基于C/S架构的高速公路清扫车远程监控系统设计

引言

在"十四五"规划中 ,环境保护仍是未来发展的重中之重 。随着人们消费水平的不断提高 ,资源和环境压力逐渐增大 ,针对道路清扫 ,传统的手工洗刷方式不仅劳动强度大 ,而且灰尘多、效率低 ,对环境危害极大 , 同时也威胁着环卫工人的身体健康 。因此 ,继续采用人工方式进行道路清扫是不现实的 ,而且这种方法也不适用于大面积的道路清扫。未来 ,道路清扫的趋势是用机械化程度更高的电动清扫车代替人力,从而有效提升清扫效率 ,减少污染 ,保护道路环境。

在清扫车进行道路清扫时 ,利用人工进行监管 ,通过人工传递信息 ,存在速度慢、工作效率低等问题 ,无法实时监督清扫车的清扫质量 。因此 ,有必要运用远程监控技术 , 在清扫车上安装传感器等硬件 , 实时采集每 一 台清扫车清扫装置的清扫数据 、运行数据 , 从而使监管人员在监控平台上就能进 一 步了解清扫车的情况。

1 系统部署架构的选择

1. 1 C/S部署架构

C/S即Client/Server , 由客户端和服务端两个部分组成。用户在进入客户端使用其现有功能时 ,需要客户端向服务器端发送请求 ,服务器端接收到请求会及时处理 ,处理完成后对客户端发送响应。在C/S结构中 ,应用程序分为两部分:服务器部分和客户机部分。服务器部分提供多个用户共享的信息与功能 ,执行后台服务 ,如控制共享数据库的操作等:客户机部分为用户所专有, 负责执行前台功能 ,在出错提示、在线帮助等方面都有强大的功能 ,并且可以在子程序间自由切换 。C/S结构在技术上已经很成熟 ,它的主要特点是交互性强、具有安全的存取模式 、响应速度快 、利于处理大量数据。C/S最大的优点就是其客户端可以支持非常多的技术 ,其功能自然而然就非常丰富 。但是其局限性也比较明显 , 需要安装其程序才能使用 ,所以它只适用于特定的用户群:它的维护成本较高 ,进行更新时 , 既要更新服务端 ,又要更新客户端。

1.2 B/S部署架构

B/S是对BrowSer/Server的简称 , 由浏览器和服务器端两个部分组成 。用户可以通过浏览器向服务器端发送HTTP请求 ,服务器端接收并处理请求 , 然后向浏览器发送响应。B/S架构的最大优点就是不用安装特定的软件 ,可以随时通过浏览器进行查看:另外 ,B/S架构开发简单 ,成本低 ,维护比C/S架构方便许多 ,并且其分布性强 ,可以在任何地方进行操作 ,客户端零维护 , 系统的扩展非常容易 , 只要有一 台能上网的电脑就能使用 。B/S架构最大的缺点就是通信开销大 ,系统和数据的安全性较难保障 ,并且响应速度较慢。

1.3 部署架构选择

C/S结构在技术上已经很成熟 , 并且相较于B/S架构具有更安全的存取模式 , 获取实时数据快于B/S架构 , 同时也可以处理大量数据 。而针对清扫车的远程监控 , 由于用户群固定 , 因此决定选用C/S部署架构。

2 远程监测系统的总体方案设计

2. 1 系统总体结构设计

如图1所示 , 本远程监控系统由传感器 、控制器 、DTU、服务器以及监控平台组成。

图l 系统总体结构示意图

远程监控系统的流程可以分为如下4个部分:

(1)数据采集过程:数据采集模块主要由传感器和控制器组成 , 不同功能的传感器安装在清扫车不同的位置上 ,将在清扫车上采集到的数据传递给控制器 ,控制器对这些模拟信号进行A/D转换(模/数转换)后将数字信号发送到无线数传模块DTU上 ,等待发送给远端的服务器。

(2)数据传输过程:选择的无线数据传输模块DTU 拥有4G和GPS两个模块 ,GPS模块用来接收清扫车的卫星定位数据 ,4G模块负责将从控制器发送过来的数据和GPS模块接收到的定位数据通过4G网络传递到服务器上。

(3)数据存储过程:将集成了4G模块的DTU发送过来的数据通过4G网络发送并存储到远程监控中心的服务器里。

(4)数据显示过程:用户登录远程监控中心平台 ,通过Internet网络向服务器发送请求数据并将服务器响应的数据显示在监控中心平台上 ,从而可以进行远程监控和查询管理。

2.2 系统监控需求分析

(1)清扫车的清扫装置一般分为两个部分:盘刷和滚刷 。

盘刷是清扫车不可或缺的工作装置 , 它具有清扫低密度垃圾、扩大清扫面积的功能 。对于盘刷 , 需要监控的参数包括:

第一 ,盘刷高度 。盘刷在工作的时候 ,要可以向外伸展和向下降落:但在未工作时 ,应将盘刷收回 , 并且距离路面要有一 定的高度 , 以避免盘刷刷毛受到磨损从而影响使用寿命 , 同时避免影响其他车辆行驶。

第二 ,盘刷接地压力 。盘刷要有一定的接地压力 ,且接地压力最好可调 。接地压力会影响盘刷的清扫效果 ,遇到不同类型的垃圾 ,选择不同的接地压力 ,可以减少刷毛的磨损 ,提高清扫效率。

第三 ,盘刷转速 。盘刷转速对于清扫效率起着十分重要的作用 ,转速过低 ,会出现漏扫现象 ,过快则会将清扫的垃圾抛出 , 因此保持与车速相对应的盘刷转速十分重要。

2)滚刷用于再次清扫由盘刷清扫后聚集在一起的垃圾 ,并且将这些垃圾上抛至垃圾箱的入口处。对于滚刷 ,需要监控的参数包括:

第一 ,滚刷高度 。滚刷与盘刷相似 ,在不工作的时候 ,为了避免滚刷刷毛受到磨损以及影响其他车辆行驶 ,需要距离路面有一定高度。

第二 ,滚刷转速 。在清扫车行驶的过程中 ,滚刷的转速也尤为重要 ,关乎是否能把垃圾清扫进入导料板。

(2)因为清扫车是由电机驱动 ,所以需要监控动力系统的参数 , 具体包括驱动电机转速 、动力电池余电量等。

(3)需要监控车辆行驶状态 ,具体参数包括车辆行驶速度、车辆位置等。

3 远程监控中心平台的搭建

3.1 数据库设计

数据库是用来存储和管理数据的仓库 , 能将数据按照一定的规则进行存放 , 因此 ,设计利用数据库对设备状态数据和施工参数数据进行长时间的储存和修改 。常见的关系型数据库有MySql、SqlServer等 。 因为 MySql性能卓越、服务稳定 ,很少出现异常宕机: 自主性强、使用成本低:软件体积小 ,安装使用简单 ,且易于维护 , 安装及维护成本低 ,所以本文选择了MySql软件对数据库进行设计。通过对系统需求的分析 ,将数据库划分为以下三类:用户基本信息数据库、车辆行驶与工作装置数据库、车辆实时位置数据库。

根据不同的要求 ,对每一个数据库创建相应的信息表,例如车辆实时位置,可以在监控平台展现出车辆当前时间所在的位置。建立的GPS定位信息表如图2所示。

图2 GPS定位信息表

3.2 远程监控平台搭建

搭建远程监控中心平台是为了可以实时显示清扫车的运行状态、电机的状态、清扫装置状态参数、清扫车位置等信息 。对每一个数据库创建相应的信息表之后 ,利用VS2019和C#语言来开发远程监控中心平台的各个模块功能。用户登录后进入监控中心的主界面 ,主界面模块主要有数据实时显示、服务器设置、运行轨迹显示、历史数据查询、报警系统等选项卡 。软件功能模块如图3所示。

4 试验效果分析

将文中所设计的远程监控系统应用到清扫车监测中,在进行试验时 ,服务器与无线数据传输模块以及远程监控中心软件连接正常 , 并且能够实时显示数据 ,实现了清扫车清扫数据的远程监控 。 当远程监控中心发现清扫装置参数异常时 ,将由报警装置发出报警信号 ,监控中心进行弹窗提醒监测人员 。监控画面如图4所示。

5 结语

清扫车作为道路清洁的主要工具 ,提高其清扫效率显得尤为重要。将远程监控系统应用到清扫车上 ,采用不同种类的传感器对其运行参数进行检测 ,监测人员在监控中心进行监控 ,可以实时查看清扫车清扫的区域 ,实时了解清扫装置的状态 ,从而判断清扫车的清扫质量是否达到要求 ,这无疑间接提升了清扫车的清扫效率。