)據(jù)庫劃分為以下三類:用戶基本信息數(shù)據(jù)庫、車輛行駛與工作裝置數(shù)據(jù)庫、車輛實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)不同的要求 ,對每一個(gè)數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相應(yīng)的信息表,例如車輛實(shí)時(shí)位置,可以在監(jiān)控平臺(tái)展現(xiàn)出車輛當(dāng)前時(shí)間所在的位置。建立的GPS定位信息表如圖2所示。

圖2 GPS定位信息表

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)搭建

搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺(tái)是為了可以實(shí)時(shí)顯示清掃車的運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)的狀態(tài)、清掃裝置狀態(tài)參數(shù)、清掃車位置等信息 。對每一個(gè)數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相應(yīng)的信息表之后 ,利用VS2019和C#語言來開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心平臺(tái)的各個(gè)模塊功能。用戶登錄后進(jìn)入監(jiān)控中心的主界面 ,主界面模塊主要有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、服務(wù)器設(shè)置、運(yùn)行軌跡顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警系統(tǒng)等選項(xiàng)卡 。軟件功能模塊如圖3所示。

4 試驗(yàn)效果分析

將文中所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到清掃車監(jiān)測中,在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí) ,服務(wù)器與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心軟件連接正常 , 并且能夠?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù) ,實(shí)現(xiàn)了清掃車清掃數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控 。 當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)清掃裝置參數(shù)異常時(shí) ,將由報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號 ,監(jiān)控中心進(jìn)行彈窗提醒監(jiān)測人員 。監(jiān)控畫面如圖4所示。

5 結(jié)語

清掃車作為道路清潔的主要工具 ,提高其清掃效率顯得尤為重要。將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到清掃車上 ,采用不同種類的傳感器對其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測 ,監(jiān)測人員在監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控 ,可以實(shí)時(shí)查看清掃車清掃的區(qū)域 ,實(shí)時(shí)了解清掃裝置的狀態(tài) ,從而判斷清掃車的清掃質(zhì)量是否達(dá)到要求 ,這無疑間接提升了清掃車的清掃效率。