CN202305047U - 基于无线传感网的桥面测温系统 - Google Patents

Abstract

基于无线传感网的桥面测温系统，在结冰易发点的桥面各监测点埋设温度采集终端，其特征在于，桥面两侧设有若干数据接入点；所述各温度采集终端通过无线传感网的方式与各数据接入点连接，所述的数据接入点通过GPRS或3G无线网络，再通过Internet互联网与中心服务器连接。本实用新型的有益效果是，实现了一种桥梁路面测温的专业化手段，具备安装简易免开槽、无线传输免接线、长期在线免维护、数据联网易管理等特点，克服了传统人工温度采集方式工作量大、效率低、数据无法管理的缺点，可使公路管理部门实时了解桥梁路面的温度变化，并为相关部门及时准确地制定公路结冰灾害应对措施提供有力依据。

Description

基于无线传感网的桥面测温系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度测量系统，该系统用于测量高速公路或城市道路中桥梁路面各点的温度，主要用于桥梁冬季结冰预警。

背景技术

我国高速公路和城市公路上由自然灾害中引起的交通事故，以路面结冰路滑引发的事故为突出。每年冬季和早春季节，全国南北各地由于冰冻引发的道路交通事故频繁发生，造成了巨大的生命和财产损失。其中，特别在桥梁路面，由于仅依靠钢结构支撑，而没有普通路面的土基层保暖效果，因此在同一时刻，桥面的温度往往要低于相邻普通路面的温度。并且桥梁的位置往往处于交通枢纽或干道上，其上运行的车辆流量密集、车速快，若出现冰冻引发的安全事故，很有可能造成大面积拥堵甚至引发交通管制，继而严重影响交通运输，造成不可估量的经济损失。对于桥面温度检测和结冰预警目前尚无成型的技术体系和有效手段。人们无法准确预测冰冻将于何时何地及何种条件下发生，目前的方法仅限于人工现场巡检测温结合现有的事故发布系统进行温度和结冰信息的传递，耗费了大量人力物力，存在一定的安全性隐患，并且无法及时准确地提供温度和结冰预警信息，无法做到信息的统一收集和分析，公路管理部门也就无法进行系统的信息发布、采取综合应对措施，因此现有的人工测温手段无法满足实际需求。

发明内容

为了克服上述不足，本实用新型申请将提供一种基于无线传感网的桥面测温系统，使得公路管理部门的工作人员坐在计算机前，就能够实时、准确地获取其辖区内各桥梁上的各点路面温度信息，从而为其部署结冰预防和警示措施提供依据。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于无线传感网的桥面测温系统，在结冰易发点的桥面各监测点埋设温度采集终端，其特征在于，桥面两侧设有若干数据接入点；所述各温度采集终端通过无线传感网的方式与各数据接入点连接，所述的数据接入点通过GPRS或3G无线网络，再通过Internet互联网与中心服务器连接。

更具体地说，本实用新型的基于无线传感网的桥面测温系统包括温度采集终端、数据接入点、GPRS或3G无线网络、Internet互联网和中心服务器五个部分。

温度采集终端安装在桥梁路面沥青层内部，由电池模块、电源转换模块、CPU模块、存储模块、温度传感模块、模数转换模块、短距无线传输模块等组成，是一个独立的嵌入式信号采集系统。温度采集终端由大容量锂电池组进行供电，通过电源转换模块为数字电路和模拟电路提供各种电压，CPU模块控制温度传感模块对路面温度进行定时采集，并通过模数转换模块转换为数字信号，经过量化处理后存入存储模块，在上行通信通道打开的前提下，通过短距无线传输模块将温度值传输至所述的数据接入点。

数据接入点安装在桥梁侧道立柱上，由电源模块、CPU模块、存储模块、短距无线传输模块、GPRS/3G无线传输模块等组成。数据接入点从桥梁原有电气系统中取交流电，亦可通过蓄电池取直流电，再通过电源模块转换为系统需要的各路电压，CPU模块控制管理各个温度采集终端（最多可支持32路终端），通过短距无线传输模块（最远可覆盖50米）定时从所有温度采集终端上取得各监测点的温度数据，并存入存储模块，再通过GPRS/3G无线传输模块将所有数据远程发送至所述的中心服务器。因此，所述的温度采集终端与数据接入点之间的距离小于50米。

无线网络选用成熟可靠的GPRS或3G无线通信平台，其具有覆盖面广、永远在线、传输稳定的特点，广泛应用于移动办公、工业控制、远程遥测等领域。系统工作时，数据接入点一旦启动就自动登录到GPRS或3G网络上，再经过数秒的激活过程，便可登录至Internet互联网与中心服务器进行通信。

中心服务器位于桥梁业主或公路管理部门所在地，为一台高配置的计算机，通过固定IP或ADSL方式接入互联网，其后台软件部分由数据收发平台、预警算法模块、信息数据库和显示界面组成，采用浏览器/服务器架构设计。数据收发平台实时接收位于各桥面监测点的温度采集终端传回的温度信息，并可根据需求发送控制和参数设置等指令到采集终端。预警算法模块对采回的各点温度值结合当前的气温、湿度、天气预报等情况进行综合分析和推算，得出当前各点的结冰概率。信息数据库用来存储所有监测点的温度信息和其他系统信息。系统界面上显示各桥面监测点的温度值和结冰概率，以及所有温度采集终端的工作状态、参数设置等信息，当结冰概率大于设定阈值时，将触发系统的语音报警功能，用来提示操作人员注意保持观察并采取相应对策，此外显示界面上还有详细的查询和统计功能。

本实用新型的有益效果是，实现了一种桥梁路面测温的专业化手段，具备安装简易免开槽、无线传输免接线、长期在线免维护、数据联网易管理等特点，克服了传统人工温度采集方式工作量大、效率低、数据无法管理的缺点，可使公路管理部门实时了解桥梁路面的温度变化，并为相关部门及时准确地制定公路结冰灾害应对措施提供有力依据。

附图说明

图1为系统结构示意图。

图2为温度采集终端结构图。

图3为数据接入点结构图。

图4为中心服务器端结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

在图1中，系统包括如下五个部分：温度采集终端、数据接入点、GPRS/3G网络、互联网和中心服务器。

（1）温度采集终端安装在桥梁路面沥青层内部，首先由人工操作钻芯机在桥梁路面沥青层上开孔，将所述的温度采集终端放入孔中，终端表面与桥面保持水平平齐，再灌入环氧树脂系胶结剂进行密封。根据需要，在整个桥面上选择不同测点区域，每个测点中又可包含一个或数个温度采集终端。终端的电源由锂电池组提供，与数据接入点的通信通过短距无线方式实现，因此无任何外接线缆。拆卸时，钻开环氧树脂层取出终端即可。

（2）数据接入点安装在桥梁侧道立柱上，为保证短距无线通信的信号强度，安装高度应在3米以上。数据接入点可从桥梁原有电气系统中取交流电，亦可通过太阳能蓄电池持续产生直流电的方式来供电。每个测点区域可配置一台数据接入点，用以采集和管理该测点内的一个或数个温度采集终端。数据接入点从其管辖的温度采集终端获取桥面温度信息，并通过GPRS/3G网络和互联网发送至中心服务器。    （3）GPRS/3G网络负责将数据接入点发出的汇总的温度信息转发至互联网，目前可选择中国移动、联通、电信中任一家运营商的网络。其中，GPRS的数据传输速率较低，但是网络覆盖范围广，信号质量较稳定；而3G网络是未来发展的主流，通信速率很高，但目前网络覆盖范围尚有限，可根据实际条件进行选择。

（4）互联网负责将GPRS/3G网络传来的数据无损转发至中心服务器。移动通信的运营商建立传输机制，对于用户而言是透明的，无需任何操作。

（5）中心服务器位于桥梁业主或公路管理部门所在地，为一台高配置的计算机，通过固定IP或ADSL方式接入互联网，其后台软件部分由数据收发平台、预警算法模块、信息数据库和显示界面组成，采用浏览器/服务器架构设计。

在图2中，温度采集终端具体包括如下七个部分：电池模块、电源转换模块、CPU模块、存储模块、温度传感模块、模数转换模块、短距无线传输模块。电池模块采用高能量密度的锂电池组；其输出至电源转换模块，经过隔离、分压、稳压等处理后，输出终端所需要的几组电压；温度传感模块采用铂电阻温度传感器，经过取样、放大、滤波后，连接至模数转换模块，将传感器输出的模拟信号进行数字化处理，送入CPU模块；CPU模块可根据传感器的灵敏度系数将数字量变为实际的温度值，并通过并行总线存入存储模块；同时，CPU模块还通过串口连接至短距无线通信模块，在信道开通的前提下，CPU模块将温度值无线发送至数据接入点。

在图3中，数据接入点具体包括如下五个部分：电源模块、CPU模块、存储模块、短距无线传输模块、GPRS/3G无线传输模块。电源模块可同时适应交流电和直流电输入，并转换成系统需要的电压；数据接入点的短距无线传输模块与温度采集终端的短距无线传输模块互相匹配，实现无线传感网的组网通信；CPU模块将无线传感网内各温度采集终端的温度值读取后，存入存储模块；并通过串口方式连接至GPRS/3G无线传输模块，将数据发往中心服务器，同时亦接收中心服务器发来的控制和参数设置等指令。

在图4中，中心服务器系统具体包括如下四个部分：数据收发平台、预警算法模块、信息数据库和显示界面。数据收发平台将收到的数据存入信息数据库，并送至前台界面进行数字、图表等方式显示，之后数据进入预警算法模块进行结冰概率的计算，算得的结冰概率值最终也将显示在界面上；显示界面上显示的元素包括桥面各点温度值、温度变化历史曲线、温度变化趋势图、结冰概率值以及其他相关统计信息，并提供详细的查询功能。

Claims (6)

1.一种基于无线传感网的桥面测温系统，在结冰易发点的桥面各监测点埋设温度采集终端，其特征在于，桥面两侧设有若干数据接入点；所述各温度采集终端通过无线传感网的方式与各数据接入点连接，所述的数据接入点通过GPRS或3G无线网络，再通过Internet互联网与中心服务器连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感网的桥面测温系统，其特征在于，所述的温度采集终端安装在桥梁路面沥青层内部，由电池模块、电源转换模块、CPU模块、存储模块、温度传感模块、模数转换模块、短距无线传输模块等组成，是一个独立的嵌入式信号采集系统。

3.根据权利要求2所述的基于无线传感网的桥面测温系统，其特征在于，所述的温度采集终端用环氧树脂灌入密封。

4.根据权利要求1所述的基于无线传感网的桥面测温系统，其特征在于，所述的数据接入点安装在桥梁侧道立柱上，由电源模块、CPU模块、存储模块、短距无线传输模块、GPRS/3G无线传输模块组成。

5.根据权利要求4所述的基于无线传感网的桥面测温系统，其特征在于，所述的数据接入点从桥梁电气系统中取交流电；或者通过蓄电池取直流电。

6.根据权利要求1-5之一所述的基于无线传感网的桥面测温系统，其特征在于，所述的温度采集终端与数据接入点之间的距离小于50米。

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