CN110012056A - 一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法，属于智能***控制领域。现有的智慧城市水务远程监控***存在研发操作复杂，且开发周期较长以及开发成本昂贵的问题。一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法，采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并通过通信基站将数据发出；OneNet设备云平台接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；远程移动端接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制。本发明设计的城市水务远程监控***及方法运行原理简单具有开发短，开发成本低。

Description

一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法
技术领域
本发明涉及一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法。
背景技术
物联网产业的发展相当迅猛，其在各行各业都已得到了应用，特别是在智慧城市方面较为突出，例如，对于智慧城市水务远程监控***的研究方案与设计是物联网智慧城市领域比较热门的课题，但目前国内外对于智慧城市水务远程监控***的研究方案总体上还是遵循传统的物联网思维，即终端采集、数据上传、设备云平台数据收发储存、远程移动端监控，实际上以上环节在现实研发操作中十分复杂，且开发周期较长，开发成本也十分的昂贵，针对以上问题，本设计提出了基于OneNet设备云平台的智慧城市水务远程监控***。此***的实现可简化整合设计环节，极大地缩短开发周期与研发成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的智慧城市水务远程监控***存在研发操作复杂，且开发周期较长以及开发成本昂贵的问题，而提出一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***及方法。
一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***，所述的***包括：
采集控制终端，由终端采集模块与GPRS模块合为的RTU模块作为采集控制终端，在采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并将数据发出；
通信基站，用于将采集控制终端发出的数据上传；
OneNet设备云平台，用于接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
远程移动端，用于接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制。
一种基于云平台的智慧城市水务远程监控方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并通过通信基站将数据发出；
步骤二、OneNet设备云平台接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
步骤三、远程移动端接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制；
其中，远程移动端包括个人PC机和移动手机APP控制端。
本发明的有益效果为：
本发明采用终端集成通信模块RTU+OneNet设备云平台的方法，是一个简单的二级简化***，RTU远程测控终端是目前国内外比较流行的监视、控制与数据采集的远程测控终端，该模块内部CPU、存储器、以及各种输入输出接口等功能模块集成了GPRS通信转发和终端数据采集功能，RTU远程测控终端包含GPRS通信模块与MCU主控芯片。在智慧城市水务***中，RTU远程测控终端可以采集的水管压力、水管液位与水流量等数据，直接打包上传到设备云平台，此时OneNe接收数据存储，并将其转发给远程移动端。在云平台只需关联相应的数据即可生成控制界面，同时还可借助OneNet官方提供的手机客户端登录，实现远程移动端在线监控。
整个***结构简洁，将终端采集模块与GPRS模块合二为一，与传统的物联网解决方案相比，省去了主控芯片，在OneNet设备云平台实现远程监控的界面不需要单独的开发，只需要在云平台上关联相关的数据流即可生成，OneNet官方提供手机APP版，我们只需在线登录手机打开APP，就可实现远程移动端监控。极大地缩短了开发周期，节约开发成本
本发明是分析了物联网技术与供水***之间的联系，研究了基于物联网的城市智慧水务远程监测***的功能性和非功能性需求，根据需求提出了基于物联网和云计算的城市供水***，并对***的感知层、网络层、应用层进行了详细的设计。
本设计采用了市场上常用的RTU远程测控终端模块和***近期刚刚推出OneNet设备云平台——***物联网开放平台(免费)。RTU远程测控终端即可作为通信模块实现正常的联网与数据转发功能，同时也可作为主控芯片使用，实现终端数据采集功能，本设计采用了OneNet设备云平台作为数据的接收、存储与转发。RTU远程测控终端将采集的城市管道的水流压力、液位与水流量终端数据通过Modbus协议打包上传到该平台，然后在OneNet建立相关的应用即可看到上传的终端据。为了实现远程移动端的监控，还可借助OneNet推出的手机APP客户端登录，随时随地都可实现远程监控。本发明设计的***简单易操作，运行原理简单所以开发短，开发成本低。
附图说明
图1为本发明涉及的***总体原理框图；
图2为本发明涉及的智慧城市水务***数据传输流程图；
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***，所述的***包括：
采集控制终端，由终端采集模块与GPRS模块合为的RTU模块作为采集控制终端，在智慧城市水务***中，采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并将数据发出；
通信基站，用于将采集控制终端发出的数据上传；
OneNet设备云平台，用于接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
远程移动端，用于接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制。
其中，RTU模块为终端集成通信模块，RTU远程测控终端包含GPRS通信模块与MCU主控芯片。MCU主控芯片采用MAXIM公司的MAX32625MBED微控制器。MAX32625MBED提供了完整的功能***，用于开发和调试应用，它包括MAX32625-M4微控制器(带FPU)、便于访问高精度模拟前端(AFE)连接的原型区域、通过ArduinoTM兼容连接器访问的I/O、通过100mil x 100mil连接头访问的I/O、USB接口，以及其它通用I/O器件。
分析物联网技术与供水***之间的联系，研究基于物联网的城市智慧水务远程监测***的功能性和非功能性需求，根据需求提出了基于物联网和云计算的城市供水***，并对***的感知层、网络层、应用层进行了详细的设计。
感知层实现了物联网全面的、精确的感知能力，通过采集控制终端对压力计、液位计、流量计、电动阀门和传感器实现智能感知，获得水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据信息。
网络层主要以广泛覆盖的移动通信网络为基础设施，互联网、广电和通信网络进行辅助和补充。感知层把收集来的数据无障碍、高可靠性、高安全地传送到网络层，网络层对这些数据进行处理和分析后向云平台网站和手机APP发送信息。通过访问接口实现应用***跨数据库和平台之间的无缝接入和集成，实现应用的高效开发、部署和管理，提供一个信息访问、传递及协作的环境。One Net作为服务平台构成物联网应用网络，能够明显降低开发难度，节约开发成本，缩短开发周期，并且能够实现固定或移动终端远程监控，同时还可在平台实时监测水务***的数据和状态，实现广域网Web数据查询。
应用层将物联网技术与***需求相结合，提供了丰富的应用，对监测终端上传的数据进行接收和处理，利用手机、个人PC机或者平板等终端设备完成具体应用的控制。应用层集中展现了分布在各点的采集控制终端监测信息，实现了水务***监控预警和配置管理、历史数据查询、采集控制终端基础数据维护和展现等功能，并向用户提供应用服务。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的基于云平台的智慧城市水务远程监控***，所述的远程移动端包括个人PC机和移动手机APP控制端。
具体实施方式三：
本实施方式的一种基于云平台的智慧城市水务远程监控方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并通过通信基站将数据发出；
步骤二、OneNet设备云平台接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
步骤三、远程移动端接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制；
其中，远程移动端包括个人PC机和移动手机APP控制端。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的基于云平台的智慧城市水务远程监控方法，所述的方法还包括网络可靠度精确计算过程，选用完全状态枚举法作为网络可靠度精确计算方法，通过树和图等原理简化网络中的模型，然后再对其进行精确地计算和逐级求解，具体为：
将所有的状态一一列出并逐级检查，筛选出网络中的目标事件，最终得到网络模型中的可靠度，当网络模型按照相应的规则正常运行时，此时暂不考虑突发异常情况，事件H正在发生，全部互斥事件可以标记为(1,2,3...)Cn，所以网络可靠度可表示为：
其中，P(H)为事件H发生的概率，通常情况下，网络终端完全状态枚举法只适用于比较小的网络模型可靠度计算，原因是其网络节点越多，网络状态就会越多，因此较大的网络一般不会将其应用其中；
网络可靠度因子分解算法，在实际应用中非常方便且有效，其对于大规模的网络模型尤其重要，网路可靠度因子分解算法典型公式为：
R(Gs)＝peR(Gs*e)+qeR(Gs-e)
根据以上公式可知因子分解算法的基本思想是基于一定的规则把整个网络模型进行分析，对于每个单元e，都要把其分解为两个不同的子网络，依次逐级分解，直到进行到简结构，最后便可得到精简的最小单元。
目前智慧城市水务远程监控***采用的设计方案往往结构比较复杂,如zigbee自组网+ARM+通信模块+商业云平台(收费)，实现成本较高。针对以上问题，本设计采用了市场上常用的RTU远程测控终端模块和***近期推出的OneNet设备云平台。
本发明的特色在于将传统的物联网方案中的终端控制模块与数据网络通信模块合二为一，使二者作为一个整体，省去了主控芯片。本设计采用功能强大的RTU远程测控终端模块，此模块可以完成无线通信功能与数据采集，及二者于一身，极大地降低了研发成本与设计难度。
本发明应用了***近期推出的物联网平台--OneNet设备云，它不仅是一款免费的设备云平台，而且其控制界面的开发及其人性化和简洁化，几乎不需要太大的精力即可完成远程监控界面，OneNet设备云平台还有一个优点—不需要编写APP软件即可实现远程移动端的控制，因为设备云平台官方推出了手机客户端登录，我们只要在PC端建立了相关的控制界面，在手机端登录便能实现远程在线监控。
本发明控制水流量采用的电动阀门，电动阀通常由电动执行机构和阀门组成。电动阀使用电能作为动力来通过电动执行机构来驱动阀门，实现阀门的开关动作。从而达到对管道介质的开关目的。可以通过云平台网页控制电动阀门的状态，控制管道液体的流量。
本发明可以对于运行的设备的状态进行检测，可以掌握整体设备的运行状态，也可以查看单个设备的运行参数，通过分析RUT模块传输的数据，来对于设备故障进行预警与报警功能，可以在云平台网站与手机APP接收报警消息。
本发明可以通过单个RTU远程测控终端传输的数据的异常，来精准的分析出现故障的设备的具***置，可以分析出设备周围管道的出现的故障位置，方便人员的对设备与管道的维护与修理，优化人员管控流程，促使维护有效地执行。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于云平台的智慧城市水务远程监控***，其特征在于：所述的***包括：
采集控制终端，由终端采集模块与GPRS模块合为的RTU模块作为采集控制终端，采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并将数据发出；
通信基站，用于将采集控制终端发出的数据上传；
OneNet设备云平台，用于接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
远程移动端，用于接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制；
其中，RTU模块为终端集成通信模块。
2.根据权利要求1所述的基于云平台的智慧城市水务远程监控***，其特征在于：
所述的远程移动端包括个人PC机和移动手机APP控制端。
3.利用权利要求1或2的***进行远程监控方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、采集控制终端采集的水管压力、水管液位、水流量、电动阀门、电源电路的数据，打包并通过通信基站将数据发出；
步骤二、OneNet设备云平台接收由采集控制终端上传的数据后存储，并将其转发；
步骤三、远程移动端接收由OneNet设备云平台转发来的数据，并进行控制；
其中，远程移动端包括个人PC机和移动手机APP控制端。
4.根据权利要求3所述一种基于云平台的智慧城市水务远程监控方法，其特征在于：所述的方法还包括网络可靠度精确计算过程，选用完全状态枚举法作为网络可靠度精确计算方法，通过树和图等原理简化网络中的模型，然后再对其进行精确地计算和逐级求解，具体为：
将所有的状态一一列出并逐级检查，筛选出网络中的目标事件，最终得到网络模型中的可靠度，当网络模型按照相应的规则正常运行时，事件H正在发生，全部互斥事件可以标记为(1,2,3...)Cn，所以网络可靠度可表示为：
其中，P(H)为事件H发生的概率，网络可靠度因子分解算法，其对于大规模的网络模型尤其重要，网路可靠度因子分解算法典型公式为：
R(Gs)＝peR(Gs*e)+qeR(Gs-e)
对于每个单元e，都要把其分解为两个不同的子网络，依次逐级分解，直到进行到简结构，最后便可得到精简的最小单元。
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