CN112311877B - 一种基于云平台的工程机械管理系统 - Google Patents

一种基于云平台的工程机械管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于云平台的工程机械管理系统，其包括数据采集模块、数据传输模块、云平台管理模块和查询模块；所述数据采集模块用于采集工程机械的运行数据，并将所述运行数据传输至数据传输模块；所述数据传输模块用于将所述运行数据传输至云平台管理模块；所述云平台管理模块用于通过所述运行数据对工程机械的运行状态进行监测，并在发现工程机械运行异常时，向相关工作人员发出提示；所述查询模块用于对工程机械的运行状态进行查询。本发明能够实时对工程机械的运行状态进行监控，有利于及时发现工程机械的异常状态、快速对工程机械进行定位和快速判断工程机械是否空闲。方便施工人员快速对工程机械进行调用。有利于提高施工效率。

Description

一种基于云平台的工程机械管理系统
技术领域
本发明涉及管理领域，尤其涉及一种基于云平台的工程机械管理系统。
背景技术
工程机械，包括挖掘机械，铲土运输机械，工程起重机械，工业车辆，压实机械，桩工机械，混凝土机械，钢筋及预应力机等。随着建筑工地越来越大，工地里的各种工程机械也越来越多，管理也越来越困难。在需使要用到工程机械时，无法快速地获取工程机械的状态以及位置信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于云平台的工程机械管理系统，其包括数据采集模块、数据传输模块、云平台管理模块和查询模块；
所述数据采集模块用于采集工程机械的运行数据，并将所述运行数据传输至数据传输模块；
所述数据传输模块用于将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述云平台管理模块用于通过所述运行数据对工程机械的运行状态进行监测，并在发现工程机械运行异常时，向相关工作人员发出提示；
所述查询模块用于对工程机械的运行状态进行查询。
优选地，所述采集模块包括传感器节点、中继节点和基站；
所述传感器节点设置在工程机械上，所述中继节点分布设置在工地上，所述中继节点以自组网的形式组成无线传感器网络；
所述传感器节点用于采集工程机械的运行数据，并通过所述无线传感器网络将所述运行数据发送至所述基站；
所述基站用于接收工程机械上的传感器节点发送过来的运行数据，并将所述运行数据发送至数据传输模块。
优选地，所述传感器节点包括位置传感器节点、速度传感器节点、方向传感器节点、转速传感器节点和温度传感器节点；
所述位置传感器节点用于采集工程机械的实时位置，所述速度传感器节点用于采集工程机械的移动速度，所述方向传感器节点用于采集工程机械的移动方向，所述转速传感器节点用于采集工程机械的发动机转速，所述温度传感器节点用于采集工程机械的发动机温度。
优选地，所述数据传输模块包括有线传输子模块和无线传输子模块；
所述有线传输子模块包括光纤通信装置，所述光纤通信装置用于使得基站通过光纤与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述无线传输子模块包括WiFi通信装置，所述WiFi通信装置用于使得基站通过无线电波与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块。
优选地，所述云平台管理模块包括存储子模块、判断子模块和提示子模块；
所述存储子模块用于存储工程机械的运行数据；所述判断子模块用于根据所述运行数据判断工程机械的运行状态是否异常；所述提示子模块用于在工程机械的运行状态异常时，向相关工作人员发出提示。
优选地，判断工程机械的运行状态是否异常，包括：
判断运行数据是否超出预设的正常数值区间，若是，则判定工程机械的运行状态异常，若否，则判定工程机械的运行状态没有异常。
优选地，所述查询模块用于根据工程机械的识别信息查询存储在存储子模块中的工程机械的运行数据。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过对采集模块对工程机械的运行数据进行采集，能够实时对工程机械的运行状态进行监控，有利于及时发现工程机械的异常状态、快速对工程机械进行定位和快速判断工程机械是否空闲。方便施工人员快速对工程机械进行调用。有利于提高施工效率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1，为本发明一种基于云平台的工程机械管理系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种基于云平台的工程机械管理系统，其包括数据采集模块、数据传输模块、云平台管理模块和查询模块；
所述数据采集模块用于采集工程机械的运行数据，并将所述运行数据传输至数据传输模块；
所述数据传输模块用于将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述云平台管理模块用于通过所述运行数据对工程机械的运行状态进行监测，并在发现工程机械运行异常时，向相关工作人员发出提示；
所述查询模块用于对工程机械的运行状态进行查询。
在一种实施例中，所述采集模块包括传感器节点、中继节点和基站；
所述传感器节点设置在工程机械上，所述中继节点分布设置在工地上，所述中继节点以自组网的形式组成无线传感器网络；
所述传感器节点用于采集工程机械的运行数据，并通过所述无线传感器网络将所述运行数据发送至所述基站；
所述基站用于接收工程机械上的传感器节点发送过来的运行数据，并将所述运行数据发送至数据传输模块。
由于工程机械一种在移动，因此，需要设置中继节点，形成无线传感器网络，接收来自传感器节点的运行数据并对所述数据进行转发，如转发到基站。
在一种实施例中，所述传感器节点包括位置传感器节点、速度传感器节点、方向传感器节点、转速传感器节点和温度传感器节点；
所述位置传感器节点用于采集工程机械的实时位置，所述速度传感器节点用于采集工程机械的移动速度，所述方向传感器节点用于采集工程机械的移动方向，所述转速传感器节点用于采集工程机械的发动机转速，所述温度传感器节点用于采集工程机械的发动机温度。
在一种实施例中，所述数据传输模块包括有线传输子模块和无线传输子模块；
所述有线传输子模块包括光纤通信装置，所述光纤通信装置用于使得基站通过光纤与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述无线传输子模块包括WiFi通信装置，所述WiFi通信装置用于使得基站通过无线电波与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块。
在一种实施例中，所述云平台管理模块包括存储子模块、判断子模块和提示子模块；
所述存储子模块用于存储工程机械的运行数据；所述判断子模块用于根据所述运行数据判断工程机械的运行状态是否异常；所述提示子模块用于在工程机械的运行状态异常时，向相关工作人员发出提示。
在一种实施例中，给不同的工程机械设定不同的活动区域，当判断到工程机械的位置超出所述活动区域时，则判断工程机械运行状态异常，向相关的工作人员进行提示。
在另一种实施例中，对工程机械的发动机温度设定一个正常的数值区间，当判断到工程机械的发动机温度超出所述数值区间时，则判断工程机械运行状态异常，向相关的工作人员进行提示。
在一种实施例中，判断工程机械的运行状态是否异常，包括：
判断运行数据是否超出预设的正常数值区间，若是，则判定工程机械的运行状态异常，若否，则判定工程机械的运行状态没有异常。
在一种实施例中，所述查询模块用于根据工程机械的识别信息查询存储在存储子模块中的工程机械的运行数据。
所述识别信息包括工程机械的身份识别ID。
在另一种实施方式中，查询模块包括输入子模块，查询子模块和显示子模块：
所述输入子模块用于查询人员输入工程机械的身份识别ID；
所述查询子模块用于根据所述工程机械的身份识别ID在存储子模块中查询所述身份识别ID对应的工程机械的运行数据，得到查询结果；
所述显示子模块用于显示所述查询结果。
查询结果包括工程机械的实时位置、移动速度、移动方向、发动机转速、发动机温度等。
在一种实施方式中，中继节点以自组网的形式组成无线传感器网络，包括：
基站以分簇的形式将中继节点划分为簇头节点和成员节点，并将分簇结果通过广播的方式发送至各个中继节点；
成员节点用于接收来自传感器节点的运行数据，并将所述运行数据发送至簇头节点，所述簇头节点用于将所述运行数据发送至基站。
在一种实施方式中，簇头节点通过如下方式进行选取：
基站计算每个中继节点的分簇指数：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中，aindex(nod)表示中继节点nod的分簇指数，a表示预设的控制系数，e1(nod)和 e2(nod)分别表示nod的当前剩余电量和初始电量，db(nod)表示nod与基站之间的距离，numnei(nod)表示nod的通信范围内的中继节点的总数，s(nod)表示nod的通信范围的面积，neiU表示nod的通信范围内的所有中继节点的集合，dc,nod表示nod和neiU中的中继节点c 之间的距离，aved表示nod和neiU中的所有中继节点之间的距离的均值；
将所有中继节点的分簇指数从大到小进行排序，选取排名靠前的numZ个分簇指数对应的中继节点作为候选簇头节点，将所有的候选簇头节点存入第一集合中；
对候选簇头节点进行筛选：对于任意两个通信范围重叠的候选簇头节点nodh1和nodh2，判断nodh1和nodh2之间的通信范围的重叠面积是否大于设定的面积阈值sthr，若是，则比较nodh1和nodh2的分簇指数，两者之间分簇指数较小的候选簇头节点不再作为候选簇头节点，将分簇指数较小的候选簇头节点从第一集合中删除；
对候选簇头节点筛选完毕后，将第一集合中的剩余的候选簇头节点作为最终的簇头节点。
在选取簇头时，并不是像传统的簇头选取协议那样，通过产生随机数来选取簇头，而是考虑了中继节点在剩余电量、与基站之间的距离、通信范围内的其它中继节点的分布情况、与通信范围内的其它中继节点的距离情况等因素，使得剩余电量较多、距离基站较近、通信范围内的其它中继节点多、与通信范围内其它中继节点之间的比较近的中继节点成为簇头节点的成功率更高，使得在保证簇头节点的覆盖范围的同时，还能够有效地减少簇头节点的数量，有利于延长无线传感器网络的工作寿命。而对于通信范围重叠的两个候选簇头节点，通过判断重叠面积是否大于设定的面积阈值，有利于避免簇头节点扎堆分布，造成覆盖效率的下降，造成无线传感器网络的能量的浪费，有利于进一步延长无线传感器网络的工作寿命以及保证无线传感器网络的覆盖范围。
每次分簇时，中继节点都会将分簇所需要的数据发送至基站，所述数据包括中继节点的当前剩余能量，与基站之间的距离等。
在一种实施方式中，基站通过如下方式判断是否重新进行分簇：
基站接收来自簇头节点的异常告知消息，并判断发送异常告知消息的簇头节点的总数是否大于设定的数量阈值，若是，则重新进行分簇。
在一种实施例中，簇头节点通过下述方式判断是否发送异常告知消息：
簇头节点采用固定的时间间隔判断自身电量消耗是否正常，若是，簇头节点则不向基站发送异常告知消息，若否，簇头节点则向基站发送异常告知消息；
判断自身电量消耗是否正常，包括：
将每次判断的时刻存为集合tim，tim＝{t1,t2,...,tn}，n表示tim中的元素的总数，tn表示第n次判断自身电量消耗是否正常，将tim中相邻两个元素之间的电量消耗存入集合Ex， Ex＝{ex1,ex2,...,exn}，exn表示在时间区间[tn-1,tn]内消耗的电量，ex1表示在时间区间[t0,t1]内消耗的电量，t0表示分簇完成的时刻，
将exn和eyn进行对比，若|aexn-exn|＜dthr，则簇头节点判定自身的电量消耗不正常，否则，簇头节点判定自身的电量消耗正常，dthr为设定的电量消耗阈值，
eyn表示簇头节点在时刻tn-1估计的簇头节点在时间区间[tn-1,tn]内消耗的电量，
eyn＝α×exn-1+(1-α)(eyn-1+qn-1)
qn-1＝β(exn-1-exn-2)+(1-β)qn-2
式中，eyn-1表示簇头节点在时刻tn-2估计的簇头节点在时间区间[tn-2,tn-1]内消耗的电量，α和β表示预设的权重参数，qn-1表示eyn的误差补偿值。
一般情况下，簇头节点的能量消耗不会突然变化太多，若是，则表明传感器节点的位置分布发生了重要的变化，即工程机械的分布发生了重要的变化。因此，通过判断估计的电量消耗值和实际的电量消耗值之间的差别是否大于设定的电量消耗阈值来判断簇头节点的电量消耗是否异常，实现了对工程机械的分布的实时监测，有利于基站及时对中继节点进行重新分簇，延长右中继节点组成的无线传感器网络的寿命。
在一种实施方式中，成员节点和簇头节点之间采用单跳传输或多跳传输的方式进行通信：
簇头节点采用固定的周期向其簇内的成员节点发送传输参数csidx，成员节点判断其与其所属簇的簇头节点之间的欧式距离dct是否大于csidx，若是，则成员节点选择多跳传输的方式与簇头节点进行通信，若否，则成员节点选择单跳传输的方式与簇头节点进行通信；
传输参数csidx通过如下方式进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中，tdmi表示簇头节点的与其通信范围内的成员节点的最小距离，tdma表示簇头节点的与其通信范围内的成员节点的最大距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示以簇头节点为圆心，半径为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的圆形区域Cy中，所有成员节点的初始电量的和，ns表示Cy中的成员节点的总数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示Cy中所有的成员节点的剩余电量的均值，h表示控制系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
本发明上述实施例，成员节点能够根据簇头节点的周边的其它成员节点的电量情况来自适应地选择与簇头节点之间的数据传输方式，能够实现成员节点和簇头节点之间的合理数据传输，有利于避免成员节点过快地消耗能量而丧失传输能力，有利于保持无线传感器网络的覆盖范围，保证传感器节点发送过来的运行数据能够及时得到转发，有利于提高工程机械管理系统对工程机械的管理的实时性，及时发现工程机械的异常。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，其包括数据采集模块、数据传输模块、云平台管理模块和查询模块；
所述数据采集模块用于采集工程机械的运行数据，并将所述运行数据传输至数据传输模块；
所述数据传输模块用于将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述云平台管理模块用于通过所述运行数据对工程机械的运行状态进行监测，并在发现工程机械运行异常时，向相关工作人员发出提示；
所述查询模块用于对工程机械的运行状态进行查询；
所述采集模块包括传感器节点、中继节点和基站；
所述传感器节点设置在工程机械上，所述中继节点分布设置在工地上，所述中继节点以自组网的形式组成无线传感器网络；
所述传感器节点用于采集工程机械的运行数据，并通过所述无线传感器网络将所述运行数据发送至所述基站；
所述基站用于接收工程机械上的传感器节点发送过来的运行数据，并将所述运行数据发送至数据传输模块；
中继节点以自组网的形式组成无线传感器网络，包括：
基站以分簇的形式将中继节点划分为簇头节点和成员节点，并将分簇结果通过广播的方式发送至各个中继节点；
成员节点用于接收来自传感器节点的运行数据，并将所述运行数据发送至簇头节点，所述簇头节点用于将所述运行数据发送至基站；
簇头节点通过如下方式进行选取：
基站计算每个中继节点的分簇指数：
Figure FDA0003192458150000011
式中，aindex(nod)表示中继节点nod的分簇指数，a表示预设的控制系数，e1(nod)和e2(nod)分别表示nod的当前剩余电量和初始电量，db(nod)表示nod与基站之间的距离，numnei(nod)表示nod的通信范围内的中继节点的总数，s(nod)表示nod的通信范围的面积，neiU表示nod的通信范围内的所有中继节点的集合，dc,nod表示nod和neiU中的中继节点c之间的距离，aved表示nod和neiU中的所有中继节点之间的距离的均值；
将所有中继节点的分簇指数从大到小进行排序，选取排名靠前的numZ个分簇指数对应的中继节点作为候选簇头节点，将所有的候选簇头节点存入第一集合中；
对候选簇头节点进行筛选：对于任意两个通信范围重叠的候选簇头节点nodh1和nodh2，判断nodh1和nodh2之间的通信范围的重叠面积是否大于设定的面积阈值sthr，若是，则比较nodh1和nodh2的分簇指数，两者之间分簇指数较小的候选簇头节点不再作为候选簇头节点，将分簇指数较小的候选簇头节点从第一集合中删除；
对候选簇头节点筛选完毕后，将第一集合中的剩余的候选簇头节点作为最终的簇头节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，所述传感器节点包括位置传感器节点、速度传感器节点、方向传感器节点、转速传感器节点和温度传感器节点；
所述位置传感器节点用于采集工程机械的实时位置，所述速度传感器节点用于采集工程机械的移动速度，所述方向传感器节点用于采集工程机械的移动方向，所述转速传感器节点用于采集工程机械的发动机转速，所述温度传感器节点用于采集工程机械的发动机温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，所述数据传输模块包括有线传输子模块和无线传输子模块；
所述有线传输子模块包括光纤通信装置，所述光纤通信装置用于使得基站通过光纤与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块；
所述无线传输子模块包括WiFi通信装置，所述WiFi通信装置用于使得基站通过无线电波与互联网连接，将所述运行数据传输至云平台管理模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，所述云平台管理模块包括存储子模块、判断子模块和提示子模块；
所述存储子模块用于存储工程机械的运行数据；所述判断子模块用于根据所述运行数据判断工程机械的运行状态是否异常；所述提示子模块用于在工程机械的运行状态异常时，向相关工作人员发出提示。
5.根据权利要求4所述的一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，判断工程机械的运行状态是否异常，包括：
判断运行数据是否超出预设的正常数值区间，若是，则判定工程机械的运行状态异常，若否，则判定工程机械的运行状态没有异常。
6.根据权利要求5所述的一种基于云平台的工程机械管理系统，其特征在于，所述查询模块用于根据工程机械的识别信息查询存储在存储子模块中的工程机械的运行数据。
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GR01 Patent grant
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