李愛寧胡藝馨張凱寧李子川張凱宇

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一種泵站智能巡更系統(tǒng)研究＊

李愛寧1，2，胡藝馨2，張凱寧2，李子川2，張凱宇2

（1.河北省高校水利自動化與信息化應用技術研發(fā)中心，河北 滄州 061001；2.河北水利電力學院自動化與通信工程學院， 河北 滄州 061001）

為實現(xiàn)對水利泵站巡更的自動化，提高巡更工作效率，設計了一種智能巡更系統(tǒng)。巡更系統(tǒng)由巡更終端和中心管理服務器2部分組成。巡更終端基于Android操作系統(tǒng)，采用GPS定位/導航、JSON、Web開發(fā)等相關技術。實踐測試顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了泵站巡更自動化，提高了巡更效率。

智能巡更系統(tǒng)；JSON；GPS技術；水利系統(tǒng)

水利系統(tǒng)中泵站運行的安全性和穩(wěn)定性，直接關系著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性，與我國國民經(jīng)濟的健康、穩(wěn)定發(fā)展，以及群眾的生命財產(chǎn)安全有著密切。如何有效對水利泵站進行科學、高效、準確巡更，一直是水利相關部門迫切需要解決的難題。針對泵站巡更的需要，設計了一種泵站巡更系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了對水利泵站巡更的自動化，提高了巡更工作效率。

1 系統(tǒng)工作原理

巡更系統(tǒng)由巡更終端、中心管理服務器2部分組成，具體見圖1.巡更工作流程見圖2，系統(tǒng)功能模塊見圖3.

圖1 巡更系統(tǒng)示意圖

2 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

2.1 軟件實現(xiàn)

2.1.1 二維碼掃描模塊

二維碼（2-dimensional bar code），是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的[1]。二維碼具有信息容量大、編碼范圍廣、譯碼可靠性高、容錯能力強、保密性好、易制作等優(yōu)點。常見的二維條碼有堆疊式/行排式二維條碼和矩陣式二維碼，有代表性的堆疊式/行排式二維條碼有Code 16K、Code 49、PDF417等，有代表性的矩陣式二維碼有QR CODE等。 本模塊主要功能是讀取泵站設備的信息數(shù)據(jù)。編程實現(xiàn)采用Java語言，主要用到Google ZXing 開放源碼庫中的ZXing模塊。

圖2 工作流程圖

二維碼編解碼過程如下：①使用ZXing模塊生成泵站設備信息的二維碼。主要用到ZXing庫里面的CaptureActivity、解碼處理類CaptureActivityHandler、攝像頭控制包android.camera。②掃描二維碼獲取泵站設備信息。調(diào)用Camera，編寫Camera的使用，建立Surfaceview作為預覽，使用Camera的自動對焦回調(diào)函數(shù)，調(diào)用ZXing的解碼接口。在AndroidManifest.xml文件中添加Camera權限。

2.1.2 定位模塊

Android定位一共有3種方式：①GPS；②通過網(wǎng)絡的方式；③在基于基站的方式。但是，不管哪種方式都需要開啟網(wǎng)絡或者GPS[2-3]。課題采用GPS定位，因為除GPS外其他定位方式都或多或少存在著位置偏移。

本模塊的主要功能是確定巡更人員以及泵站的位置信息。編程實現(xiàn)采用Java語言，主要用到LocationManager類中的getLongitude()和getLatitude()方法獲取經(jīng)緯度，同時需要在AndroidManifest.xml文件中添加LOCATION權限。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

2.1.3 泵站控制模塊

本模塊的主要功能是通過Android終端采用無線方式遠程控制泵站的運行和停止。Android終端編程實現(xiàn)采用Java語言，主要用到android.telephony.SmsManager類，實現(xiàn)Android終端與泵站端k-1dc-GSM模塊之間控制數(shù)據(jù)的交互。

2.1.4 視頻圖像采集模塊

本模塊主要是利用Android移動端的相機采集巡更現(xiàn)場的視頻及圖像。編程實現(xiàn)采用Java語言，主要用到Camera類通過調(diào)用PreviewCallback的onPreviewFrame兩個方法完成數(shù)據(jù)幀的采集及格式轉(zhuǎn)換。在AndroidManifest.xml文件中添加camera和socket權限。

2.1.5 監(jiān)控中心服務器端

主要功能是接收、存儲Android終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要對數(shù)據(jù)分析處理。編程實現(xiàn)采用WebService技術[4]、C#.net語言，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008.

2.1.6 數(shù)據(jù)交互模塊

巡更模塊與管理服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用JavaScript Object Notation（JSON）[5]格式的數(shù)據(jù)，它是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，基于JavaScript編程語言，適合于跨平臺數(shù)據(jù)傳輸。編程實現(xiàn)主要用到HttpURLConnection類的HttpURLConnection POST和HttpURLConnection GET方法實現(xiàn)提交和請求數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與主站服務器之間的數(shù)據(jù)通信。

2.2 硬件實現(xiàn)

巡更模塊采用基于飛凌6410arm開發(fā)板的Android操作系統(tǒng)：包含1個CMOS攝像頭接口（支持ITU-R BT601/656 8位模式，使用10X2插針連接器）、 1個高速SD卡座（可以實現(xiàn)SD Memory 功能和SDIO功能）、1個WiFi擴展接口，支持5 V電壓供電。泵站數(shù)據(jù)收發(fā)采用K-1DC-GSM模塊，主要由專用工業(yè)級ZTEMG2639 無線通信模塊、STM85單片機以及繼電器控制模塊組成。

2.3 系統(tǒng)界面

圖4所示為系統(tǒng)巡更功能界面，圖5所示為系統(tǒng)在實際應用中的測試結果界面。

圖4 巡更功能界面

圖5 測試結果界面

3 性能分析

經(jīng)實踐測試，通過采用課題設計的巡更系統(tǒng)可以實現(xiàn)對巡更人員的監(jiān)管，避免巡更過程中的作弊行為；實現(xiàn)了無紙化巡更，減少了巡更過程中人力、物力消耗，節(jié)省了巡更成本；解決了傳統(tǒng)巡更系統(tǒng)結構復雜、安裝煩瑣的問題；實現(xiàn)了巡更自動化，提高了工作效率。

［1］梁鵬.手機二維碼業(yè)務研究［J］.電信科學，2006（12）：36-39.

［2］周峰.基于Android智能手機平臺的GPS開發(fā)［D］.蘇州：蘇州大學，2011.

［3］佘鳳婭.基于Android的手機搜索定位應用開發(fā)［D］.北京：北京郵電大學，2010.

［4］龔瑞琴，畢利.基于Web Service的Android技術應用研究［J］.電子技術應用，2014，40（1）：134-136.

［5］邢四為.基于JSON的信息交互系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.合肥：安徽大學，2013.

2095－6835（2018）20－0071－02

TV675

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.071

河北省教育廳科技重點項目（編號：ZD2015104），大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題

李愛寧（1982—），男，主要研究方向為無線通信及安全。

〔編輯：嚴麗琴〕