CN103149855B - 海上打桩远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海上打桩远程监控系统，其包括：现场监控系统，自动采集打桩过程中各个测量传感器中的测量数据进行解算，实时提供当前桩体的位置姿态信息；服务器数据接收存贮系统，与现场监控系统通信相接，接收现场监控系统发送的监测到的打桩数据，并根据接收到的数据类型存贮至服务器的数据库中；远程可视化监控系统，与服务器数据接收存贮系统通信相接，调取服务器数据接收存贮系统中存储的各项打桩数据来实时了解相应海上打桩工作的各项真实信息。该系统基于GPRS网络与INTERNET网络互通性，充分利用GPRS资费低、覆盖范围广、实时在线等优点，并结合海上打桩的操作流程、打桩测量内容、方法实现对海上打桩全方位的监测。

Description

海上打桩远程监控系统

技术领域

本发明涉及远程监控技术，具体涉及海上打桩远程监控系统。

背景技术

打桩工程是海洋工程中非常重要的一个环节，例如桥梁，码头等的建设都离不开打桩。随着科技的进步，出现了越来越多的远海工程。例如杭州湾大桥，东海大桥以及苏通大桥等一系列跨江大桥，这些远海工程的出现使得打桩工程要在离岸边越来越远的范围内进行，从而使得对打桩过程的监控变得非常的麻烦，原有的监控技术已经无法适用于这种远距离的海上打桩监控。

为了满足海上打桩监控的要求，人们针对海上打桩工程测特点，设计出相应的远程监控系统。但是现有的远程监控系统在使用过程还存在很多的问题和不足，无法真正瞒着海上打桩远程监控的要求。其中所存在的问题和不足主要体现在以下几点：

（1）费用高，整个监控系统成本高并且系统的使用成本较高；

（2）操作复杂，监控系统结构复杂操作过程复杂，使用不便；

（3）不能够对打桩过程进行实时全方位的监控；

（4）监测精度不高。

发明内容

本发明针对现有海上打桩远程监控技术所存在的问题，而提供一种海上打桩远程监控系统。该系统基于GPRS网络与INTERNET网络互通性，充分利用GPRS资费低、覆盖范围广、实时在线等优点，并结合海上打桩的操作流程、打桩测量内容、方法实现对海上打桩全方位的监测。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

海上打桩远程监控系统，该系统包括：

现场监控系统，所述现场监控系统自动采集打桩过程中各个测量传感器中的测量数据进行解算，实时提供当前桩体的位置姿态信息，为控制室内操作人员提供准确的指导数据，使得桩体定位坐标与设计值相一致；

服务器数据接收存贮系统，所述服务器数据接收存贮系统与现场监控系统通信相接，接收现场监控系统发送的监测到的打桩数据，并根据接收到的数据类型存贮至服务器的数据库中，为远程可视化监控系统提供访问时所需要的数据；

远程可视化监控系统，所述远程可视化监控系统与服务器数据接收存贮系统通信相接，调取服务器数据接收存贮系统中存储的各项打桩数据来实时了解相应海上打桩工作的各项真实信息。

在本系统的优选实例中，所述现场监控系统包括现场监控装置、GPRS单片机以及数据通信模块，所述现场监控装置连接打桩过程中各个测量传感器，实时获取各项打桩数据，在对数据进行计算处理后传至GPRS单片机，所述GPRS单片机将接受到的数据通过数据通信模块发送至服务器数据接收存贮系统。

进一步的，所述服务器数据接收存贮系统，所述存贮系统主要由数据监听模块、数据处理存储模块以及数据获取准备模块组成，所述数据监听模块根据TCP/IP协议，不停地监听设定的端口是否有数据发送过来，当有数据过来时，将数据转发给数据处理存储模块进行处理；所述数据处理存储模块根据数据标识，处理接收到的数据，处理成功后放入数据库进行存储；所述数据获取准备模块根据系统预设的要求，从数据库里将需要的数据查询出来，存储在视图里以供直接读取。

进一步的，所述远程可视化监控系统包括实时监控模块和历史查询模块，所述实时监控模块与服务器数据接收存贮系统进行实时数据交换，并进行实时显示；所述历史查询模块根据指令与服务器数据接收存贮系统进行数据交换，并进行显示。

本发明提供的海上打桩远程监控系统是一针对海上打桩工程的智能型远程监控系统。该系统基于GPRS网络与INTERNET网络互通性，充分利用GPRS资费低、覆盖范围广、实时在线等优点，大大降低了远程监控的费用。

在基于GPRS远程监控系统中，系统采用单片机GPRS通讯技术以及互联网通讯技术，结合海上打桩的操作流程、打桩测量内容、方法，能够实现对海上打桩进行远程的实时监控，大大提高其实用性和精确性。

该系统是作为日常使用的海上打桩远程监控系统，可以实现全天候的访问。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中海上打桩远程监控系统的结构框图；

图2为本发明中现场监控系统的结构框图；

图3为现场监控系统的工作流程图；

图4为服务器数据存贮系统的工作流程图；

图5为远程可视化监视系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明提供的海上打桩远程监控系统100主要包括现场监控系统101、服务器数据接收存贮系统102以及远程可视化监控系统103三部分。

其中，现场监控系统101为整个远程监控系统的核心部分之一，主要用于对打桩现场的实时监测和控制。该系统安置在打桩船的控制室内，自动采集安置在打桩现场的各个测量传感器中的测量数据进行解算，实时提供当前桩体的位置姿态信息，为控制室内操作人员提供准确的指导数据，使得桩体定位坐标与设计值相一致。

参见图2，在本发明中该现场监控系统101主要包括现场监控装置101a、GPRS单片机101b以及数据通信模块101c。

现场监控装置101a通过相应的数据线与安置在打桩现场的各种测量传感器数据相接，根据要求来实时获取各项打桩数据。该装置可以主要由现场监控电脑和安置在现场监控电脑中的现场监控端系统组成，现场监控端系统中具有串口通信模块，安置有现场监控端系统的现场监控电脑对接受到的监测数据进行相应计算后，将计算定位结果、原始设计数据等数据内容可以由串口通信模块通过指定串口传输到GPRS单片机。对该现场监控装置101a同样还可采用其他的具体结构来实现，只要能够相应的功能即可，如整个监控装置全都可以由相应的硬件来组合实现。

GPRS单片机102用于实现现场监控系统101与服务器数据接收存贮系统102之间的采用GPRS数据通讯的方式。

为来达到快速、稳定以及精确的传输目的，本发明具体采用KS91GPRSDTU，其内嵌有相应的数据通信模块，以此来作为GPRS单片机来进行数据的传输。在具体设置时，KS91 GPRS DTU上的RS232串口接口通过串口连接线与现场监控装置101a中的电脑相接；其上的SIM卡插槽内设置有相应的SIM卡，并通过天线连接口链接天线，加强无线通信效果。

由此形成的GPRS单片机将接受到的数据通过数据通信模块发送至服务器数据接收存贮系统。

数据通信模块101c用于实现数据的发送和接受，其具体可采用相应的电路或相应的数据通信程序来实现，根据需要可集成在GPRS单片机上。

服务器数据接收存贮系统102为整个远程监控系统的数据中心，其将现场监控系统101和远程可视化监控系统103连接成一个稳定和完整的远程监控系统。其接收现场监控系统发送的监测到的打桩数据，并根据接收到的数据类型存贮至服务器的数据库中，为远程可视化监控系统提供访问时所需要的数据。

该服务器数据接收存贮系统主要由三个子模块组成：数据监听模块、数据处理存储模块以及数据获取准备模块。

其中，数据监听模块根据TCP/IP协议，不停地监听设定的端口是否有数据发送过来，当有数据过来时，将数据转发给数据监听模块进行处理。

数据处理存储模块根据数据标识，处理接收到的数据，处理成功后放入数据库进行存储。

数据获取准备模块，根据系统（如系统中的客户端）预设的要求，从数据库里将需要的数据查询出来，存储在视图里以供客户端直接读取。

综上所述，数据监听模块主要提供数据监听获取的功能，数据处理存储模块主要提供数据处理存储功能，数据获取准备模块主要按照客户端预设的要求，提供相应的数据视图以供客户端直接读取的功能。

远程可视化监控系统103，该系统与服务器数据接收存贮系统102之间通过internet网络、3G网络或者GPRS网络等进行通信相接，并调取服务器数据接收存贮系统102中存储的各项打桩数据来实时了解相应海上打桩工作的各项真实信息。

在本发明中，远程可视化监控系统103包括实时监控模块和历史查询模块，实时监控模块与服务器数据接收存贮系统进行实时数据交换，并进行实时显示。以此来实现实时查询功能；用户可以选择任意一艘打桩船，远程监控信息保持与打桩船当前监控系统运行信息一致，用户因此可以实时获取打桩船的当前运行状况。

历史查询模块可根据指令与服务器数据接收存贮系统进行数据交换，并进行显示。以此来实现历史访问功能；用户可以选择任意一艘打桩船下的某个工程项目的已打桩，并进行播放设置，用户就可以浏览已打桩的完整打桩过程。

在实际操作中，该远程可视化监控系统103运行于相应的计算机中，并可根据需要配置多个，实现多用户的同时监控和访问。

基于上述方案形成的海上打桩远程监控系统，其具有运行过程如下：

参见图1，根据上述方案在打桩船的控制室内设置现场监控系统101。构成现场监控系统中的软、硬件有：现场监控端程序、现场监控电脑、GPRS单片机以及GPRS单片机与服务器间的数据通信程序。

根据海上打桩工程的需要可以设置多个现场监控系统101分别监控不同的打桩现场。

由于打桩船需要接收来自许多串口发送过来的打桩数据，因此需要将连接GPRS单片机的串口号、比特率等进行正确设置；还需要进行数据初始化将打桩船的原始数据发送至服务器。

由此设置形成的现场监控系统其监控过程如下（参见图3）：

打开相应的打桩工程监测项目，若某打桩项目在首次打桩时，用户需新建工程项目，并输入参数和必要的原始数据，完成相应的工程项目建立。

在完成相应的硬件设备检查后，进行数据库初始化工作。进行数据库初始化操作的目的是将打桩项目的原始数据（设计桩位数据、项目属性数据等）发送至服务器，数据库完成首次初始化工作以后就无需同样的操作了。

当数据库初始化完成之后开启远程监控设置，这样就完成了打桩前的所有准备工作。

接下来用户选择需要施打桩的桩号，点击定位，根据定位结果与桩位设计数据进行比较，当两者的差值满足限差时，就可以开始打桩了。当完成当前桩后，用户可以选择继续打桩或者退出系统结束打桩工作。

现场监控程序主界面现场监控软件主菜单功能界面中包含项目、系统配置、设备控制、打桩、显示桩位图、测距仪操作、远程监控设置、查看、帮助；视图界面中包含与菜单项对应的工具条、施打桩参数视图、实时观测数据视图等。

对于服务器数据接收存贮系统102，其安置在企业内部的服务器中。其采用SQLSERVER2005作为数据库平台，用于接收和存贮海上打桩的基本数据和打桩数据计算结果，由于打桩船每秒就有一条打桩计算结果数据发送至服务器，因此还使用了数据库优化技术对数据库进行了一系列优化，使用户能够及时访问数据，加强了用户体验。本系统采用了聚集索引和数据视图的方式优化了数据库访问，系统将表的主键作为索引字段提高查询速度，另外将每条打桩船返回的最新的数据用相应的视图组织起来，使得系统中的客户端直接查询相应的视图（视图大约有数十条数据），而不必查询相应的表（表大约有数十万甚至更多条的数据）去获取数据。

该系统采用TCP协议作为数据通讯传输协议，可以实现大量数据传输过程中不出现数据丢失情况。

再者，该系统提供的数据访问均采用WCF（Windows CommunicationFoundation）服务形式。其还使用了LINQ（Language Integrated Query）技术，其是一组用于c#和Visual Basic语言的扩展，它允许编写C#或者Visual Basic代码以查询数据库相同的方式操作内存数据。

WCF将所有数据的操作均以服务的形式进行发布，仅公布相应的接口供逻辑层进行访问，逻辑层不需要知道实现细节，只要根据需要调用相应的接口，WCF就返回相应的数据结果，两者有清晰的界线。

LINQ技术应用在数据访问层上，能将数据库里的表或者视图进行实例化，系统对实例化数据的操作即是对数据库内表数据的操作，使用方便。

由此形成的服务器数据接收存贮系统利用WCF配合LINQ技术实现数据访问层，与逻辑层分开，结构更加清晰，利于维护。

由此形成的服务器数据接收存贮系统，其具体工作流程如下：

参见图4，用户首次启动系统后，需要设置数据库信息参数和本地网络参数。数据库信息参数有本地数据库名称、用户名和密码；本地网络信息参数有IP地址、端口和传输协议方式。

当设置成功以后，开启数据监听服务，系统就开始自动监听是否有数据发送过来，当数据进入时，系统会自动判断数据类型并将这些数据进行分类然后存入到系统数据库的列表文件中，供远程可视化监控用户访问。

服务器数据接收存贮系统具体实现的主界面从上至下的各个参数设置框依次为开机自启动、IP及端口、以及数据库信息，主界面下方中的发送数据、系统状态、显示最近收到的10条数据用于实验测试现场监控系统与服务器数据接收存贮系统之间数据通讯传输是否正常。对于服务器数据接收存贮系统实现的主界面并不限于上述方案，其可根据实际需求而定，只要能够达到相应的功能即可。

远程可视化监控系统103安装在施工单位地面办公室或者公司企业领导办公室中。项目相关人员和领导只需要在能够接入Internet网络的计算机中，就可以通过远程可视化监控系统103实时了解各艘打桩船的当前工作状态、项目进度、工程属性等真实信息，甚至能访问过去已打桩的详细打桩细节。

通过远程可视化监控系统103可以实现实时监控和历史查询两大主要功能，具体过程如图5所示：

首先，用户打开该远程可视化监控系统，输入相应的用户名和密码的登入该系统。

登入远程可视化监控系统后，该系统进行初始化，并连接服务器数据接收存贮系统（即连接相应的数据库），在连接成功后，便可进行实时查询和历史访问操作：

对于实时查询功能，用户可以选择任意一艘打桩船，该系统从服务器数据接收存贮系统中调取所选择打桩船对应的打桩数据，并进行实时的显示，实现远程监控界面保持与打桩船当前现场控制系统运行界面一致，用户因此可以实时获取打桩船的当前运行状况。

对于历史访问功能，用户可以选择任意一艘打桩船下的某个工程项目的已打桩，该系统从服务器数据接收存贮系统中调取所选择打桩船对应的打桩数据，并进行播放设置，用户就可以浏览已打桩的完整打桩过程。

由此形成的智能型远程监控系统基于GPRS网络与INTERNET网络互通性，采用单片机GPRS通讯技术以及互联网通讯技术，结合海上打桩的操作流程、根据打桩测量内容、方法，针对当前用户需求可以对海上打桩进行全天候的远程监控。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.海上打桩远程监控系统，其特征在于，所述远程监控系统包括：

现场监控系统，所述现场监控系统自动采集打桩过程中各个测量传感器中的测量数据进行解算，实时提供当前桩体的位置姿态信息，为控制室内操作人员提供准确的指导数据，使得桩体定位坐标与设计值相一致；

服务器数据接收存贮系统，所述服务器数据接收存贮系统与现场监控系统通信相接，接收现场监控系统发送的监测到的打桩数据，并根据接收到的数据类型存贮至服务器的数据库中，为远程可视化监控系统提供访问时所需要的数据；该系统采用聚集索引和数据视图的方式优化数据库访问，系统将表的主键作为索引字段提高查询速度，另外将每条打桩船返回的最新的数据用相应的视图组织起来，使得系统中的客户端直接查询相应的视图，而不必查询相应的表去获取数据；该服务器数据接收存贮系统利用WCF配合LINQ技术实现数据访问层，与逻辑层分开，结构更加清晰，利于维护；

远程可视化监控系统，所述远程可视化监控系统与服务器数据接收存贮系统通信相接，调取服务器数据接收存贮系统中存储的各项打桩数据来实时了解相应海上打桩工作的各项真实信息。

2.根据权利要求1所述的海上打桩远程监控系统，其特征在于，所述现场监控系统包括现场监控装置、GPRS单片机以及数据通信模块，所述现场监控装置连接打桩过程中各个测量传感器，实时获取各项打桩数据，在对数据进行计算处理后传至GPRS单片机，所述GPRS单片机将接受到的数据通过数据通信模块发送至服务器数据接收存贮系统。

3.根据权利要求1所述的海上打桩远程监控系统，其特征在于，所述服务器数据接收存贮系统，所述存贮系统主要由数据监听模块、数据处理存储模块以及数据获取准备模块组成，所述数据监听模块根据TCP/IP协议，不停地监听设定的端口是否有数据发送过来，当有数据过来时，将数据转发给数据处理存储模块进行处理；所述数据处理存储模块根据数据标识，处理接收到的数据，处理成功后放入数据库进行存储；所述数据获取准备模块根据系统预设的要求，从数据库里将需要的数据查询出来，存储在视图里以供直接读取。

4.根据权利要求1所述的海上打桩远程监控系统，其特征在于，所述远程可视化监控系统包括实时监控模块和历史查询模块，所述实时监控模块与服务器数据接收存贮系统进行实时数据交换，并进行实时显示；所述历史查询模块根据指令与服务器数据接收存贮系统进行数据交换，并进行显示。