CN112859700A - 基于物联网技术的测控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于物联网技术的测控系统，包括若干监控节点和与监控节点通信连接的物联网平台，监控节点包括采集模块、控制模块和边缘计算网关，其中采集模块包括视频采集模块、流量采集模块和水位采集模块，采集模块集成在设置河道附近采集终端上，采集模块将采集的视频信号、流量信号和水位信号上送至边缘计算网关的数据接收模块，数据接收模块接收采集模块上送信号并判断数据是否直接上送，当判断数据直接上送时，边缘计算网关通过网关将数据上送至物联网平台，当判断数据不需要直接上送时，边缘计算网关通过边缘计算模块对数据进行粗运算，不仅可以有效减小物联网平台的负荷，而且对于紧急水文险情能够做到快速反应。
Description
技术领域
本发明涉及水文监控技术领域，具体涉及基于物联网技术的测控系统。
背景技术
水文监测系统适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测，监测内容包括：水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。水文监测系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，可以大大提高水文部门的工作效率。
但是现有基于物联网平台的水文监测系统在使用的时候仍然存在一定的缺陷，现有基于物联网平台的水文监测系统所有运算均通过物联网平台，这就导致系统存在运算速度慢、运算程序复杂、反应速度慢的劣势。因此我们有必要针对现有技术的不足而提供一种基于物联网技术的测控系统。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提出基于物联网技术的测控系统，其运算速度快，而且能够有效减少物联网平台的负荷。
为了实现上述目的，本发明提出的基于物联网技术的测控系统，包括若干监控节点和与监控节点通信连接的物联网平台。
监控节点包括采集模块、控制模块和边缘计算网关，其中采集模块包括视频采集模块、流量采集模块和水位采集模块，采集模块集成在设置河道附近采集终端上，采集模块将采集的视频信号、流量信号和水位信号上送至边缘计算网关的数据接收模块，数据接收模块接收采集模块上送信号并判断数据是否直接上送，当判断数据直接上送时，边缘计算网关通过网关将数据上送至物联网平台，当判断数据不需要直接上送时，边缘计算网关通过边缘计算模块对数据进行粗运算，并且边缘计算网关还包括运行监控模块，运行监控模块将粗运算结果通过网关上送至物联网平台、将粗运算指令发送给控制模块。
物联网平台包括基础服务模块、行业服务模块、数据存储模块和设备服务模块，其中基础服务模块用于接收直接上送数据和粗运算结果并对两种数据进行细运算，行业服务模块用于解析数据和软件开发，数据存储模块用于存储数据，设备服务模块用于连接用户端、并给控制模块发送指令。
优选的，监控节点还包括GPS模块，GPS模块采集监控节点的位置信息并通过边缘计算网关上送至物联网平台。
优选的，控制模块包括闸门模块，闸门模块采用伺服电机控制，伺服电机的控制器接收运行监控模块发送的指令，并控制闸门启闭。
优选的，水位采集模块采集的水位信号直接经边缘计算模块进行计算并得到指令，最后指令通过运行监控模块发送至控制模块，视频采集模块和流量采集模块采集的数据通过网关上送至物联网平台进行计算。
优选的，基础服务模块包括物联网接入平台、实时计算和规则引擎，物联网接入平台接收网关上送的数据并进行实时计算，规则引擎将实时计算的结果转发至物联网平台其它模块。
优选的，行业服务模块包物解析、预测性维护、嵌入式可视化，物解析将实时计算的结果解析成直接可用于存储和分析的数据，预测性维护通过大数据和神经网络算法进行维护预测，嵌入式可视化用于物联网平台的软件开发。
优选的，数据存储模块包括对象存储、NoSQL、关系型DB和时序型数据库。
优选的，设备服务模块包括设备管理，设备管理接收物解析后的实时计算结果并发送给各个用户端，同时设备管理根据实时计算结果输出指令并通过物联网接入平台、边缘计算网关发送给控制模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置边缘计算网关，对部分数据进行粗运算，而不是直接上送至物联网平台进行运算，不仅可以有效减小物联网平台的负荷，而且对于紧急水文险情能够做到快速反应。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。
图1是本发明提出的基于物联网技术的测控系统整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的基于物联网技术的测控系统，包括若干监控节点和与监控节点通信连接的物联网平台。
本实施例中，多个监控节点依次布置在河道监控位置，每个监控节点布置对应一个GPS模块和边缘计算网关，监控节点通过边缘计算网关接入带物联网平台，本实施例采用的边缘计算网关型号为TG462，接口可选4路WAN口，RS232串口、RS485串口、USB以及4路AD/IO接口，本实施例采用的物联网平台基于阿里云的IaaS，租用1台8核CPU、16G内存的服务器用来搭建。
如图1所示，监控节点包括采集模块、控制模块和边缘计算网关，其中采集模块包括视频采集模块、流量采集模块和水位采集模块，采集模块集成在设置河道附近采集终端上，采集模块将采集的视频信号、流量信号和水位信号上送至边缘计算网关的数据接收模块，数据接收模块接收采集模块上送信号并判断数据是否直接上送，当判断数据直接上送时，边缘计算网关通过网关将数据上送至物联网平台，当判断数据不需要直接上送时，边缘计算网关通过边缘计算模块对数据进行粗运算，并且边缘计算网关还包括运行监控模块，运行监控模块将粗运算结果通过网关上送至物联网平台、将粗运算指令发送给控制模块。
本实施例中，视频采集模块通过工业摄像头采集河面视频图像，流量采集模块通过流量计采集河道流量数据，水位采集模块通过水位计采集河道水位，各个采集单元将，并将视频信号上传至边缘计算网关，其中边缘计算网关分析接收数据类型，边缘计算网关将水位采集模块采集的水位数据认定为基础数据，边缘计算网关对基础数据进行粗运算，并根据粗运算结果通过运行监控模块向控制模块发送指令，并且粗运算的结果会上送至物联网平台进行存储，同时边缘计算网关将河道流量数据、视频图像认定为高级数据，高级数据通过边缘计算网关内置网关上送至物联网平台进行运算。
如图1所示。物联网平台包括基础服务模块、行业服务模块、数据存储模块和设备服务模块，其中基础服务模块用于接收直接上送数据和粗运算结果并对两种数据进行细运算，行业服务模块用于解析数据和软件开发，数据存储模块用于存储数据，设备服务模块用于连接用户端、并给控制模块发送指令。
本实施例中，基础服务模块接收高级数据和粗运算结果，并对高级数据和粗运算结果进行实时流式计算即细运算，计算结果通过行业服务模块存储至数据存储模块，并且行业服务模块根据细运算结果生产控制指令并通过设备服务模块发送给用户端和控制模块，本实施的用户端包括水文所、指挥中心、抢险救援部门等等。
作为本发明的一种技术优化方案，监控节点还包括GPS模块，GPS模块采集监控节点的位置信息并通过边缘计算网关上送至物联网平台。
通过采用上述技术方案，GPS模块主要用于显示该监控节点的位置信息，在物联网平台上绘制拓扑图的时候，电气拓扑图方便用户端端通过用物联网平台实时查看每个监控节点的实时状况。
作为本发明的一种技术优化方案，控制模块包括闸门模块，闸门模块采用伺服电机控制，伺服电机的控制器接收运行监控模块发送的指令，并控制闸门启闭。
通过采用上述技术方案，伺服电机控制河道闸门启闭，边缘计算网关不仅可以根据粗运算结果给闸门模块下发启闭指令，也可以通过物联网平台运算结果给闸门模块下发启闭指令，也可以通过用户端给闸门模块下发启闭指令。
作为本发明的一种技术优化方案，水位采集模块采集的水位信号直接经边缘计算模块进行计算并得到指令，最后指令通过运行监控模块发送至控制模块，视频采集模块和流量采集模块采集的数据通过网关上送至物联网平台进行计算。
通过采用上述技术方案，将水位数据认定为基础数据，它能够更加直观、简单的判断出该流域内河道的基础信息，能够对紧急情况作出快速预警。
作为本发明的一种技术优化方案，基础服务模块包括物联网接入平台、实时计算和规则引擎，物联网接入平台接收网关上送的数据并进行实时计算，规则引擎将实时计算的结果转发至物联网平台其它模块。
通过采用上述技术方案，物联网接入平台是全托管的云服务，可以在采集模块与物联网平台、控制模块与物联网平台建立安全的双向连接，并通过主流的物联网协议(如MQTT)通讯，实现采集模块与物联网平台、控制模块与物联网平台安全稳定的消息传输，实时计算对接收到的高级数据和粗运算结果进行实时流式计算，实现数据的高级处理，规则引擎作为物联网平台的重要组件，用于将实时流式计算结果根据预先设置好的规则转发至数据存储模块和设备服务模块，用户端可通过规则引擎设定消息处理规则，对规则匹配的消息采取相应的转发操作，如推送给手机APP等；也可以将设备消息无缝转发到时序数据库、Kafka和对象存储中进行存储。
作为本发明的一种技术优化方案，行业服务模块包物解析、预测性维护、嵌入式可视化，物解析将实时计算的结果解析成直接可用于存储和分析的数据，预测性维护通过大数据和神经网络算法进行维护预测，嵌入式可视化用于物联网平台的软件开发。
通过采用上述技术方案，
作为本发明的一种技术优化方案，数据存储模块包括对象存储、NoSQL、关系型DB和时序型数据库。
通过采用上述技术方案，物解析在物联网平台为用户提供工业协议解析服务，当物联网平台收到设备端返回的高级数据或粗运算结果后，结合用户提供的设备通讯地址表，物解析服务可将数据解析成直接可用于存储和分析的数据。
作为本发明的一种技术优化方案，设备服务模块包括设备管理，设备管理接收物解析后的实时计算结果并发送给各个用户端，同时设备管理根据实时计算结果输出指令并通过物联网接入平台、边缘计算网关发送给控制模块。
通过采用上述技术方案，设备服务模块建立了用户端与物联网平台的通信连接，物联网平台不仅可以通过设备服务模块向用户端播报数据，用户端还可以通过设备服务模块向控制模块发送控制指令，同时设备服务模块还可以根据实时计算结果输出指令并通过物联网接入平台、边缘计算网关直接发送给控制模块，实现自动化操作。
上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。
Claims (8)
1.基于物联网技术的测控系统，其特征在于：包括若干监控节点和与监控节点通信连接的物联网平台；
所述监控节点包括采集模块、控制模块和边缘计算网关，其中所述采集模块包括视频采集模块、流量采集模块和水位采集模块，所述采集模块集成在设置河道附近采集终端上，所述采集模块将采集的视频信号、流量信号和水位信号上送至边缘计算网关的数据接收模块，所述数据接收模块接收采集模块上送信号并判断数据是否直接上送，当判断数据直接上送时，所述边缘计算网关通过网关将数据上送至物联网平台，当判断数据不需要直接上送时，所述边缘计算网关通过边缘计算模块对数据进行粗运算，并且所述边缘计算网关还包括运行监控模块，所述运行监控模块将粗运算结果通过网关上送至物联网平台、将粗运算指令发送给控制模块；
所述物联网平台包括基础服务模块、行业服务模块、数据存储模块和设备服务模块，其中所述基础服务模块用于接收直接上送数据和粗运算结果并对两种数据进行细运算，所述行业服务模块用于解析数据和软件开发，所述数据存储模块用于存储数据，所述设备服务模块用于连接用户端、并给控制模块发送指令。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述监控节点还包括GPS模块，所述GPS模块采集监控节点的位置信息并通过边缘计算网关上送至物联网平台。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述控制模块包括闸门模块，所述闸门模块采用伺服电机控制，所述伺服电机的控制器接收运行监控模块发送的指令，并控制闸门启闭。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述水位采集模块采集的水位信号直接经边缘计算模块进行计算并得到指令，最后指令通过运行监控模块发送至控制模块，所述视频采集模块和流量采集模块采集的数据通过网关上送至物联网平台进行计算。
5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述基础服务模块包括物联网接入平台、实时计算和规则引擎，所述物联网接入平台接收网关上送的数据并进行实时计算，所述规则引擎将实时计算的结果转发至物联网平台其它模块。
6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述行业服务模块包物解析、预测性维护、嵌入式可视化，所述物解析将实时计算的结果解析成直接可用于存储和分析的数据，所述预测性维护通过大数据和神经网络算法进行维护预测，所述嵌入式可视化用于物联网平台的软件开发。
7.根据权利要求6所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述数据存储模块包括对象存储、NoSQL、关系型DB和时序型数据库。
8.根据权利要求7所述的基于物联网技术的测控系统，其特征在于，所述设备服务模块包括设备管理，所述设备管理接收物解析后的实时计算结果并发送给各个用户端，同时设备管理根据实时计算结果输出指令并通过物联网接入平台、边缘计算网关发送给控制模块。
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