Intelligente byer er blevet den fjerde bølge efter industrialisering, informatisering og elektrificering. Opførelsen af intelligente byer er frontlinjen inden for global byudvikling. I dag er mange byrør til regnvandsdræning ofte blokeret, hvilket påvirker dræningen alvorligt og resulterer i hyppig vandophobning på veje, hvilket alvorligt påvirker folks liv og transport. Derudover er brønddæksler blevet stjålet og beskadiget fra tid til anden i de senere år, hvilket nogle gange fører til, at fodgængere falder i kloakken. Og for meget trafik på vejene påvirker også trafiksituationen og folks transport. Derfor er det meget nødvendigt at udføre systematisk håndtering af alle aspekter af kommunale problemer. Samtidig giver det, hvad angår teknologiudvikling, med fremskridtene inden for intelligent sensorteknologi og trådløse sensorer, den hurtige udvikling og implementering af NB-IOT mobilkommunikationsteknologi samt den hurtige popularisering af bredbåndsinternet, også et solidt teknisk fundament for opførelsen af "kommunal forvaltning af intelligente byer".
1 Systemfunktion
Vi bygger en intelligent kommunal styringsplatform til byens ledere, som kan fjernovervåge status for brønddæksler, trafikflow, rørledningsblokeringer og andre oplysninger, samtidig med at den kan udsende rettidig alarm, når der opstår problemer, og finde mere effektive løsninger. Produktet kan også udføre alle operationer visuelt.
2 Grundlæggende designidéer
2.1 Overvågning af vandstrømningstilstand
Hver node bruger ultralydsmodulet til at detektere vandstandshøjden og sammenligner vandstandshøjden mellem de tilstødende noder for at bedømme, om der er en blokering (hvis forskellen i vandstand mellem de tilstødende noder er stor, kan det betragtes som, at drænrøret mellem de to noder er blokeret, og blokeringens omfang kan groft bedømmes ud fra højdeforskellen). Det skematiske diagram over blokeringsdetektion er vist i figur 1.
Indsamling af information om vandstanden på hvert tidspunkt bruges til at danne en højdekurve for vandstanden. Når vandstanden stiger for hurtigt, udløses alarmen.
Modulet placeres øverst i rørledningen nær brønden for at eliminere påvirkningen fra ujævnt terræn. Princippet bag ultralydsmåling er at måle den tid, det tager for lydbølgen at reflekteres tilbage fra en forhindring, efter den er affyret, baseret på ultralydbølgens kendte udbredelseshastighed i luften, og beregne den faktiske afstand fra affyringspunktet til forhindringen i henhold til tidsforskellen mellem affyring og modtagelse. Når vandstanden i tilstødende noder er forskellig, kan det fremhæves i den øvre computersoftware for at løse problemet hurtigere.
2.2 Statusdetektion af brønddækning
Gyroskopmodulet bruges til at detektere ændringer i akseldækslets vinkel for at bedømme, om dækslet er løst eller åbent uden grund, for at realisere funktionen af tyverisikring og detektering af løshed.
MPU6050 har funktionen til vinkelacceleration og accelerationsdetektion, og præcisionen er meget høj. Den kan detektere mikroskopiske vinkelændringer. I2C-kommunikationsprotokollen er meget nem at betjene. Mpu6050 kan fastgøres vandret til brønddækslet. Når brønddækslet åbnes, kan modulet detektere ændringen i vinkel og give feedback. Hvis brønddækslet er løst, og når en person eller et køretøj passerer gennem brønddækslet, vil brønddækslets vinkel ændre sig en smule. Informationen fra MPU6050 kan bruges til at bedømme, om brønddækslet er løst eller ej. Hvis brønddækslets hældning er større end 30°, vurderes det, at brønddækslet er åbent. Hvis vinklen er -5°~5° med konstant udsving, vurderes det, at det er løst.
2.3 Overvågning af overflademiljøet
Overvåg overfladetemperaturen og luftfugtigheden, vurder vejrforholdene og giv given feedback.
2.3.1 Fugtighedsregistrering
Ved at installere fugtighedssensoren på den indvendige kant af brønddækslet registreres fugtighedsstatus i realtid, og der sendes feedback til det centrale processorsystem for hver node. Når fugtigheden er høj i regnvejr, eller overfladevand trænger ind i sensoren gennem kanten af brønddækslet, og fugtigheden overstiger en bestemt værdi, vil det centrale processorsystem reagere, forbedre kommunikationsfrekvensen med værten og give feedback i realtid, hvilket vil være nyttigt for ledere at beherske mere information i tilfælde af en nødsituation.
2.3.2 Temperaturdetektion
Det er nyttigt for kommunen at montere temperatursensoren under brønddækslet for at indsamle og rapportere oplysninger om overfladetemperatur, så den kan få et overblik over temperatursituationen i forskellige dele af byen og træffe køleforanstaltninger i områder med for høje temperaturer. (Den øverste computer kan bruges til at generere temperaturændringskurven og forudsige den fremtidige temperatur)
Temperatursensoren LM35DZ er anvendt. Chippen er lille og fleksibel i størrelse og har høj nøjagtighed. Dataene kan være nøjagtige med to decimaler. Chippen kan anvende single-bus-kommunikationstilstand og er nem at betjene.
2.4 Overvågning af trafikflow
Bildetekteringsmodulet er installeret på brønddækslet for at registrere trafikstrømmen og sende den til den kommunale forvaltningsafdeling som reference.
Det er planlagt at bruge en geomagnetisk sensor til at realisere funktionen af køretøjsflowovervågning. Modulet kan registrere magnetfeltsituationen nøjagtigt. Når der kører køretøjer forbi, vil det forstyrre magnetfeltet. Hvis modulet registrerer ændringer i magnetfeltet, kan det vurdere, om der kører køretøjer forbi. I øjeblikket bruges modulet primært til parkeringspladsdetektering. Modulets vigtigste fordele er som følger:
(1) Lille og fleksibel størrelse. Modulet kan nemt bruges i produkter;
(2) Høj følsomhed. Modulet er meget følsomt over for ændringer i jordens magnetfelt og kan registrere køretøjets bevægelse ud over 3 m;
(3) Ultralavt strømforbrug. Modulets gennemsnitlige driftsstrøm er mindre end 200 μA. Og dens driftsspænding kan være så lav som 2,0 V, hvilket kan maksimere batteriets levetid (to nr. 5 Nanfu-batterier kan fungere i mere end 3 måneder, professionelle industribatterier med stor kapacitet kan fungere i mere end 5 år, og batterier med superstor kapacitet kan endda fungere i mere end 10 år, hvilket afhænger af batteriets levetid).
(4) Enkel og brugervenlig. Modulet har en switch-interface og en UART seriel port. Switch-interfacet kan give højt og lavt niveau output. Højt niveau betyder, at der er en bil, lavt niveau betyder, at der ikke er nogen bil; UART seriel port giver timing statusrapport, parameterindstilling og andre funktioner.
2.5 Dataoverførsel
2.5.2 NB-IOT-del
Nb-IOT-delen bruges til at sende information behandlet af den centrale controller (Beaglebone) til internettet. Brug af NB-IOT til at overføre data har følgende fordele:
(1) NB-IOT-signalet dækker et bredt område, hvilket kan sikre en problemfri overførsel af alle data til internettet;
(2) Netværkshastigheden kan nå op på omkring 20 K pr. sekund, hvilket er nok til at overføre data;
(3) Sammenlignet med SMS er omkostningerne ved at bruge NB-IOT til dataoverførsel lavere;
(4) Det er nemt at bruge seriel kommunikationsprotokol
2.5.3 Serverdel
Da den IP-adresse, der bruges af NB-IOT-modulet, tildeles tilfældigt, skal brugerne også logge ind på forskellige IP-enheder, så det er vanskeligt at sende de indsamlede oplysninger direkte til brugernes enheder. Derfor er det besluttet at bruge serverplatformen som dataoverførselsstation. Alle de indsamlede oplysninger sendes til serveren til midlertidig lagring via NB-IOT, og brugeren bruger den øvre computer til at få adgang til serveren for at hente dataene.
2.7 Intelligent kontrolgrænseflade
Den øvre computer henter dataene fra serverplatformen og præsenterer dem for brugeren i form af visualisering. Gennem den visuelle brugerflade kan brugeren intuitivt forstå placeringsforholdet mellem hver node og bekvemt få information om vandstand, temperatur, fugtighed, brønddækningsstatus, trafikflow og andre oplysninger for hver node. Når der er forskellige unormale forhold, såsom blokering, hurtig stigning i vandstanden eller unormal brønddækningsstatus, kan brugeren rettidigt give feedback på status- og placeringsoplysningerne.
Den øverste computer bruger API'en fra Baidu Map til at vise kortet over det overvågede område på websiden, og hver node er markeret på kortet, hvilket er meget tydeligt. Ved hjælp af Django-arkitekturen i Python og HTML, JS og andre sprog præsenteres de data, der indsamles af hver node, i form af et diagram på websiden, og du kan kontrollere det ved at klikke på tagget. Samtidig kan alarmfunktionen informere brugeren om problemer i tide.
- Overordnet blokdiagram
Det overordnede blokdiagram for systemet er vist i figur 4, og følgende funktioner er endeligt realiseret:
(1) Indbrudsalarm, brug netværket til at informere kommunale afdelinger for at løse problemet med manglende brønddækning i tide.
(2) Løs alarm, eliminer den potentielle sikkerhedsrisiko forårsaget af skader på brønddæksel for fodgængere.
(3) Alarm for blokering af rørledninger, der vises visuelt i den brugerflade, for at hjælpe rengøringsafdelingen med at rydde op i tide, eliminere skjulte farer og forhindre forekomsten af vandmætning i byområder.
(4) Mål jordtemperaturen og send dataene tilbage.
(5) Registrer vandstanden og send dataene tilbage.
(6) Registrer jordens fugtighed og øg transmissionsfrekvensen, når fugtigheden stiger, hvilket er nyttigt til varsling om kraftig regn.
(7) Registrer køretøjsflow, send data tilbage i realtid og hjælp til trafikstyring.
(8) Vis de returnerede data i visualiseringsgrænsefladen, og udfør den tilsvarende behandling og klassificering, hvilket giver et praktisk driftsmiljø for kommunale afdelinger.
(9) Opret databasen til at gemme de returnerede data til nem brug og analyse.
4 Afsluttende bemærkninger
Systemet sigter mod at opbygge en intelligent kommunal forvaltningsplatform for byen for at give offentligheden et mere bekvemt og sikkert liv. Ved at bruge brønddækslet som et regionalt konvergenspunkt, er centraliseret transmission og intelligent behandling af de indsamlede data en væsentlig innovation i projektet. Under hensyntagen til dræning, trafik, trafiksikkerhed og andre kommunale oplysninger er opbygningen af en smart by et højdepunkt i projektet. Selvom der stadig er nogle problemer med strømforsyning og antenner, er de ikke svære for ingeniører at løse, hvilket kan give en større garanti for folks sikkerhed og livskvalitet.
