广告牌智能监测系统及方法与流程

1.本发明涉及广告牌安全检测技术领域，具体地，涉及一种广告牌智能监测系统及方法。


背景技术：

2.户外广告牌制作是在九十年代末期产生，近两年发展起来的。如今，众多的广告公司越来越关注户外广告的创意、设计效果的实现。各行各业热切希望迅速提升企业形象，传播商业信息，各级政府也希望通过户外广告树立城市形象，美化城市。户外广告牌多放置在繁华商业街区、临街店铺的墙体上、高大建筑物的顶部、主要交通干线，这些位置都是人员比较密集的区域。这些长期暴露于户外的广告牌，尤其高空广告牌，其稳固性易受环境影响，无论是夏季的台风还是冬季的北风呼啸都会让这些广告牌成为危险因素，其掉落的后果十分严重，易对公共设施甚至人民的生命安全造成巨大威胁。
3.传统的广告牌监管是基于人工巡查的方式来实现的，通常是通过工作人员进行广告牌的完损检测、普查广告牌的损伤情况等，以判断广告牌是否变形或脱落，然后检查广告牌与主体的连接状态、预埋深度，最终完成广告牌坠落风险的评估。然而，传统的人工巡查方式存在人工成本高、耗时长、无法获取广告牌实时状态、无法完全排除其坠落隐患等缺点，具有较大的改进空间。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种广告牌智能监测系统及方法。
5.根据本发明提供的一种广告牌智能监测系统，包括：
6.现场感知单元：实时收集广告牌的加速度、角速度和地磁的动态响应；
7.网络传输单元：获取现场感知单元采集的原始数据，负责向上层传输原始数据信息和向下传输后台指令；
8.后台检测单元：利用神经网络模型对原始数据进行分析处理，建立目标终端并传递可视化的广告牌坠落风险评估结果。
9.优选地，所述现场感知单元包括以下模块：
10.传感器模块：采用9轴mems传感器，定时采集广告牌的加速度、角速度和地磁值数据，测量采样率最大1khz；所述9轴mems传感器包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴地磁仪；
11.处理器模块：运行程序处理感知数据，利用指令设定发送数据给网络传输单元，并依据收到的指令来执行动作；
12.存储模块：用于存储原始数据以及代码；
13.扩展模块：包括温湿度传感器和模拟量传感器；
14.电源模块：为其他模块的运行提供电能。
15.优选地，所述传感器模块还支持超低功耗模式，输出8至64hz采样数据而不影响精度。
16.优选地，所述网络传输单元包括有线通信模块和无线通信模块；
17.所述有线通信模块采用rj45接口形式的网线进行连接，所述无线通信模块采用lte-cat.1协议或wifi进行通信。
18.优选地，所述后台检测单元包括：
19.应用层协议：采用mqtt消息队列传输遥测协议进行消息传递；
20.物联网云平台：与所有现场感知单元连接，利用神经网络对原始数据进行处理，分析广告牌是否有坠落风险；
21.可视化图形界面：通过web端或移动端可视化界面，从物联网云平台获取处理后的结果。
22.根据本发明提供的一种广告牌智能监测方法，包括以下步骤：
23.步骤s1：在广告牌背面安装一定数量、排列规则的现场感知单元；
24.步骤s2：设定9轴mems传感器采样率，实时采集加速度、角速度和地磁值，并将原始数据上传至后台检测单元；
25.步骤s3：后台检测单元中的物联网云平台使用神经网络模型对原始数据进行分析处理，通过神经网络模型的训练计算，估算广告牌安全状态并评估危险存在点；
26.步骤s4：根据物联网云平台评估后的结果输出，将实时的可视化计算结果传递至用用户端，并根据用户端反馈的指令操控现场感知单元。
27.优选地，所述步骤s4包括：在广告牌出现坠落风险时进行报警通知，并通知维护人员前往广告牌故障点进行维护；通过用户端发送指令到物联网云平台，物联网平台下发命令给现场感知单元进行远程操控。
28.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
29.1、本发明中集成化的传感装置替代了人工巡查，能提供更加全面与准确的广告牌状态数据，并且使用的mems传感器集成了加速度传感器、陀螺仪、磁力计传感器，更加微型化、集成化，比以往使用分立的传统传感器有更大优势。
30.2、本发明中现场感知设备主要使用lte-cat.1物联网技术，设备将原始数据上传到云平台，云平台结合神经网络模型进行数据分析与评估，判断广告牌的坠落风险；
31.3、本发明中云平台可将评估结果实时传递至用户端(web端及移动app)，在广告牌出现坠落风险时对用户进行报警通知，并通知工作人员对广告牌故障点及时检修。
32.4、本发明中的9轴mems传感器测量参数多，动态倾角测量响应更好，测量更加精确；且传感器体积小、功耗低，采样速率高。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
34.图1为本发明广告牌智能监测系统的架构图；
35.图2为本发明广告牌智能监测系统的物联网分层结构图；
36.图3为本发明现场感知设备的内部结构示意图；
37.图4为本发明后台监测单元的示意图。
38.图5为本发明广告牌智能监测系统的广告牌监测流程图；
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
40.本发明公开一种广告牌智能监测系统，如图1所示，为本发明实施例的广告牌智能监测系统示意图。本系统包括以下组成单元：
41.现场感知单元：在广告牌背面安装一定数量、排列规则的现场监测设备，通过9轴mems传感器实时收集广告牌的加速度、角速度和地磁的动态响应，将数据通过网络传输给上层。mems传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，它具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高、技术附加值高,适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。
42.网络传输单元，在整个物联网架构中起到承上启下的作用，获取现场传感器采集的原始数据，负责向上层传输感知数据信息和向下层传输后台命令。
43.后台监测单元，利用算法服务对原始采集数据进行分析处理，建立web及移动端可视化界面，传递可视化的广告牌坠落风险评估结果，在出现风险时及时预警。
44.参照图2所示，为广告牌智能监测系统在物联网体系中的层次架构图。
45.感知层：为广告牌背面安装的现场监测设备。
46.传输层：为感知数据传输通信方式，可选有线或无线方式，在物联网中使用的是lte.cat1技术，其主要应用于穿戴设备、工业传感器等宽带速率要求不高的场景，对于现场感知设备完全足够使用，可以将低功耗的特点发挥到最大，并可以无缝接入现有lte网络当中。
47.应用层：感知层数据通过传输层上传到云平台，经过处理分析后，将可视化结果传递到用户端，在广告牌出现坠落风险时候及时预警。
48.参照图3所示，为现场感知设备内部结构示意图。
49.传感器模块：所述传感器模块采用9轴mems传感器，定时采集加速度、角速度、角度和地磁值数据。传感器模块的测量采样率最大1khz，超低功耗模式下，可以输出8至64hz而不影响精度。
50.其中9轴mems传感器包括3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴地磁仪；
51.加速度计：用于测量物体的加速度，当物体处于静止状态时，加速度计测量出来的值就等于重力加速度，重力加速度的方向总是竖直向下的，通过获得重力加速度在其x轴，y轴上的分量，我们可以计算出物体相对于水平面的倾斜角度。
52.陀螺仪：测量的是角速度，即物体转动的速度，把速度和时间相乘，即可以得到某一时间段内物体转过的角度。但是积分运算得来的角度本身就存在误差，随着时间的累加，误差会加剧，此时就需要加速度计辅助计算出姿态角度。
53.地磁仪：用于测量设备的方位(东西南北)。
54.而现有的方案多采用单加速度计的方案来测量广告牌的数据，加速度计可以感知任意方向上的加速度,测量设备在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为x,y,z轴向的加速度大小和方向。陀螺仪是测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，
并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。加速度计和陀螺仪的区别在于，加速度计只能侦测物体的移动行为，并不具备精确侦测物体角度改变的能力；陀螺仪可以侦测物体水平改变的状态，但无法计算物体移动的激烈程度，并且陀螺仪积分运算得来的角度本身就存在误差，随着时间的累加，误差会加剧，此时就需要加速度计辅助计算出姿态角度。另外要判断出设备的方位(东西南北)，加速计和陀螺仪没有办法做到，需要借助地磁仪测量。这样通过mems传感器的9轴数据变化，可以更加精准获取广告牌状态。
55.仅仅采用加速度计，可以测出测量静态重力加速度，并且可以转换成倾角变化，输出当前的姿态倾角。但是这一切基于广告牌处于静态时候测量比较准确，如果遇到大风等恶劣情况处于晃动情况下，此时测量出的倾角误差较大，动态倾角的测量需要增加陀螺仪才够准确，地磁仪则是可以测量另外一个维度的变化(即定位设备东南西北的方位)。
56.网络传输单元：采用移动物联网、wifi、以太网等方式联网，将所述传感器模块采集到的数据发送到后台监测单元。
57.处理器模块：采用单片机，它通过运行各种程序处理感知数据，利用指令设定发送数据给通信单元，并依据收到的数据来执行指令的动作。
58.存储模块：实现对数据以及代码的存储功能。
59.电源模块：为传感网络各模块可靠运行提供电能。
60.扩展模块：所述扩展模块为温湿度传感器、模拟量传感器等。
61.在现场感知设备中，网络传输单元包括有线通信模块和无线通信模块，具体如下：
62.有线通信模块：以太网，最普遍的一种计算机网络，一般用于连接广域网络使用，可大致分为经典以太网与交换式以太网两种，传输时需要用到网线进行连接，一般我们看到的网线都以rj45接口的形式出现，以太网可以满足对带宽的更高要求。
63.无线通信模块：lte-cat.1，即速率类别1的4g网络，其中cat.x全称是lte ue-category 1，这个值是用来衡量用户终端设备无线性能的，是4g通信lte网络下用户终端类别的一个标准，cat是指4g lte网络传输速率的等级。
64.其中所述无线通信方式的lte-cat.1与目前我们手机所使用的cat.4都是4g通信lte网络下用户终端类别的一个标准，但在通信速率、使用场景以及成本各方面都存在一定的区别：
65.cat.1最大下载速度为10mbps，最大上传速度为5mbps；cat.4最大下载速度为150mbps,最大上传速度为50mbps。
66.cat.1主要应用于穿戴设备、智能家电、工业传感器、共享支付等宽带速率要求不高的场景，将低功耗的特点发挥到最大。cat.4主要应用于车联网，智能电网、4g无线路由、视频安防、视频直播设备等场景，对于宽带速率以及稳定性要求更高。
67.其中对于现场感知设备，cat.1完全足够满足使用，低功耗，可以无缝接入现有lte网络当中，无需针对基站进行软硬件的升级，网络覆盖成本很低。另外芯片成本上，经过系统优化后，集成度更高，模组的硬件架构更简单，外围硬件成本更低。
68.参照图4所示，为后台监测单元示意图，具体包括：
69.应用层协议：mqtt消息队列遥测传输，是为物联网场景设计的基于tcp的发布/订阅协议。mqtt最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。它作为一种低开销、低带宽占用的即时通信协议，在物联网、小型设备、移动
应用等方面有较广泛的应用。
70.物联网云平台：所有的现场感知终端都通过tcp连接到物联网云平台，云平台通过主题的方式管理各个设备关注的通信内容，负责将设备与设备之间消息的转发。云平台还需要利用神经网络对原始感知数据进行处理，通过训练计算，分析广告牌是否有坠落风险。云平台作为一个信息互相协同的科学系统的数据中心，便于掌握整体发展动态，从而节省成本，辅助管理者驾驭数据、洞悉价值、提高决策效率和能力。
71.结果可视化：建立web端，手机app可视化界面，在云平台上获取处理后的结果，使用对应的可视化工具结合模型与数据建立对应关联，最终形成一个可视化解决方案，将实时的可视化计算结果传递至客户端，并在广告牌出现坠落风险时对客户进行预警提醒，以及提醒维护人员检修该故障点。
72.本发明公开了上述广告牌智能监测系统的监测方法，如图5所示，包括：
73.步骤s1：在广告牌背面安装一定数量、排列规则的现场监测设备；
74.步骤s2：设定9轴mems传感器采样率，实时采集加速度、角速度、角度和地磁值，并将原始感知数据上传到云平台；
75.步骤s3：云平台使用神经网络模型对原始感知数据进行分析处理，通过神经网络模型的训练计算，评估广告牌安全状态并估测其危险存在点；
76.步骤s4：根据云平台评估后的结果输出，将实时的可视化计算结果传递至用户端，在广告牌出现坠落风险时进行报警通知，并通知维护人员前往广告牌故障点进行维护。
77.步骤s5：通过用户端程序可发送指令到云平台，云平台下发命令给现场监测设备，以此达到远程操控，比如某个设备发生错误报警时，可通过用户端关闭提醒。
78.综上：现场感知设备定时上传数据到云平台，云平台将原始数据经过神经网络处理分析，得到计算结果，然后平台负责统计汇总，将结果可视化呈现在前端页面即web端、手机app端，及时对客户预警提醒广告牌是否有坠落风险。
79.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。