Älykkäästä kaupungista on tullut neljäs aalto teollistumisen, informatisaation ja sähköistämisen jälkeen. Älykkään kaupungin rakentaminen on maailmanlaajuisen kaupunkikehityksen eturintamassa oleva trendi. Nykyään monet kaupunkien sadevesiviemäröintiputket ovat usein tukossa, mikä vaikuttaa vakavasti viemäröintiin ja johtaa veden kertymiseen teille, mikä puolestaan vaikuttaa vakavasti ihmisten elämään ja liikkumiseen. Lisäksi kaivojen kansia on viime vuosina varastettu ja vaurioitunut ajoittain, minkä seurauksena jalankulkijat ovat joskus pudonneet viemäriin. Myös liika liikenne teillä vaikuttaa liikennetilanteeseen ja ihmisten liikkumiseen. Siksi on erittäin tärkeää hallita järjestelmällisesti kaikkia kunnallisten ongelmien osa-alueita. Samaan aikaan teknologian kehityksen kannalta langattomien antureiden älykkään tunnistusteknologian edistyminen, NB-IOT-mobiiliviestintäteknologian nopea kehitys ja käyttöönotto sekä laajakaistainternetin nopea yleistyminen tarjoavat myös vankan teknisen perustan "älykkään kaupungin kunnallishallinnon" rakentamiselle.
1 Järjestelmän toiminto
Rakennamme älykkään kunnallishallinnon alustan kaupunginjohtajille, joka voi samanaikaisesti etänä seurata kaivojen kansien tilaa, liikennevirtaa, putkistojen tukoksia ja muita tietoja. Tämä voi hälyttää ajoissa ongelmien ilmetessä ja tehdä tehokkaampia ratkaisuja. Tuote voi myös suorittaa kaikki toiminnot visuaalisesti.
2 Perussuunnitteluideaa
2.1 Veden virtausolosuhteiden seuranta
Jokainen solmu käyttää ultraäänimoduulia vedenpinnan korkeuden mittaamiseen ja vertaa vierekkäisten solmujen vedenpinnan korkeutta voidakseen arvioida, onko tukos olemassa (jos vierekkäisten solmujen välinen vedenpinnan ero on suuri, voidaan olettaa, että kahden solmun välinen salaojaputki on tukossa, ja tukoksen vakavuus voidaan karkeasti arvioida korkeuseron perusteella). Tukosten havaitsemisen kaaviokuva on esitetty kuvassa 1.
Vedenpinnan korkeuskäyrän muodostamiseksi kerätään vedenpinnan korkeustietoja kullakin hetkellä. Kun vedenpinnan korkeus nousee liian nopeasti, hälytys laukeaa.
Moduuli sijoitetaan putken päälle kaivon lähelle epätasaisen maan vaikutuksen poistamiseksi. Ultraäänietäisyyden mittauksen periaatteena on mitata aika, joka ääniaallon heijastumiselta esteestä sen laukaisun jälkeen kuluu ultraääniaallon tunnetun ilmassa etenemisnopeuden perusteella, ja laskea todellinen etäisyys laukaisupisteestä esteeseen laukaisu- ja vastaanottoajan välisen aikaeron perusteella. Kun vierekkäisten solmujen vedenpinta on erilainen, se voidaan korostaa ylemmässä tietokoneohjelmistossa ongelman ratkaisemiseksi nopeammin.
2.2 Kaivon kannen tilan havaitseminen
Gyroskooppimoduulia käytetään akselin kannen kulman muutoksen havaitsemiseen, jotta voidaan arvioida, onko kansi löysä vai avattu ilman syytä, varkaudenesto- ja löysyyden havaitsemistoiminnon toteuttamiseksi.
MPU6050:lla on kulmakiihtyvyyden ja kiihtyvyyden tunnistustoiminto, ja sen tarkkuus on erittäin korkea. Se pystyy havaitsemaan kulman mikroskooppisia muutoksia. I2C-tiedonsiirtoprotokollan käyttö on erittäin helppoa. Mpu6050 voidaan kiinnittää kaivon kanteen vaakasuoraan. Kun kaivon kansi avataan, moduuli voi havaita kulman muutoksen ja antaa palautteen. Jos kaivon kansi on löysä ja joku tai ajoneuvo kulkee sen läpi, kaivon kannen kulma muuttuu hieman. MPU6050:n palauttamia tietoja voidaan käyttää sen arvioimiseen, onko kaivon kansi löysä vai ei. Jos kaivon kannen kaltevuus on yli 30°, kaivon kannen katsotaan olevan auki; jos kulma on -5°～5° jatkuvalla vaihtelulla, sen katsotaan olevan löysä.
2.3 Pintaympäristön seuranta
Seuraa pinnan lämpötilaa ja kosteutta, arvioi sääolosuhteet ja anna palautetta.
2.3.1 Kosteuden tunnistus
Kosteusanturin asentaminen kaivon kannen sisäreunaan mittaa kosteustilan reaaliajassa ja antaa palautetta kunkin solmun keskusjärjestelmälle. Kun kosteus on korkea sateisella säällä tai pintavesi tunkeutuu anturiin kaivon kannen reunan kautta ja kosteus ylittää tietyn arvon, keskusjärjestelmä reagoi, parantaa tiedonsiirtotiheyttä isännän kanssa ja antaa palautetta reaaliajassa, mikä auttaa johtajia hallitsemaan lisätietoja hätätilanteessa.
2.3.2 Lämpötilan mittaus
Lämpötila-anturin kiinnittäminen kaivon kannen alle pintalämpötilatietojen keräämiseksi ja raportoimiseksi auttaa kunnallista osastoa ymmärtämään lämpötilatilannetta kaupungin eri osissa ja ryhtymään jäähdytystoimenpiteisiin alueilla, joilla on liian korkea lämpötila. (Ylempää tietokonetta voidaan käyttää lämpötilan muutoskäyrän luomiseen ja tulevan lämpötilan ennustamiseen.)
Lämpötila-anturi LM35DZ on käytössä. Siru on pieni ja joustava kooltaan ja erittäin tarkka. Tiedot voivat olla kahden desimaalin tarkkuudella. Siru voi käyttää yhden väylän tiedonsiirtotilaa ja on helppokäyttöinen.
2.4 Liikennevirran seuranta
Auton tunnistusmoduuli asennetaan kaivon kanteen liikennevirran havaitsemiseksi ja sen välittämiseksi kunnan hallinto-osastolle viitteeksi.
Ajoneuvovirtauksen valvontaan on suunniteltu geomagneettisen anturin käyttöä. Moduuli pystyy havaitsemaan magneettikentän tilanteen tarkasti. Kun ajoneuvoja ohittaa, se häiritsee magneettikenttää. Jos moduuli havaitsee magneettikentän muutoksen, se voi päätellä, onko ajoneuvoja ohittamassa. Tällä hetkellä moduulia käytetään pääasiassa pysäköintipaikan tunnistukseen. Moduulin tärkeimmät edut ovat seuraavat:
(1) Pieni ja joustava koko. Moduulia voidaan helposti käyttää tuotteissa;
(2) Korkea herkkyys. Moduuli on erittäin herkkä maan magneettikentän muutoksille ja pystyy havaitsemaan ajoneuvon liikkeen yli 3 metrin etäisyydeltä;
(3) Erittäin alhainen virrankulutus. Moduulin keskimääräinen käyttövirta on alle 200 μA. Ja sen käyttöjännite voi olla jopa 2,0 V, mikä voi maksimoida akun käyttöiän (kaksi nro 5 Nanfu-akkua voi toimia yli 3 kuukautta, ammattikäyttöön tarkoitetut suurikapasiteettiset teollisuusakut voivat toimia yli 5 vuotta, ja erittäin suuret akut voivat toimia jopa yli 10 vuotta tai akun säilyvyysaika määrää sen).
(4) Yksinkertainen ja helppokäyttöinen. Moduuli tarjoaa kytkinliitännän ja UART-sarjaportin. Kytkinliitäntä voi tarjota korkean ja matalan tason lähtöjännitteen. Korkea taso tarkoittaa, että auto on olemassa, matala taso tarkoittaa, että autoa ei ole; UART-sarjaportti tarjoaa ajoitustilaraportoinnin, parametrien asettamisen ja muita toimintoja.
2.5 Tiedonsiirto
2.5.2 NB-IOT-osa
Nb-IOT-osaa käytetään keskusohjaimen (Beaglebone) käsittelemän tiedon lähettämiseen Internetiin. NB-IOT:n käytöllä tiedonsiirtoon on seuraavat edut:
(1) NB-IOT-signaali kattaa laajan alueen, mikä voi varmistaa kaiken tiedon sujuvan siirron Internetiin;
(2) Verkon nopeus voi olla noin 20 K sekunnissa, mikä riittää datan lähettämiseen;
(3) Tekstiviesteihin verrattuna NB-IOT:n tiedonsiirron kustannukset ovat alhaisemmat;
(4) Sarjaliikenneprotokollan käyttö on helppoa
2.5.3 Palvelinosa
Koska NB-IOT-moduulin käyttämä IP-osoite annetaan satunnaisesti, käyttäjien on myös kirjauduttava sisään eri IP-laitteilla, joten kerättyjen tietojen lähettäminen suoraan käyttäjien laitteisiin on vaikeaa. Siksi päätettiin käyttää palvelinalustaa tiedonsiirtoasemana. Kaikki kerätyt tiedot lähetetään palvelimelle väliaikaiseen tallennukseen NB-IOT:n kautta, ja käyttäjä käyttää ylempää tietokonetta päästäkseen palvelimelle tiedon hakemiseksi.
2.7 Älykäs ohjausliittymä
Ylempi tietokone hakee tiedot palvelinalustalta ja esittää ne käyttäjälle visualisoinnin muodossa. Visuaalisen käyttöliittymän kautta käyttäjä voi intuitiivisesti ymmärtää kunkin solmun sijaintisuhteen ja saada kätevästi kunkin solmun vedenpinnan, lämpötilan, kosteuden, kaivon kannen tilan, liikennevirran ja muita tietoja. Kun esiintyy erilaisia poikkeavia olosuhteita, kuten tukoksia, vedenpinnan nopeaa nousua tai poikkeavaa kaivon kannen tilaa, käyttäjä voi antaa oikea-aikaista palautetta tilasta ja sijainnista.
Ylempi tietokone käyttää Baidu mapin tarjoamaa API:a näyttääkseen valvotun alueen kartan verkkosivulla, ja jokainen solmu merkitään kartalle, mikä on erittäin ilmeistä. Djangon arkkitehtuuria käyttäen, Pythonin kielellä ja HTML:llä, JS:llä ja muilla kielillä, kunkin solmun keräämä data esitetään kaavion muodossa verkkosivulla, ja voit tarkistaa sen napsauttamalla tunnistetta. Samalla hälytystoiminto voi ilmoittaa ongelmista käyttäjälle ajoissa.
- Yleinen lohkokaavio
Järjestelmän yleinen lohkokaavio on esitetty kuvassa 4, ja seuraavat toiminnot on lopulta toteutettu:
(1) Murtohälytin, käytä verkkoa ilmoittaaksesi kunnallisille osastoille puuttuvan kaivonsuojan ongelman ratkaisemiseksi ajoissa.
(2) Löysä hälytys, poista jalankulkijoille aiheutuva mahdollinen turvallisuusriski, joka aiheutuu kaivon kannen vaurioitumisesta.
(3) Putkilinjan tukoshälytys, joka näyttää tukoksen visuaalisessa käyttöliittymässä ja auttaa siivousosastoa siivoamaan ajoissa, poistamaan piilevät vaarat ja estämään kaupunkien vedenpaisumuksen.
(4) Mittaa maan lämpötila ja lähetä tiedot takaisin.
(5) Mittaa vedenpinta ja lähetä tiedot takaisin.
(6) Havaitsee maan kosteuden ja lisää lähetystaajuutta kosteuden noustessa, mikä on hyödyllistä rankkasateiden varoituksessa.
(7) Havaitse ajoneuvovirta, lähetä tietoja reaaliajassa ja avusta liikenteenhallinnassa.
(8) Näytä palautetut tiedot visualisointikäyttöliittymässä ja suorita vastaava käsittely ja luokittelu, mikä tarjoaa kätevän toimintaympäristön kunnan osastoille.
(9) Luo tietokanta palautettujen tietojen tallentamiseksi helppoa käyttöä ja analysointia varten.
4 Loppupäätelmät
Järjestelmän tavoitteena on rakentaa älykäs kunnallishallintoalusta kaupungille, jotta kansalaisten elämä olisi kätevämpää ja turvallisempaa. Kaivon kannen käyttäminen alueellisena konvergenssisolmuna, keskitetty tiedonsiirto ja älykäs käsittely ovat projektin merkittäviä innovaatioita. Älykkään kaupungin rakentaminen ottaa huomioon viemäröinnin, liikenteen, liikenneturvallisuuden ja muut kunnalliset tiedot. Vaikka virtalähteessä ja antennissa on edelleen joitakin ongelmia, ne eivät ole insinöörien vaikeasti ratkaistavissa, mikä voi tarjota paremman takeen ihmisten turvallisuudesta ja elämänlaadusta.
