智能云控设备机箱系统的制作方法

本发明涉及一种智能交通装备，尤其是一种智能云控设备机箱系统。

背景技术：

随着汽车保有量的增多，以及监管部门对道路情况监控和车辆违法管理要求的提高，为此越来越多的智能交通设备被应用到交通管理中。一般情况下道路智能交通设备均安装于设备机箱内，或由设备机箱进行供电和提供网络接入，设备机箱作为智能交通设施设备的重要组成部分，长期以来均采用了普通的电器机箱，该类机箱虽然可以进行简单的防护，但是对于管理部门来说却存在诸多不足，首先无法对自身或内部设备进行整体监控，其次对于使用人员也无法起到很好的监管作用。机箱内部安装了诸多敏感设备，如红绿灯信号机、电子警察管理终端等，机箱一旦被无关人员或犯罪分子利用，会直接影响道路交通安全，甚至威胁到整个专网的网络安全。对此管理部门急需一种能够解决以上诸多弊端的智能型机箱，以此加强对设施设备和人员的管理。

技术实现要素：

本发明的目的在于辅助解决现在交警在设施设备管理上遇到的使用审批管理难、设施设备安全保障难、运维进度跟进难、人员监督考核难等问题，本发明不仅能监控设备运行情况，还能够对使用和运维进度全程跟踪，真正实现全方位监控和无死角管理。本发明采用的技术方案是：

一种智能云控设备机箱系统，包括：设备机箱、云端管理平台；其中设备机箱包括机箱本体和安装于机箱本体内的云控制主机；

所述机箱本体上设有唯一识别二维码；机箱本体上安装有智能门锁，以及散热和/或除湿装置；

所述云控制主机安装于机箱本体内，用于：

监控机箱本体内环境与供电参数，并生成相关检测事件上传云端管理平台；

根据获得的环境与供电监控参数，控制相应装置的开闭；

通过通信链路连接云端管理平台，与云端管理平台通信；

实现机箱本体门禁管理，控制机箱本体的智能门锁；

监测机箱本体内安装的设备和/或机箱本体外所连接设备的运行参数，并对设备的运行状态进行监控，将设备运行状态判断结果上传云端管理平台；

云端管理平台与设备机箱相互通信，用于对用户、设备机箱和相关动态参数的管理。

进一步地，所述通信链路包括主用通信链路和备用通信链路；主用通信链路采用有线网络；每一台云控制主机上均设有无线通信模块；各云控制主机使用无线通信模块建立临近设备机箱间的手拉手中继，作为备用通信链路。

更进一步地，云控制主机提供通信链路切换管理功能；首先配置云控制主机无线通信的接收侧和发送侧的基础信息，其中接收侧常打开，实时监听接收侧另一端设备机箱发送的信息，发送侧仅在自身有线网络存在故障时打开；通信链路切换包括以下几种情况：

31)在有线网络通信正常，且云控制主机的无线通信模块接收侧未获取到另一端设备机箱发送的数据包时，云控制主机保持使用有线网络进行数据上传；

32)在有线网络通信正常时，当云控制主机无线通信模块接收侧获取到另一端设备机箱发送的数据包时，云控制主机将该数据包通过自身连接的有线网络上传云端管理平台；

33)当云控制主机检测到有线网络通信异常时，云控制主机无线通信发送侧自动启动，并将关键数据打包后使用无线通信链路发送到对应的下一级设备机箱的云控制主机；

34)当云控制主机接收侧存在一端设备机箱发送的数据包，同时自身有线网络通信又存在故障时，云控制主机将接收侧接收的数据包和自身生成的关键数据通过无线通信发送侧发送到下一级设备机箱。

更进一步地，设备机箱上还设有备用供电接口，用于给云控制主机提供后备电力。

进一步地，所述智能门锁配有电子钥匙；电子钥匙内设有电池模块；智能终端、智能门锁和电子钥匙均有蓝牙通信功能；

正常情况下，用户通过智能终端扫描机箱本体上的唯一识别二维码，设备机箱的识别信息被发送至云端管理平台，云端管理平台核查用户是否具有相对于一个设备机箱的权限，如有则通过通信链路下发开锁指令给该设备机箱中的云控制主机，该云控制主机打开相应智能门锁；

在设备机箱的通信中断，但设备机箱供电还正常时，智能终端能够通过蓝牙与智能门锁通信，智能终端内的用户权限具有打开相应智能门锁时，就能够控制智能门锁打开；

在设备机箱彻底断电时，智能门锁也断电，用户能够使用电子钥匙打开断电的设备机箱，电子钥匙能够给智能门锁供电；智能终端与电子钥匙通过蓝牙通信；用户将智能终端内的权限下发给电子钥匙，电子钥匙获得与用户相同的权限，通过获得权限的电子钥匙打开相应智能门锁。

进一步地，云控制主机通过多种方式获取设备运行状态，并对多方式获取的设备运行状态进行加权累加处理，再判断出最终的设备运行状态；所述多种方式包括：

通过设备的网络端口流量检测判断设备运行状态；

通过设备的状态输出接口或设备自身信息接口获取设备运行状态；

通过枚举统计各设备在各运行状态功耗的方式，判断设备的运行状态。

更进一步地，所述通过枚举统计各设备在各运行状态功耗的方式，判断设备的运行状态，具体包括：

首先为每一种设备进行参数建模，设置添加运行状态类型，为设备可能出现的每一种运行状态添加电压、电流、功耗波动幅度比例、是否为故障状态这些参数；完成建模后，为每一路供电接口添加设备模型，当获取该路的供电数据后，通过枚举计算并分析该路供电上现行可能出现的状态组合，具体算法如下：设备代号a，状态类型代号b，波动比例k，n代表该路供电上的设备总数，m为该设备的运行状态类型总数，其中a1代表设备1，an代表设备n，b1代表对应设备的运行状态类型1，bm代表对应设备的运行状态类型m，kp代表对应设备运行状态功耗的波动上限值，kn代表功耗波动下限值；例：a1bmkp代表设备1状态类型m的上限功耗，anb1kn代表设备n状态类型1的下限功耗；pt代表时间t的该路供电上实时功耗；

以此罗列时间t可能出现的情况，

a1b1kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b1kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1b2kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b2kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1b3kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b3kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1bmkn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1bmkp+a2b1kp+....anb1kp，

a1bmkn+a2b2kn+....anb1kn<pt<a1bmkp+a2b2kp+....anb1kp

总计可能情况为：m(a1)*m(a2)*...*m(an)；

以上情况分别计算后，筛选出不等式成立的情况，并逐个分析其对应设备状态类型，是否存在故障状态；或当以上不等式均不成立时，也判定为存在未知故障。

进一步地，云端管理平台包括以下功能：信息统计、智能机箱管理、终端权限管理、临时权限管理、电子钥匙管理、机箱报警管理、机箱状态控制、日志信息管理；

信息统计功能在云端管理平台显示各类统计信息；

智能机箱管理功能用于设置机箱标识、机箱坐标、机箱ip地址、机箱智能门锁的标识；

终端权限管理用于设置终端的用户权限；

临时权限管理功能用于为用户分配临时权限；

电子钥匙管理功能用于配置电子钥匙的相关信息；

机箱报警管理功能主要用于设备机箱内环境与供电参数阈值的设置，以及接收云控制主机上传的故障信息、报警信息的事件；云端管理平台通过事件信息进行报警提示，并启动运维处理流程；

机箱状态控制功能用于实现设备机箱的远程云端控制，以及展示设备机箱的状态、环境参数、电气参数；

日志信息管理功能记录设备机箱相关的、云端管理平台的、以及智能终端app相关的事件。

进一步地，该系统还包括智能终端；智能终端上安装有app，终端app包括登录管理、扫码开锁、机箱信息查询、临时权限申请、电子钥匙权限下发功能；

登录管理功能要求用户每次登陆都进行识别码校验匹配；

扫码开锁功能，供用户扫描机箱本体上设置的识别二维码，设备机箱的识别信息被发送至云端管理平台，云端管理平台自动识别该设备机箱对于用户的权限状态，若用户有权限则提示用户选择需要打开的设备机箱的智能门锁；如无权限则提示用户申请临时权限；

机箱信息查询功能供用户查询设备机箱的信息；提供三种机箱信息查询方式，第一种是通过终端app的机箱地图入口进入地图页面，找到并选择需要查询的设备机箱，点击查看机箱信息；第二种是通过终端app的机箱状态查询入口，进入该入口搜索需要查看的机箱名称进行信息查询；第三种是通过扫描机箱本体上设置的识别二维码查看设备机箱的信息以及当前机箱状态；

临时权限申请功能供用户申请对一个设备机箱的临时权限；提供两种临时权限申请方式；第一种是用户通过终端app页面上的临时权限申请入口，填写临时权限申请单并选择设备机箱；第二种是用户通过智能终端扫描用户不具备权限的设备机箱上的识别二维码，终端app自动提示申请临时权限；

电子钥匙权限下发功能，供用户将智能终端内获得的权限下发给电子钥匙。

进一步地，机箱本体侧面上方设有手控舱门，以兼容带有手控装置的设备，侧面下方设有应急供电接口舱门，用于紧急情况下设备的供电；机箱本体顶部设置有天线开窗，机箱本体内设有照明装置。

本发明的优点在于：

本发明实现了对相关智能交通设施设备进行统一有效的管理和维护，减少维护人员巡查工作量，保证设备运行安全，加强对设备使用人员的监管、完善考核机制；

通过设备运行状态分析机制，能够及时准确的发现各类设备故障，确保设备运行的稳定性；通过网络链路管理机制，能够保证数据安全可靠的被传输到云端管理平台；云端管理平台能够通过分析汇总数据，确认故障情况，并自动发起运维流程。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为本发明的机箱本体示意图。

图3为本发明的通信链路示意图。

图4为本发明智能终端的界面示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出一种智能云控设备机箱系统，能够自动检测分析机箱内安装或机箱外所连接设备的运行状态，并作出相应处理，能够通过云端管理平台和终端实现对设备及用户的管理、监控；

如图1所示，一种智能云控设备机箱系统，包括：设备机箱1、云端管理平台2、智能终端3；其中设备机箱1包括机箱本体101和安装于机箱本体内的云控制主机102；

（一）机箱本体；

如图2所示，机箱本体101是一款防水型户外设备机箱，机箱本体101上设有前后双门，前后可开门，正面设有唯一识别二维码101a，侧面上方设有手控舱门，以兼容安装红绿灯信号机等带有手控装置的设备，侧面下方设有应急供电接口舱门，用于紧急情况下红绿灯信号机供电；机箱本体顶部设置有天线开窗，用于引出各类天线；机箱本体101上安装有智能门锁，以及散热和/或除湿装置，机箱本体内设有照明装置；散热装置可采用风扇，除湿装置可采用除湿器；

（二）云控制主机；

云控制主机102是智能云控设备机箱系统感知层和前端控制层的重要组成部分；其安装于机箱本体内顶部，自带显示屏、操作扭；云控制主机102连接机箱本体101上的智能门锁、散热和/或除湿装置、机箱本体101内的照明装置；云控制主机102用于：

1）机箱本体101内环境与供电参数的监控，并生成相关检测事件上传云端管理平台2；所监控的机箱本体101参数还包括机箱本体的倾斜数据参数；

2）根据获得的环境与供电监控参数，控制相应装置的开闭；例如当判断机箱本体101内超温或超湿时，控制启动散热装置或除湿装置；当机箱本体101的门处于打开状态且光线过暗情况下自动启动照明装置；

3）通过通信链路连接云端管理平台2，与云端管理平台2通信；

所述通信链路包括主用通信链路和备用通信链路；主用通信链路采用有线光纤网络；

为了给设备提供稳定的数据上传链路，避免在光纤被挖断等主用通信链路切断时，还可保持与云端管理平台2的通信；云控制主机102提供通信链路切换管理功能；每一台云控制主机102上均设有lora通信模块；各云控制主机102使用lora通信模块建立临近设备机箱间的手拉手中继，作为备用通信链路；

首先配置云控制主机lora通信的接收侧和发送侧的基础信息，其中接收侧常打开，实时监听接收侧另一端设备机箱发送的信息，发送侧仅在自身有线网络存在故障时打开；通信链路切换包括以下几种情况：

31)在有线网络通信正常，且云控制主机的lora通信模块接收侧未获取到另一端设备机箱发送的数据包时，云控制主机保持使用有线网络进行数据上传；

32)在有线网络通信正常时，当云控制主机lora通信模块接收侧获取到另一端设备机箱发送的数据包时，云控制主机将该数据包通过自身连接的有线网络上传云端管理平台；

33)当云控制主机检测到有线网络通信异常时，云控制主机lora通信发送侧自动启动，并将关键数据打包后使用lora通信链路发送到对应的下一级设备机箱的云控制主机；

34)当云控制主机接收侧存在一端设备机箱发送的数据包，同时自身有线网络通信又存在故障时，云控制主机将接收侧接收的数据包和自身生成的关键数据通过lora通信发送侧发送到下一级设备机箱；通过以上通信链路切换管理功能，即保证了设备机箱在有线光纤通信断开时设备关键数据的完整性，也保证了有线光纤完整情况下的数据传输实时性；

由于lora通信链路采用手拉手中继式的传输方式，带宽存在一定限制，因此关键数据包括环境与电气参数、一些关键的事件信息例如开关门事件、机箱内设备的关键信息例如设备运行状态，设备抓拍的违法车辆车牌信息等；设备机箱1上还设有备用供电接口，支持蓄电池供电或太阳能供电，使得在设备机箱断电情况下，处于中继位置的云控制主机也能够长期保持lora通信模块的正常运转，以此保证网络链路的通畅；

4）实现机箱本体101门禁管理，控制机箱本体101的智能门锁；

所述智能门锁配有电子钥匙；电子钥匙内设有电池模块；智能终端、智能门锁和电子钥匙均有蓝牙通信功能；

正常情况下，用户可通过智能终端扫描机箱本体上的唯一识别二维码，设备机箱的识别信息被发送至云端管理平台，云端管理平台核查用户是否具有相对于一个设备机箱的权限，如有则通过通信链路下发开锁指令给该设备机箱中的云控制主机，该云控制主机打开相应智能门锁；

在设备机箱的通信中断，但设备机箱供电还正常时，智能终端可通过蓝牙与智能门锁通信，智能终端内的用户权限具有打开相应智能门锁时，就可以控制智能门锁打开；

在设备机箱彻底断电时，这时智能门锁也断电，用户还可以使用电子钥匙打开断电的设备机箱，电子钥匙可以给智能门锁供电；智能终端与电子钥匙通过蓝牙通信；用户将智能终端内的权限下发给电子钥匙，每次有效期30分钟，电子钥匙获得与用户相同的权限，通过获得权限的电子钥匙打开相应智能门锁；

5）监测机箱本体内安装的设备和/或机箱本体外所连接设备的运行参数，并对设备的运行状态进行监控，将设备运行状态判断结果上传云端管理平台；

通过检测设备的供电情况，包括电压、电流、功率、瞬时功耗等参数，并对原始参数进行计算处理，生成事件上传云端管理平台，为设备运行状态分析记录、智能运维和监管回溯提供数据支撑；

对设备的运行状态进行监控，本发明提出了多种设备状态获取方式，并多方式获取的设备状态进行加权累加处理，再判断出最终的设备运行状态。

根据设备机箱内安装设备型号的不同，设备状态最少可包括正常、故障两种状态，也可以包括正常、待机（低功耗模式）、故障等多种状态；

51）通过设备的网络端口流量检测判断设备运行状态；云控制主机提供智能网络管理交换机功能，提供多个智能网管接口，需要联网的设备可以直接通过这些接口连接在云控制主机上，云控制主机在实现网络交换连接的同时，实时监控对应设备网络端口流量情况，分析设备运行状态；设备宕机时，通常对应的网络端口流量消失；

52)通过设备的状态输出接口或设备自身信息接口获取设备运行状态；

有的设备能够通过状态输出接口输出的ttl电平信号，来反应自身的运行状态；这些设备能够自检运行情况，并使用ttl电平信号输出状态信号，通过将该状态信号连接到主机的ttl电平信号输入接口，使云控制主机获得设备运行状态；

有的设备上的rs232串口，能够输出设备自身信息，这些设备的串口与云控制主机相连，云控制主机就可以用串口接收该类设备运行状态数据；

通过设备的状态输出接口或设备自身信息接口获得的设备运行状态，数据可信度最高，因此相应的权重最大；

53)通过枚举统计各设备在各运行状态功耗的方式，判断设备的运行状态；

考虑到设备机箱在使用时，很多设备安装在设备机箱外部，仅通过机箱供电和提供网络连接；该情况下，为节省布线成本，一般都是多个设备共用一路供电；而且类似补光的爆闪灯、红绿信号灯都是不连续供电设备，瞬时功率大、波动大、不连续，如果仅仅简单统计每一路供电的总功耗情况，很难分析出具体该路供电线路上设备的运行情况，为此本发明提出一种动态功耗算法，通过枚举统计的方式保证设备运行状态判定的准确性，降低误报，提高系统稳定性；

该算法具体包括：

首先为每一种设备进行参数建模，设置添加运行状态类型，为设备可能出现的每一种运行状态添加电压、电流、功耗波动幅度比例、是否为故障状态等参数；完成建模后，为每一路供电接口添加设备模型，当获取该路的供电数据后，通过枚举计算并分析该路供电上现行可能出现的状态组合，具体算法如下：设备代号a，状态类型代号b，波动比例k，n代表该路供电上的设备总数，m为该设备的运行状态类型总数，其中a1代表设备1，an代表设备n，b1代表对应设备的运行状态类型1，bm代表对应设备的运行状态类型m，kp代表对应设备运行状态功耗的波动上限值，kn代表功耗波动下限值；例：a1bmkp代表设备1状态类型m的上限功耗，anb1kn代表设备n状态类型1的下限功耗；pt代表时间t的该路供电上实时功耗；

以此罗列时间t可能出现的情况，

a1b1kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b1kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1b2kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b2kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1b3kn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1b3kp+a2b1kp+....anb1kp，

a1bmkn+a2b1kn+....anb1kn<pt<a1bmkp+a2b1kp+....anb1kp，

a1bmkn+a2b2kn+....anb1kn<pt<a1bmkp+a2b2kp+....anb1kp

总计可能情况为：m(a1)*m(a2)*...*m(an)；

以上情况分别计算后，筛选出不等式成立的情况，并逐个分析其对应设备状态类型，是否存在故障状态；当存在一个或以上设备处于故障状态，自动生成故障报修单；或当以上不等式均不成立时，也判定为存在未知故障，生成报警，自动提交故障报修单，并提供潜在故障类型列表，供维护人员参考；

最后，对多方式获取的设备运行状态进行加权累加处理，再判断出最终的设备运行状态。

（三）云端管理平台；

云端管理平台用于对人员、机箱、相关动态参数的管理，统计数据展示，历史事件查询以及运维流程监管回溯；对于云控制主机上传的故障信息能够自动分析，并生成维修单，实现智能运维流转；

云端管理平台包括以下八个功能：信息统计、智能机箱管理、终端权限管理、临时权限管理、电子钥匙管理、机箱报警管理、机箱状态控制、日志信息管理；

信息统计功能在云端管理平台的首页显示各类统计信息，包括设备机箱整体情况、在线率统计、故障信息展示等；

智能机箱管理功能用于设置机箱标识、机箱坐标、机箱ip地址、机箱智能门锁的标识等；

终端权限管理用于设置终端的用户权限，用户权限可分为普通权限和临时权限，普通权限一直有效，临时权限仅在申请后的一段时间内有效；

临时权限管理功能用于为用户分配临时权限，临时权限过期后，用户就不能通过其智能终端打开设备机箱；

电子钥匙管理功能用于配置电子钥匙的相关信息，例如电子钥匙的编号，电子钥匙的管理员等；

机箱报警管理功能主要用于设备机箱内环境与供电参数阈值的设置，以及接收云控制主机上传的故障信息、报警信息的事件；云端管理平台通过事件信息进行报警提示，并启动运维处理流程；机箱报警管理功能还设置有报警事件日志查询、导出等，方便事后查询和考核统计；

机箱状态控制功能用于实现设备机箱的远程云端控制，以及展示设备机箱的状态、环境参数、电气参数；管理员通过机箱状态控制功能可以远程控制设备机箱进行开门、降温、除湿、通信链路切换等操作；

日志信息管理功能记录设备机箱相关的、云端管理平台的、以及智能终端app相关的事件，主要用于管理人员的考核统计、监管回溯；

（四）智能终端；

智能终端上安装有app，终端app包括登录管理、扫码开锁、机箱信息查询、临时权限申请、电子钥匙权限下发等功能；智能终端可采用智能手机，或者安装有安卓系统并有3g/4g上网功能的平板终端；

用户通过终端app注册账号并由管理员确认通过后，云端管理平台的管理员会分派用户权限并发送给智能终端，用户可通过智能终端操作权限范围内的设备机箱；

登录管理功能要求用户每次登陆都进行识别码校验匹配；即要求申请账号和登陆使用同一设备，且每次退出终端app即需要重新登陆，保证了登录设备的唯一性和账号的使用安全；

扫码开锁功能，供用户扫描机箱本体上设置的识别二维码，设备机箱的识别信息被发送至云端管理平台，云端管理平台自动识别该设备机箱对于用户的权限状态，若用户有权限则提示用户选择需要打开的设备机箱的智能门锁；如无权限则提示用户申请临时权限；

机箱信息查询功能供用户查询设备机箱的信息；提供三种机箱信息查询方式，第一种是通过终端app的机箱地图入口进入地图页面，找到并选择需要查询的设备机箱，点击查看机箱信息；第二种是通过终端app的机箱状态查询入口，进入该入口搜索需要查看的机箱名称进行信息查询，机箱状态查询页面会显示各在线的设备机箱和掉线的设备机箱；第三种是通过扫描机箱本体上设置的识别二维码查看设备机箱的信息以及当前机箱状态；机箱信息包括机箱编号、ip地址、连接状态、环境参数、电气参数、机箱运行分析报告等；

临时权限申请功能供用户申请对一个设备机箱的临时权限；提供两种临时权限申请方式；第一种是用户通过终端app页面上的临时权限申请入口，填写临时权限申请单并选择设备机箱，临时权限申请会发送至云端管理平台，由管理员审核批准；第二种是用户通过智能终端扫描用户不具备权限的设备机箱上的识别二维码，终端app自动提示申请临时权限；

电子钥匙权限下发功能，供用户将智能终端内获得的权限下发给电子钥匙；在设备机箱彻底断电时，这时智能门锁也断电，用户可以使用电子钥匙给智能门锁供电，用户将智能终端内的权限下发给电子钥匙，每次有效期30分钟，电子钥匙获得与用户相同的权限，通过获得权限的电子钥匙打开相应智能门锁；过期电子钥匙将无法使用，避免电子钥匙丢失引起的安全问题；

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。