CN107067687A - 一种基于5g网络的智能窨井盖监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于5G网络的智能窨井盖监控系统，系统包括供电模块、信号接收模块和后台监管系统，信号接收模块安装在窨井盖上，供电模块与信号接收模块连接，用于为信号接收模块提供电能，后台监管系统通过5G网络与信号接收模块实现数据通信。信号接收模块包括收发信单元、射频功率放大器、射频开关、射频滤波器、天线、本振发生器和变频器，收发信单元分别与射频功率放大器、射频滤波器和变频器连接，用来完成对信号的放大和滤波，天线与射频开关连接，射频开关和射频滤波器配合，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波。本发明不需要手机具有GPS定位能力，5G基站可以在1米以内定位，精度很高。
Description
技术领域
本发明属于单元的监视控制系统领域中的分布式控制技术，具体涉及一种基于5G网络的智能井盖监控系统。
背景技术
随着城市化进程的进一步加快，市政公用设施建设发展迅速，市政、电力、通信等部门有大量市政设备、资产需要管理。其中，窨井盖成为了不可忽视的一项。大量使用中的窨井盖由于缺乏有效及时监控管理手段，给不法分子提供了可乘之机，移动、偷盗窨井盖等违法行为时有发生，同时，破损、损坏、丢失的窨井盖也因无法及时获知而得不到及时修复，这样不仅影响了相关设备的正常工作，造成巨大的直接或间接经济损失，而且丢失窨井盖的井口也会对道路上的车辆、行人造成极大的危害，对社会安定、安全造成了极大负面影响。
随着无线通信技术的发展，已经出现了不少利用，如公告号为CN203982175U、名称为“一种智能井盖监控系统”的实用新型专利就公开了一种智能井盖监控系统，包括智能井盖卡、无线网关、网络、服务器以及手持设备。智能井盖卡包括：MCU模块、位移检测模块、水位检测模块、无线通信模块、电源模块以及RFID模块。智能井盖卡能够监测井盖的开启状态和井内的水位情况，经MCU处理后的预警信息由无线网关上传到位于云端的服务器。服务器为城市井盖监控平台服务器，此平台服务器提供辖区内井盖的统一监控管理。该实用新型的智能井盖监控系统能够防止城市街道井盖的移位和被盗。但该系统的缺点是结构复杂、成本高。
5G网络作为第五代移动通信网络，具有更高的速度，更高的可靠性和更低的时延，更能够满足行业应用的特定需求，因此探讨如何利用5G网络来实现与物联网的互联互接，提供一种结构模块化、低成本的井盖管理方案，实现监测及管理工作的精细化、规范化和科学化就显得很有意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有智能井盖监控系统存在的结构复杂、成本高等缺陷。
为此，本发明提出一种基于5G网络的智能窨井盖监控系统，系统包括供电模块、信号接收模块和后台监管系统，所述信号接收模块安装在窨井盖上，供电模块与信号接收模块连接，用于为信号接收模块提供电能，后台监管系统通过5G网络与信号接收模块实现数据通信。
进一步，上述信号接收模块包括收发信单元、射频功率放大器、射频开关、射频滤波器、天线、本振发生器和变频器，本振发生器输入频率信号至收发信单元，收发信单元分别与射频功率放大器、射频滤波器和变频器连接，用来完成对信号的放大和滤波，射频功率放大器用于将收发信单元输出的射频信号放大，天线与射频开关连接，射频开关和射频滤波器配合，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波。
模块的天线部分有两种设计方式，若窨井盖的材质是水泥，则天线需与井盖平行；若窨井盖的材质是铸铁，则需要在窨井盖表面钻几个孔。
窨井盖的下方安装一个防水防腐材料制成的盒子收纳信号接收模块。
本发明还提供一种基于5G网络的智能窨井盖监控系统定位窨井盖位置的方法，具体步骤为通过计算信号接收模块与三个基站的距离，再以每个基站为圆心，测量的距离为半径画圆，三个园的交点就是窨井盖的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1，本发明中，基站定位是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机位置的，因此不需要手机具有GPS定位能力，而且5G基站可以在1米以内定位，精度很高。
2，5G信号接收模块不使用单片机系统，不带任何传感器，也不产生流量，成本小且方便实用。5G模块更省电，有利于整体系统的运作。
3，本发明是利用基站直接取得定位信息，不需要再建系统后台。信号接收模块与基站联系后，基站去系统数据库查找目标用户位置信息。
附图说明
图1为本发明监控系统的示意图。
图2为信号接收模块的组成模块示意图。
图3为信号接收模块在窨井盖上安装效果示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
首先对利用5G网络技术进行基站定位的原理做简单介绍，移动电话测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA或TDOA，根据该测量结果并结合基站的坐标，采用三角公式估计算法，就能计算出移动电话的位置。当前的手机基站定位的精度很粗劣，这是源于基站全向辐射的模式。而5G网络的关键技术之一就是波束赋形技术，利用波束赋形技术，基站对信号接收模块的辐射波瓣是很窄的，这就知道了接收模块相对于基站的方向角，在加上通过接收功率大小推导出接收模块与基站的距离，就可以实现接收模块的精准定位了，也就知道井盖的位置了。5G基站定位精度在1米以内。
本发明利用5G基站定位的方法实现对丢失井盖的位置监测，成本低，技术先进切方法简单实用。
基站定位是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机位置的，不需要手机具有GPS定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小。
因此，我们只在路面的井盖下方放置一类似手机接收基站信号的模块，此模块只需具备信号发送与接收能力，不需要额外的语音、短信等功能。当井盖被盗窃后，就可以通过基站定位找到井盖所处的位置，实现对井盖的位置监控。此发明不会产生流量费，不需要单片机系统和传感器，成本低且操作简单。
如图1所示，系统包括供电模块、信号接收模块和后台监管系统，信号接收模块安装在窨井盖上，供电模块与信号接收模块连接，用于为信号接收模块提供电能，后台监管系统通过5G网络与信号接收模块实现数据通信。
如图2所示，收发信单元用来完成对信号的放大和滤波；功率放大器用于将收发器输出的射频信号放大；开关和射频滤波器完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波。
在路面的井盖下方安置5G信号接收模块，收纳在防水防腐的盒子2中，盒子2的外壳采用ABS工程材料，可以防水防腐蚀，如图3所示。此模块可以与5G基站保持联系。5G网络采用微基站技术，即将传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站。这样更有利于信号的接收。而且，模块的天线部分有两种设计方式，若窨井盖1的材质是水泥，则天线需与井盖平行；若窨井盖的材质是铸铁，则应在窨井盖表面钻几个孔3。
信号接收模块不产生流量，只是负责广播控制信号的接收，成本低，省钱节约。5G天线尺寸小的特点，更有利于一体化嵌入到本发明中。
定位窨井盖位置的方法是利用5G基站定位，5G基站定位方法是通过计算信号接收模块与基站的距离(至少三个基站)，再以每个基站为圆心，测量的距离为半径画圆，三个园的交点就是位置。利用基站对信号接收模块的测算距离来确定模块位置的,不需要手机具有GPS定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小。而5G网络的微基站技术(即将传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站)和波束赋形技术，使得基站定位更加准确。
以上所述仅为本发明的一个具体实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于5G网络的智能窨井盖监控系统，其特征在于系统包括供电模块、信号接收模块和后台监管系统，所述信号接收模块安装在窨井盖上，供电模块与信号接收模块连接，用于为信号接收模块提供电能，后台监管系统通过5G网络与信号接收模块实现数据通信。
2.如权利要求1所述的基于5G网络的智能窨井盖监控系统，其特征在于所述信号接收模块包括收发信单元、射频功率放大器、射频开关、射频滤波器、天线、本振发生器和变频器，本振发生器输入频率信号至收发信单元，收发信单元分别与射频功率放大器、射频滤波器和变频器连接，用来完成对信号的放大和滤波，射频功率放大器用于将收发信单元输出的射频信号放大，天线与射频开关连接，射频开关和射频滤波器配合，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波。
3.如权利要求2所述的基于5G网络的智能窨井盖监控系统，其特征在于若窨井盖的材质是水泥，则天线需与井盖平行；若窨井盖的材质是铸铁，则需要在窨井盖表面钻几个孔。
4.如权利要求1所述的基于5G网络的智能窨井盖监控系统，其特征在于窨井盖的下方安装一个防水防腐材料制成的盒子收纳信号接收模块。
5.一种利用权利要求1所述的基于5G网络的智能窨井盖监控系统定位窨井盖位置的方法，其特征在于方法的具体步骤为通过计算信号接收模块与三个基站的距离，再以每个基站为圆心，测量的距离为半径画圆，三个园的交点就是窨井盖的位置。
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