Gps智能巡检系统的制作方法

专利名称：Gps智能巡检系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用GPS(全球定位系统)进行精确定位，然后利用移动通信的无线网络向管理中心传输定位数据及各种事件的系统，具体涉及一种针对通信、铁路、电力、市政等行业的管线资源和室外设备进行巡回检查的GPS智能巡检系统。
背景技术：
近几年来，由于社会经济的快速发展，我国在通信、铁路、电力、市政等行业的管线资源和室外设备的增长都非常迅速。如此庞大的管线资源和设备都需要定期的进行检查和维护，亦称“巡检”，以保证整个系统能够正常运转。
以往，传统巡检工作是依靠巡检员外出进行巡回检查，并采用纸张记录巡检情况。这种方式一方面容易造成记录丢失或损坏，另一方面，对于记录的可靠性也很难保证。因此管理人员经常需要使用各种手段来保证记录的可靠性，同时需要人工统计每个巡检员的工作情况。显然，这种原始的巡检方式不仅浪费人力和时间，而且对于巡检员真正的工作量还是无法比较客观的进行考核。
由此，巡检管理系统应运而生。巡检管理系统的基本理念是使用计算机代替管理人员的统计和考核，使用电子信息介质代替纸张记录。初期的巡检系统利用信息钮方式，即在需要巡检的地点安装一个信息钮，巡检员每次巡检时使用随身携带的识读设备(巡检棒)去读信息钮里的唯一编码，并把时间与编码保存在识读设备里，然后通过各种方式(计算机串口，电话拨号等)传输到中心管理计算机，以便计算机上的管理系统对巡检记录进行统计和考核。由于这种方式使用时需要将巡检棒与信息钮相接触，因此这种方式又叫接触式巡检系统。
由于接触式巡检系统的信息钮需要安装在墙壁或设备的外表面，以便巡检员能够进行“接触”，因此就增加了信息钮的危险系数，即很容易受天灾或人为因素的破坏，由此诞生了非接触式巡检系统——感应式巡检系统。由于巡检员只需在一定范围内使用巡检棒就能读到信息钮的编码，因此，感应式的信息钮就可以安装在墙壁或设备内，极大的减少了人为因素的破坏几率。
然而，无论是接触式还是感应式，都必须事先在巡检地点安装信息钮，前期工作量非常大，而且线路改道、更换和维护都极不方便，就算信息钮再隐蔽也无法避免意外因素的破坏。由于存在这些缺陷，因此目前的巡检管理系统不论巡检质量、可靠性以及控制事故等方面均存在许多漏动，也无法对巡检人员实施有效地监督和管理，严重的制约了通信、铁路、电力、市政等行业室外巡检工作的发展。

发明内容
本发明提供一种GPS智能巡检系统，其目的在于针对通信、铁路、电力、市政等行业的管线资源和重要部位管理的实际需要开发了一套依托GPS全球定位系统和GSM/GPRS无线通讯网络而设计的智能化管理系统，它能够有效地对巡检人员进行监督和管理，确保其巡查到位，从而提高巡检的质量和可靠性，有效控制事故的发生。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种GPS智能巡检系统，由GPS定位系统、GSM/GPRS无线通讯网络、中心管理系统和手持终端组成。
其中所述手持终端为巡检人员随身携带的移动设备，数量≥2，结构主要由单片机系统、GPS模块、通信模块、显示模块、输入模块和电源管理模块组成；所述中心管理系统为巡检系统的管理中心，它主要由中心管理软件、通信软件、计算机和数据库系统组成。
单片机系统为手持终端的信息处理及控制单元；GPS模块作为卫星定位单元，其输入端口接收卫星信号，然后通过运算获得当前手持终端所处经纬度和时间，并通过输出端口接单片机系统；通信模块作为通信单元，一方面与单片机系统相连，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络与中心管理系统相连，发送和接收信息，实现手持终端与中心管理系统之间的通信；显示模块作为显示单元，与单片机系统相连，提供手持终端的显示界面；输入模块作为输入操作单元，与单片机系统相连，提供手持终端的人机对话接口；电源管理模块作为电源管理单元，与单片机系统相连，提供电源管理。
计算机为中心管理系统的核心，它在中心管理软件和通信软件的支持下，一方面把接收到手持终端发送的信息，存放于数据库中，并作出相应处理，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络向手持终端发送信息和指令。
上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，所述“GSM/GPRS无线通讯网络”包含三种情况，第一种是使用GSM(全球移动通信系统，Global Mobile System)网络；第二种是使用GPRS(通用无线分组业务，General Packet Radio Servce)网络；第三种使用是GSM网络和GPRS网络。
2、上述方案中，所述“GPS定位系统”的全称为全球卫星定位系统，GLObalPositioning System。
3、上述方案中，为了便于通信联系，所述手持终端中的通信模块与中心管理系统之间的通信包含两种方式，一种是短消息通信方式，另一种是直接访问通信方式；短消息通信方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、短消息通信设备与计算机串口相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向短消息通信联系；直接访问通信方式是通信模块通过GPRS无线通讯网络，以公网IP地址或在网关处使用端口映射与计算机相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向数据通信联系。
还可以包含第三种方式，即语音通话方式，该方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、SIM卡、耳麦与中心管理系统建立无线通话联系。
4、上述方案中，所述GPS模块有多种，本发明优选使用台湾鼎天的REB-3000/RGM-3000系列GPS模块。所述单片机系统有多种，本发明优选使用Philips P89C669系列。所述通信模块也有多种，本发明优选使用索尼-爱立信GR47。
本发明原理和特点是本发明主要针对通信、铁路、电力、市政等行业的管线资源和重要部位管理的实际需要而设计开发了的一套智能化管理系统，它依托GPS全球定位系统和GSM/GPRS无线通讯网络，利用GPS定位系统定位巡检人员的位置，并通过移动网络发送到中心管理系统，从而实现对巡检人员的实时管理。同时，基于数据库和以太网技术，保证手持终端与后台中心管理系统数据实时通透，保障企业管理信息化，确保巡检的到位率。因此，能够有效地对巡检人员进行监督和管理，确保其巡查到位，从而提高巡检的质量，有效控制事故的发生。本系统将GPS定位技术、计算机技术、数据库编程和管理技术等多项技术集于一身，开创了GPS应用的新领域。与这些行业传统的管理方式相比，本系统具有技术先进、管理科学、成本低、可靠性强和操作简便、功能强大、实用性强等特点。该系统的推广和应用，必将会给线路巡检领域带来一场技术革命。


由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果1、本发明完全符合移动公司的《中国移动通信传输线路巡检管理系统(GPS)技术要求》，且能兼容感应式和接触式巡检系统，方便今后有室内巡检、值班考核的需求。
2、本发明管理中心的通信方式采用GPRS+GSM短信方式，若只使用短信方式时通信则存在以下缺点(1)、短信通信存在时延，无法真正实现实时传输。
(2)、短信偶尔会产生丢失现象，对关键点或关键问题一旦产生这种现象，管理上比较困难。
(3)、短信通信存在阻塞现象，一旦到节假日或法定假日，短信通信会产生严重的阻塞，会影响到正常工作。
(4)、如果巡检手持终端较多的话，一旦要进行多台手持终端的实时传输就会发生问题，因为管理中心就一个短信接收机，如果多台设备同时进行实时传输就会发生紊乱，就如同你有一台手机，同时有几十个人不停的在给你发短信，在你的手机上就会造成严重的堵塞。
而采用GPRS+GSM短信方式后具有以下优点(1)、GPRS传输速率比较高，可以真正实现实时传输，在多个手持终端同时进行实时传输时也不会产生堵塞现象。
(2)、这种方式可以在没有GPRS信号时自动采用短信方式，实现了数据传输的多样性，同时也增加了系统的可靠性。
(3)、在无需实现传输的情况下，也可以人为设定使用短信方式进行数据通信。
3、本发明除了可以添加巡检点外，还可以添加基准线路，通过把某一条巡检线路设为基准线路来对巡检员的巡检线路进行直观的比较。
4、本发明管理中心可以设定巡检手持终端的允许通话目录，可以把允许通话的一组电话号码设定给巡检系统手持终端，除这组电话外，其它电话无法拨打或接听，这样可以防止巡检人员利用手持终端打私人电话。
5、本发明可以动态显示当前在线的巡检人员，这样可以方便管理人员进行管理和查询。
6、本发明具有游览器访问功能，以便管理人员可以在任何时间任何地点方便地对巡检数据进行查询和统计，而无需安装任何软件。


附图1为本发明GPS智能巡检系统组成示意图；附图2为本发明短消息通信方式示意图；附图3为本发明直接访问通信方式示意图；附图4为本发明端口映射通信方式示意图；附图5本本发明手持终端内部电路框图；附图6为本发明GPRS功能模块硬件示意图；附图7为本发明GPS功能模块硬件示意图；附图8为本发明存储芯片硬件连接示意图；附图9为本发明电源管理及供电硬件示意图；附图10为本发明液晶显示屏和键盘硬件接口示意图；附图11为本发明手持终端电路图；附图12为本发明GPRS/SMS通信中断模块流程图；附图13为本发明GPS通信中断模块流程图；附图14为本发明GPS智能巡检系统主流程图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例见附图1所示，一种GPS智能巡检系统，由GPS定位系统、GSM/GPRS无线通讯网络、中心管理系统和手持终端组成。所述手持终端为巡检人员随身携带的移动设备，数量≥2，结构主要由单片机系统、GPS模块、通信模块、显示模块、输入模块和电源管理模块组成；所述中心管理系统为巡检系统的管理中心，它主要由中心管理软件、通信软件、计算机和数据库系统组成。
单片机系统为手持终端的信息处理及控制单元；GPS模块作为卫星定位单元，其输入端口接收卫星信号，然后通过运算获得当前手持终端所处经纬度和时间，并通过输出端口接单片机系统；通信模块作为通信单元，一方面与单片机系统相连，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络与中心管理系统相连，发送和接收信息，实现手持终端与中心管理系统之间的通信；显示模块作为显示单元，与单片机系统相连，提供手持终端的显示界面；输入模块作为输入操作单元，与单片机系统相连，提供手持终端的人机对话接口；电源管理模块作为电源管理单元，与单片机系统相连，提供电源管理。
计算机为中心管理系统的核心，它在中心管理软件和通信软件的支持下，一方面把接收到手持终端发送的信息，存放于数据库中，并作出相应处理，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络向手持终端发送信息和指令。
在定位巡检人员的位置方面，GPS模块使用1575.42MHz频段接收卫星的信号，并通过GPS模块的输出口以NMEA0183格式输出给单片机系统，单片机系统再通过显示模块在手持终端上显示经纬度和时间数据，同时根据设置的参数控制通信模块利用GSM(全球移动通信系统)网络或GPRS(通用无线分组业务)网络发送到中心管理系统。通信软件在接收到手持终端发送的数据后，把数据按一定格式存放于数据库，并通知中心管理软件进行相应的处理。
手持终端的单片机系统利用GPS模块(台湾鼎天的REB-3000/RGM-3000系列)接收卫星信号，信号频段为1575.42MHz，然后通过计算得出经纬度和时间。这样就可以定位手持终端所在的位置，巡检人员携带该手持终端进行巡检，因此就可以定位巡检人员的位置。在定位完毕后，单片机系统(PhilipsP89C669系列)一方面控制液晶显示模块在手持终端上显示，另一方面根据手持终端上的设置参数控制通信模块(索尼-爱立信GR47)往中心管理系统发送数据。
手持终端中的通信模块与中心管理系统通信主要有以下三种方式第一种是短消息通信方式，第二种是直接访问通信方式，第三种是语音通话方式。
第一种短消息通信方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、短消息通信设备与计算机串口相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向短消息通信联系，参见图2所示。这种方式是通过SMS(短消息业务)进行通信，这需要在中心安装一台短消息通信设备(索尼-爱立信GT47)与计算机串口相连，通过这台设备来接收手持终端发送的短消息数据，并按照协议获取所需的数据。
第二种直接访问通信方式是通信模块通过GPRS无线通讯网络，以公网IP地址或在网关处使用端口映射与计算机相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向数据通信联系。这种方式是通过GPRS进行数据通信，以往要开通GPRS传输功能，移动公司必须为此单独开通一个APN(接入点名称)接入点，而这种方式手续繁琐，操作也很复杂。本系统无需开通新的APN接入点，只需为中心管理系统的计算机提供静态公网IP地址或在网关处使用端口映射方式就能实现与手持终端的数据通信。
直接访问方式见图3所示，这种实现比较简单，只需为中心管理系统的计算机分配一固定的公网IP地址，然后在手持终端上设置中心计算机的IP地址即可。
端口映射方式见图4所示，这种主要适用于中心管理系统安装于内网的计算机上，而对于内网的计算机，外界无法直接访问。因此我们采取端口映射的方式，在内网的出口处(网关)为此计算机开通端口映射，为保证通信的可靠性和安全性，每个手持终端单独使用一个端口，因此端口数量≥2×手持终端的数量，起始端口为5000。
第三种语音通话方式，该方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、SIM卡、耳麦与中心管理系统建立无线通话联系。
手持终端内部电路见图5所示，可分为两大块，一块是内部的系统功能部分，另一块是提供给用户的人机接口部分，中间是由单片机系统完成数据处理。
由通信模块提供GPRS的功能，通过移动公司的无线网络，与设置在中心的服务器软件联机，完成数据传送。
GPRS模块通过串口与MCU(微控制器)相连，外加几根控制信号线，启动GPRS服务，并提供SIM卡信号、语音信号线，具体硬件连接见图6所示。SIM卡座供用户插入SIM卡，提供设备一个GPRS网络。当需要使用通话功能时，可插入设备提供耳麦，与中心管理人员进行语音对话。
GPS模块采用串口与MCU(微控制器)相连，硬件连接见图7所示，由模块GPS提供GPS的功能，实时接收卫星分传送的GPS数据，具体包括当前位置的经、纬度，当前时间。
存储器与MCU(微控制器)相连，见图8所示，通过IC2存储器，存储设备的设置信息和历史记录。设置信息包括设置中心服务器IP地址，端口号，短信中心号码等。在手持终端发送信息到中心的时候，如果发送失败，设备会将当前的信息存储起来，以供用户查询历史记录。
电源管理及供电硬件见图9所示，整个手持终端由标准手机锂电供电，通过电源管理芯片，转成系统各模块所需电压，同量监视锂电的剩余电量。
液晶显示屏和键盘硬件接口见图10所示，液晶显示屏作为主界面显示当前时间，所处位置的经度、纬度，与中心服务器端联接状态，选择的信息发送方式，和电池的电量情况。通过进入各个子菜单，可以对设备的信息进行设置和查询，发送当前巡检点状态给中心，浏览历史记录。键盘提供手持终端的人机对话接口。
手持终端实施例电路见图11所示，图中，左上角的芯片为单片机系统IC1，采用Philips P89C669系列。该芯片左边为IC2存储器，采用4C64。右边的IC4为74LS373芯片，再右边的J2为键盘KEYBOARD。右上角的喇叭S1、二极管D1、三极管Q3和电阻R6～R8组成蜂鸣器。三极管Q1、Q2和电阻R4、R5组成液晶屏的背光电源。再往左边的J1为液晶显示屏LCD。图中，左下角为通信模块JPI，采用索尼-爱立信GR47芯片。右下角的JP2为GPS模块，采用G-413芯片。JP4为SIM卡。图中，中部的J3为电池。IC3为测量电池余量的电路。V1和V2为供电电路。
本发明GPRS/SMS通信中断模块流程见图12所示，左边的虚线框表示被动触发中断，适用于点名查询、设置等通信操作；右边的虚线框表示主动触发中断，适用于定时、实时查询通信操作。GPS通信中断模块流程见图13所示。GPS智能巡检系统主流程见图14所示，图中虚线框中的中断模块说明如下1、流程图中的GPRS通信中断模块和GPS中断通信模块属于中断程序，可以随时触发中断，中断触发时主程序被保护起来执行中断程序，到中断处理结束后，主程序继续运行。2、有关GPRS通信中断模块和GPS中断通信模块的中断程序见图12和图13。
本发明系统特点及性能1、信息上传功能(1)、手持终端可使用GPRS和短信传输经纬度和巡检点状态数据；(2)、具有实时、定时、手工、点名上传四种方式；(3)、巡检人员可根据实际情况进行巡检点状态选择；(4)、具有GPRS和短信自动切换功能；(5)、具有自动存储传输失败的数据。
2、语音通话功能(1)、可通过语音通话对巡检人员的身份进行验证；(2)、通过语音通话询问现场情况以及安排工作任务；(3)、可以通过中心管理软件设置允许通话的号码。
3、操作简易性(1)、手持终端在记录过程中可以设置成不需要巡检人员的协助，设备自动记录存储；(2)、记录的数据间隔可以人工设置，最小可达到5秒记录一次数据；(3)、手持终端上的参数都由中心管理计算机控制，无需巡检人员操作；(4)、全天侯，全位置记录，不受地域气候的限制，范围广；(5)、可利用电子地图回放行走路线，形象，逼真；(6)、系统可以对已有数据进行分析，自动生成各种报表；(7)、具有基准线路功能，可供管理人员察看比较。
4、高可靠性和适用性
(1)、低功耗设计，监控范围广，使用GSM公网，可对全国范围内的地区进行有效控制；(2)、采用多模块及收发分离的通讯方式，大大提高产品可靠性；(3)、中心管理软件可管理多种巡检方式，如GPS巡检、感应式、接触式。
5、产品性能(1)、定位精度小于15米；(2)、工作温度-20℃+80℃；(3)、湿度范围20％～95％；(4)、定位时间热启动＜15秒；冷启动＜120秒；自动搜索＜300秒。
(5)、可存储1000条轨迹信息，掉电后数据不丢失；(6)、高性能充电锂电池，待机时间12小时。
6、软件功能本系统的管理软件主要基于Windows2000操作系统和Microsoft SQLServer数据库系统，客户端使用面向对象设计语言编写，后台具有各种接口模块，可以方便地与其它系统结合。
(1)、系统管理电子地图管理；数据库备份/恢复；操作人员权限管理。
(2)、信息管理代维单位管理；巡检人员管理；巡检点管理；巡检线路管理；备品备件管理；巡检设备管理。
(3)、计划管理计划设置；计划查询；计划执行率；外力盯防设置。
(4)、查询统计巡检数据查询；漏检明细表；周计划执行情况。
7、配置要求本系统中心管理地软件对计算机配置的要求主要在于电子地图的大小，通常市级地图的配置如下处理器Pentinm4；内存512M；硬盘10G。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种GPS智能巡检系统，由GPS定位系统、GSM/GPRS无线通讯网络、中心管理系统和手持终端组成，其特征在于所述手持终端为巡检人员随身携带的移动设备，数量≥2，结构主要由单片机系统、GPS模块、通信模块、显示模块、输入模块和电源管理模块组成；所述中心管理系统为巡检系统的管理中心，它主要由中心管理软件、通信软件、计算机和数据库系统组成；单片机系统为手持终端的信息处理及控制单元；GPS模块作为卫星定位单元，其输入端口接收卫星信号，然后通过运算获得当前手持终端所处经纬度和时间，并通过输出端口接单片机系统；通信模块作为通信单元，一方面与单片机系统相连，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络与中心管理系统相连，发送和接收信息，实现手持终端与中心管理系统之间的通信；显示模块作为显示单元，与单片机系统相连，提供手持终端的显示界面；输入模块作为输入操作单元，与单片机系统相连，提供手持终端的人机对话接口；电源管理模块作为电源管理单元，与单片机系统相连，提供电源管理；计算机为中心管理系统的核心，它在中心管理软件和通信软件的支持下，一方面把接收到手持终端发送的信息，存放于数据库中，并作出相应处理，另一方面通过GSM/GPRS无线通讯网络向手持终端发送信息和指令。
2.根据权利要求1所述的GPS智能巡检系统，其特征在于所述手持终端中的通信模块与中心管理系统之间的通信包含两种方式，一种是短消息通信方式，另一种是直接访问通信方式；短消息通信方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、短消息通信设备与计算机串口相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向短消息通信联系；直接访问通信方式是通信模块通过GPRS无线通讯网络，以公网IP地址或在网关处使用端口映射与计算机相连，建立手持终端与中心管理系统之间的双向数据通信联系。
3.根据权利要求2所述的GPS智能巡检系统，其特征在于所述手持终端中的通信模块与中心管理系统之间的通信还包含第三种方式，即语音通话方式，该方式是通信模块通过GSM无线通讯网络、SIM卡、耳麦与中心管理系统建立无线通话联系。
4.根据权利要求1所述的GPS智能巡检系统，其特征在于所述GPS模块采用台湾鼎天的REB-3000/RGM-3000系列GPS模块。
5.根据权利要求1所述的GPS智能巡检系统，其特征在于所述单片机系统采用Philips P89C669系列。
6.根据权利要求1所述的GPS智能巡检系统，其特征在于所述通信模块采用索尼-爱立信GR47。
全文摘要
一种GPS智能巡检系统，由GPS定位系统、GSM/GPRS无线通讯网络、中心管理系统和手持终端组成，其特征在于所述手持终端为巡检人员随身携带的移动设备，数量≥2，结构主要由单片机系统、GPS模块、通信模块、显示模块、输入模块和电源管理模块组成；所述中心管理系统为巡检系统的管理中心，它主要由中心管理软件、通信软件、计算机和数据库系统组成。本发明针对通信、铁路、电力、市政等行业的管线资源和重要部位管理的实际需要开发了一套依托GPS全球定位系统和GSM/GPRS无线通讯网络而设计的智能化管理系统，它能够有效地对巡检人员进行监督和管理，确保其巡查到位，从而提高巡检的质量和可靠性，有效控制事故的发生。该系统的推广和应用，必将会给线路巡检领域带来一场技术革命。
文档编号G06Q90/00GK1787014SQ20051009476
公开日2006年6月14日 申请日期2005年10月9日 优先权日2005年10月9日
发明者刘俊 申请人:苏州工业园区新海宜电信发展股份有限公司