城市地下管网数据监测系统设计与实现

作     者：刘中华 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宜怀

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081403[工学-市政工程] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：城市地下管网 实时监测 多跳路由转发 低功耗 远程更新 

摘      要：城市地下管网是保障城市正常运行的重要基础设施和“生命线,负责提供能量与信息流,但随着城市化进程的不断加快,使得城市地下管网的维护难度日益增加,维护工作不及时导致地下管网事故频发。近年来,物联网技术发展逐渐成熟,运用物联网技术推动智慧城市建设是新的发展方向。本文基于管网监测系统的研究现状,设计并实现了具备稳定性、低功耗和可维护性的管网数据监测系统。主要研究内容如下。(1)搭建管网监测系统的软硬件平台。由于管网内通信限制,将通信方式分为低功耗蓝牙(BLE)和窄带物联网(NB-IoT),根据系统的性能需求进行硬件选型,并设计硬件平台。根据构件化思想设计I2C、RS485和ADC等应用构件,并进行终端多功能任务划分,同时设计终端多跳路由转发算法保证数据自组网传输。以Web网页作为人机交互软件,对终端数据进行可视化,并提供监测预警和设备管理等功能。(2)对管网监测系统进行低功耗设计。针对锂电池供电容量有限的问题,通过电量计芯片DS2781进行电池电量的计量,并将电量信息传输至云端,以便及时进行电池的更换。在终端软件方面,设计终端低功耗策略,在保证终端正常应用的前提下降低功耗开销,延长锂电池续航时长,使其适用于供电容量有限的场景。(3)对管网监测系统进行可维护性设计。针对终端程序后期维护难的问题,提出了一种基于Flash空间存储优化的远程更新方案,划分更新预留区和标志区。该方案通过远程更新软件解析并传输更新程序,应用数据帧应答机制、更新超时机制保证数据的稳定传输,在终端内设计更新覆盖机制以保证程序的可靠替换。本文设计并实现了城市地下管网数据监测系统,实验结果表明该系统能够准确监测管网状况,具有良好的运行性能。本方案为运用物联网技术来管理地下管网提供了一种新思路,具有一定的社会意义及应用前景。