井盖管理系统方案Word文件下载.docx

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目前很多地方提出对井盖的管理解决办法主要是三种方式，人防、物防和技术防范。

然而这三种方式只能做到井盖的局部监控，无法真正广泛的对所有区域内的井盖进行24小时监控。

针对市政井盖监管的几项难题，网波股份设计出基于LORA技术的城市井盖智能化管理系统，实现了对井盖的实时监管、追溯监管，预警监管，维护了道路安全，同时也体现了城市综合管理水平。

1.3LORA技术介绍

2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（LongRange，简称LoRa）的芯片。

其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性。

它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。

图1：

LoRa技术特点

线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年，因为其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。

随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。

LoRa主要在全球免费频段运行（即非授权频段），包括433、868、915MHz等。

LoRa网络主要由终端（内置LoRa模块）、网关（或称基站）、服务器和云四部分组成，应用数据可双向传输。

如图2所示。

图2：

LoRa网络架构

LoRa的优势主要体现在以下几个方面：

1---大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗

高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里（与环境有关）。

其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。

2---基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。

如图2所示，网关是节点与IP网络之间的桥梁（通过2G/3G/4G或者Ethernet）。

每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信（假设每次发送10Bytes，网络占用率10%）。

如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm（100mW），那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。

3---基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。

LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI（ReceivedSignalSterngthInd-ication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量。

其定位精度可达5m（假设10km的范围）。

这些关键特征使得LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用。

本案将LoRa技术引入城市基础设施窨井盖防丢失防破坏管理的应用，可以适应不同的管理需求，构建一个适应性更强、信息实时性更高、管理更可靠、性价比更高的城市基础设施设备管理系统。

2、系统总体设计

2.1系统描述

上海网波软件股份有限公司基于目前排水井盖管理所存在的问题和挑战所提出的井盖智能管理系统，采用基于LORA无线射频识别技术、传感器技术、地理信息技术、计算机网络技术及其他无线通信技术等物联网相关技术，建立遍布街道井盖管理的智能网络，实现对排水井盖状态的主动感知，实时监控，一旦井盖丢失，立即发送报警信息到后台数据处理中心，后台通过短信方式将报警信息发送给维护人员，在最短时间内补装井盖，从而提高时间处置效率，最大限度的保障相关公共设施安全，优化市政管理效能，创新排水井盖管理模式，完善市政井盖管理流程，促进城市精细化管理水平的提升。

2.2系统原理及架构

系统整体由射频识别单元、信息无线传输单元、后台数据处理单元3个部分组成。

井盖安装内嵌有各种传感器的标识卡，当其姿态、位置或状态发生异常变化时，其上的标识卡通过传感器立即感知，并向附近的信号收发器发送报警信息，信号收发器通过LORA技术接收相关信号，并通过GPRS通信方式，将信息传送至排水管理处的信息中心，将前端感应装置编码、编号和位置信息与GIS地图结合，迅速判断被监控对象的位置与状态并进行报警，报警将通知相关部门管理中心，可及时迅速调动相关工作人员，及时解决故障，消除安全隐患。

系统还可实现井盖盘点、定位监控、报警联动、鉴权设置以及对其它路灯、电源箱等设施的防盗报警功能。

2.3系统特点

1）基于LORA非接触快速获取信息，同时LORA标识卡安全性保密性强；

2）系统兼容性强，兼容无线传感器国际标准；

3）直接监控排水井盖，管理更加及时、准确、有效。

可以实现对排水单个井盖的独立监控和管理，使得市政管理方式更加灵活应用范围更广。

4）实时监控和主动报警，在物件状态发生异常变化的第一时间报警、通知并记录，可以有效阻止非法行为的发生。

5）不限制城市居民的实际活动，只对被监管的市政物件进行定位监控，减少人员干扰、误报和监控失效。

6）先进的无线传输技术和无线传感技术，实现监管状态信号的无线传输。

7）采用跳频通讯，防止其他外部信号干扰。

8）信号收发器扩展性强，可集成电力线载波、GPRS、NB-IOT传输，也可依需求与视频、烟感、有害气体监控等现有安防体系结合。

9）标识卡体积小、支持多频点应用（有源/无源结合）、使用寿命长、成本低廉，便于未来大规模推广。

10）先进的姿态、振动、位置识别算法，防止误报。

11）供电安全：

整个系统统一供电，可以外接UPS，保证区域停电时，监控依然有效。

12）系统自检：

系统本身工作状态异常时，系统会自动发送提示信息告知系统管理员。

2.4系统对比

传输损耗与频率成正比，即频率越高传输损耗越大，或者说在同样传输损耗的情况下，传输距离与频率成反比，即频率越高，传输距离越短。

目前传统的GPRS井盖设备在传输过程中衰减大，信号穿透能力弱，信号极易被物体遮挡；

而我公司研制的LoRa井盖设备信号强，传输距离长，穿透、绕射能力强，同时在传输过程中衰减较小。

由于井盖下无线电设备种类少，电磁干扰少，定位目标移动速度不高，因此排水智能井盖管理系统的设备选用了LoRa技术。

对比

LoRa

GPRS

技术特点

线性扩频

蜂窝

网络部署

独立建设网

蜂窝基站

频段

150MHZ-1GHZ

运营商频段

频段冲突

弱

强

信号衰减

小

大

穿射能力

绕射能力

传输距离

远

近

井盖下信号强度

信号传输损耗

信号遮挡情况

不易

容易

2.5系统设计原则

Ø

建设方式灵活

在案件多发地段优先建设的前提条件下，逐步向其它线路扩展辐射，并以此进行集中性的规划与管理。

在路段建设数量达到一定规模情况下，建立区域监控中心，同时采用范围较小的和分辨率较低的GIS地图系统降低报警中心的构建成本。

经济性

在投资费用许可的情况下，应当充分利用现有的最新技术，最可靠的产品，以使系统在尽可能长的时间内服务于市政管理，这也是最经济的。

同时还能与现有市政管理原有系统进行系统对接，以减少重复建设的投资成本。

可靠性

采用成熟的技术与产品，在设备选型和系统的设计中尽量减少故障的发生。

易维护性

系统维护是当今系统应用成功与否的很重要的因素。

该系统的易维护性主要针对以下要素进行设计与应用的：

易于故障的排查、日常管理的简便和低成本的维护。

3、系统详细功能

井盖电子标签是由LORA模块、感应装置及报警触发器等部分构成，固定安装在井盖下方。

LORA模块负责射频信号的正常发射，起到实时向排水管理部门“报平安”的作用，也可用于日常排水物资的盘点、清查工作，而报警触发器可设计成角度传感等方式，当井盖关闭时开关闭合，井盖感应装置处于深度睡眠状态。

当井盖出现非法开启、井盖标识卡被拆卸等状况时，该装置检测到加速度状态变化同时发射信号时间发生改变，发出报警信号。

总控/分控中心第一时间接收相应反馈做出及时调度及管理。

当工程人员需要对井盖和线路进行维护时，由控制中心经过判断合法性进行解防，或是经授权的工程人员手持终端设备进行解防。

井盖电子标签可以自动唤醒和休眠，通过多级时间管理设置可实现唤醒功能，既保证了井盖电子标签的低功耗睡眠，又保证了对报警状态的快速转换。

3.1井盖盘点

LORA电子标签作为井盖的标识，其内部都有唯一的ID号，并且其按不同区域、道路记录了井盖的产权单位、埋设坐标、埋设深度、埋入日期、埋设工程公司、联系人、电话、材质、厚度、尺寸、生产厂家等信息，方便管理部门的信息采集及情况处理。

因内置芯片无法被仿制，所以可以及时盘点井盖并核对井盖信息，快速掌握井盖状态。

3.2GIS地图定位

通过系统可在GIS地图上查看到每一个井盖所在的位置，方便管理人员第一时间找到问题井盖的位置。

提高了工作效率，最大程度上减小由于井盖造成事故的几率。

通过地图也可查询、编辑、管理所有井盖的基本属性信息，并对所有井盖进行统一指挥调度和工程维护。

3.3防盗报警、追踪

当井盖状态正常时，电子标签处于休眠状态，当井盖非法开启时，电子标签立即发出报警信号，通知管理单位和距离问题井盖最近的巡查维护人员。

当井盖被违法份子非法移动时，在基站覆盖的范围内，可以准确掌握丢失井盖的位置，方便管理人员追回。

3.4水位预警

当窨井水位上升到井盖、冒出的水位顶开井盖时，电子标签会向管理单位发出预警信息，第一时间内通知管理单位进行问题处置。

3.5塌陷报警

井盖常年受到行人和车辆的碾压，会出现不同程度的塌陷。

管理人员可以设定井盖塌陷的阈值，超过阈值后电子标签会自动报警，通知管理单位处置问题井盖。

3.6开合、移位报警

井盖被打开、移位时，系统会判断是被授权，还是违规操作，一旦判定是违规操作时会立即向管理单位发送报警信息。

3.7鉴权设置

当工程人员需要对井盖和线路进行维护时，由控制中心经过判断合法性进行解防，或是经授权的工程人员手持终端设备或者监管中心进行匹配解防。

3.8系统扩展领域

窨井水位监测终端

电子水尺

管网水位监测终端

4、智能终端介绍

4.1WB-ZN001D电子标签

产品概述：

WB-ZN001D型电子标签是一种有源电子标签，内置3.6V锂亚电池供电。

预留NB-IoT通讯接口。

该标签识读距离远、功耗低，抗干扰能力强、免维护、防水、防尘、抗振等特点并且标签参数可修改。

标签具备物品姿态检测功能，物品被移动或撞击后姿态发生改变可以发出报警信息，可广泛应用于市政资产如井盖、电源箱管理等领域。

特点：

（1）识读距离1000米：

自动识别、追踪、反馈信息，无需人工干预；

（2）一个基站最多同时读取200个标签；

（3）LoRa距离远传输信息能力强；

（4）发射间隔可修改根据需求修改

（5）主动式双向标签：

标签参数可根据需要调制；

（6）防拆报警：

设计有防拆装置，当被拆除时主动上报警报信息；

（7）内置传感器：

可侦测位置移动，坠落、水位预警，角度翻转，震动等变化，主动上报阅读器。

（8）射频发射功率小，只有-10dBm，对人体无伤害；

（9）超长工作时间。

电路采用低功耗设计，降低电路功耗，安装的电池可以维持标签正常工作3年；

（10）采用有源LORA技术，数据自动发送，无需唤醒机制；

（11）支持双频工作，具有低频唤醒功能；

（12）采用高性能锂氩电池适应在户外高低温环境下工作。

4.2WB-ZN001Z有源读写器

WB-ZN001Z有采集基站是12V直流供电的读写器，网口通讯接口，SMA天线接口。

该设备传输距离远、功耗低，抗干扰能力强、免维护、防水防尘、抗腐蚀等特点并且设备参数可修改。

与标签组成系统，具有通讯距离远，数据传输快，双向通讯等特点。

WB-ZN001Z采集基站可与监控中心进行双向数据通信，电子标签的所有信息实时上传到监控中心，为系统提供高精度、实时的数据。

WB-ZN001Z采集基站内置锂电池，在外部电源断开后仍能维持信号收发器正常工作，提高了信号收发器的工作稳定性。

（1）直流供电，超低功耗，输出功率可调；

（2）网络接口，通信稳定；

（3）识读标签距离远，标签识别灵敏度高，能轻易捕获到运动目标；

（4）先进的抗碰撞算法法则，高速识别，支持多标签同时读写；

（5）抗干扰性能强，能多个设备同时工作互不干扰；

（6）安全性能高，加密计算与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解；

（7）具有选出或滤除特定电子标签的能力；

（8）有源产品抗屏蔽性更强；

（9）一体化设计，性能稳定，安装简单方便；

（10）安装灵活方便，不影响周围环境。

信号收发器与采集服务器之间使用移动通信技术进行双向通信，不需要铺设电缆或者光缆，最大程度保护周围环境不受破坏。

5、系统管理软件

5.1系统管理软件介绍

智慧井盖综合管理系统是网波股份对政府相关职能部门和行业用户量身定制的一款管理软件。

该软件通过对特定市政井盖的身份、位置、状态信息进行实时监控，从而实现对特定对象的主动式管理。

该软件可广泛应用于城市内市政部件管理、公共资产管理等领域，为相关政府部门、企事业单位提供新型的物联网服务。

软件系统架构图

前台网站：

用户凭借账号和密码进行登录前台网站，进而使用定位、用户管理等各种功能项。

报警处理子系统：

用于进行处理各种报警情况。

短信子系统：

负责向相关负责人发送报警短信。

后台管理子系统：

进行各种信号收发器、标识卡的维护和管理。

数据库：

存储系统需求的各种数据。

采集子系统：

用于从信号收发器采集数据到数据中心。

5.2系统管理软件主要特点

整个应用平台主要实现产品定位查询和报警功能。

软件采用B/S架构设计，采用轻量级J2EE框架SSH进行开发，城市市政管理平台主要有以下特点：

实用性：

满足用户现实需要，解决实际问题，做细核心功能，兼顾辅助功能，实现快捷、可靠地部署和使用，并节省投资。

易用性：

各项功能一目了然，满足用户的使用习惯，易使用、易维护、易升级，将实施、培训成本和周期降到最低。

先进性：

采用先进的技术架构，结构化程度高，扩展性、升级性好，符合未来发展趋势。

稳定性：

系统从底层数据库到功能层经过严格测试，数据库稳定，功能顺畅，能在不同的硬件环境中长期平稳运行。

安全性：

系统能有效防止外部各种病毒的攻击，内部数据具有多种备份方式，通过权限控制，具有严格、细致的访问控制，保证内部数据安全。

5.3系统管理软件系统部署

系统采用Tomcat作为web服务器，采用Oracle作为数据库服务器。

为了提高性能，web服务器和数据库服务器都采用集群的方式，同时数据库还有备份服务器用于灾难恢复。

采集服务器也采用集群的方式，用于缓解采集压力。

短信服务器目前采用的是短信猫的方式。

5.4系统管理软件主要功能

5.4.1定位显示

实时显示绑定标识卡的市政井盖在地图上的位置。

如果市政井盖发生了移动，可以显示该市政设施的历史位置及历史移动轨迹。

5.4.2报警管理

显示当前井盖发生的各种报警，包括井盖的非法移动，可以实现对大区域范围内甚至整个城区每个井盖的联网管理。

发生报警时会给相关负责人发送报警短信。

井盖报警类型的自定义；

井盖报警数量的实时确认；

井盖报警位置的实时确认;

工作人员抵达现场后，井盖恢复状态的实时确认。

5.4.3地图显示

该地图有缩放、鹰眼、测距等功能，地图的中心点是市政设施管理区域的中心点。

5.4.4用户管理

用于对市政人员、井盖等维护管理。

市政井盖录入、导出、变更管理；

显示用户的基本资料，可以修改密码；

职能部门操作权限的管理；

职能部门进行人员、车辆等市政维护资源的管理；

统计报表：

包含市政设施统计情况、移动统计情况、报警统计情况等报表。

5.4.5统计报表

包含市政井盖统计情况、移动统计情况、报警统计情况等报表。

5.5软件运行配置环境

5.5.1软件环境

●服务端

支持的操作系统：

相当于WindowsServer2008标准版、RedHatEnterprise6、CentOS6.2。

支持的数据库：

oracle10g/11g、Altibase6.1.1.0。

●客户端

WindowsXPProfessionalSP3及以上版本。

支持的Web浏览器：

InternetExplorer8.0以上及InternetExplorer9.0以下版本

5.5.2硬件环境

●服务器性能配置基本要求

CPU：

双核处理器

内存：

≥8GBECCDDR31066MHz（2G*2配置），最大支持≥8个内存插槽

硬盘：

≥500G

网卡：

主板集成双千兆自适应网卡，支持网络唤醒、网络冗余、负载均衡等网络特性。

●客户端的计算机性能要求

IntelP42.0GHz或以上，建议使用双核

2GB内存或以上

120G或以上

7、售后服务

7.1系统维护

系统维护主要是保障系统的正常运行，包括日常维护、故障恢复两部分。

日常维护包括：

●定时备份数据；

●系统用户疑问解答；

●维护终端。

故障恢复包括：

●由于网络原因引起的系统通信故障；

●由于终端设备损坏导致功能性障碍；

●由于标识卡损坏导致不能识别设施。

7.2系统完善

系统的软件在使用过程中将会定期进行升级，为满足用户不同阶段的需求，系统的软件结构预留了升级接口。

系统优越的延展特性使得系统更容易满足不同用户的需求。

7.3售后服务

1、保修期内售后服务规范（针对我司提供的硬件与网络环境等）

（1）保修时间：

12个月。

（2）热线支持与远程技术服务：

提供7×

24小时技术支持与服务，联络我司指派的客户代表工程师。

设备出现故障时在2小时内对客户所提出的维修要求做出响应，在厦门市区内，对关键部件在4小时内到达现场，保证48小时内解决问题（以报修时间算起）。

对于8小时解决不了的问题，提供备用设备。

承诺备品备件的响应时间小于24小时。

2、保修期过后的设备维护

对于我司提供的设备，在保修期后，网波股份仍将提供服务，对不涉及现场服务或设备更换的服务项目，免费提供。

对于其他各项服务，我们将合理收费。

收费项目将根据所提供服务的优先级、技术难度、人员、时间、更换设备和客户要求视具体情况而定。