基于Android智能手机的管网巡检系统_安全运行

摘要

提出一种利用 Android 智能手机，结合智能手机定位技术、 GPRS ／ 3G 通信、 GIS 技术的管网巡检系统，探讨了该系统使用的技术、系统结构和软件。

摘　要：提出一种利用Android智能手机，结合智能手机定位技术、GPRS／3G通信、GIS技术的管网巡检系统，探讨了该系统使用的技术、系统结构和软件。

关键词：Android；　智能手机；管网巡检；　GPS定位：基站定位

Anndroid Smartphone-based Pipeline Inspection System

Abstract：A pipeline inspection system using Android smartphone，smartphone position technology，GPRS／3G communication and GIS technology is proposed．The technologies used in the system，system architecture and software are discussed．

Keywords：Android；smartphone；pipeline inspection；GPS position；base station location

本文根据管网巡检工作特点，分析现有各种技术的优缺点，提出一种基于Android智能手机，综合智能手机定位技术、GPRS／3G通信和GIS技术的管网巡检系统。

1　巡检系统使用的技术

1.1　Android系统

Android系统采用软件堆层(Software Stack，又名软件叠层)的架构[1]，见图1，主要分为四层：Linux操作系统及驱动、核心类库和运行环境、应用程序框架、应用程序。

基于Android智能手机的管网巡检系统

Android系统基于Linux2．6内核，其核心系统服务如安全性、内存管理、进程管理、网路协议以及驱动模型都依赖Linux内核。Android运行环境主要指虚拟机技术，每个Android程序都有一个Google公司自己设计用于Android平台的Dalvik虚拟机的实例，并在该实例中执行。应用程序框架层是Android开发的基础，该层简化了组件的重用，开发人员可以直接使用其提供的组件进行快速的应用程序开发，也可以通过继承实现个性化的拓展。由于其开源性，Android应用程序开发方便，且易于维护和升级。

1.2　GPRS/3G通信

GPRS(General Packet Radio Service)是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输网络，提供一种端到端分组交换业务，采用TCP／IP协议传输数据。GPRS采用先进的无线分组技术，目前可以提供20～60kb／s的稳定数据传输速率。第三代移动通信技术(3G)是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G与2G的主要区别是比2G在传输声音和数据速度上有提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、视频流等多种媒体形式，可提供更好的数据业务。

1.3　智能手机定位技术

常用的智能手机定位技术有GPS定位和基于基站的定位两种[2]。

1．3．1GPS定位

全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)是中距离圆型轨道卫星导航系统，可以为地球表面绝大部分(98％)地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。该系统由美国政府1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机，无须另外付费。GPS定位的主要特点：全球、全天候工作；定位精度高，单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达cm级和mm级。

1．3．2基于基站的定位

基于基站的定位从技术上可分为到达时间(TOA)、增强测量时间差(E-OTD)和GPS辅助(AGPS)3种方式。

①TOA定位技术，其原理为：Android智能手机测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA(Time of Arrival，到达时刻)或TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估算法，计算出移动电话的位置。一般而言，移动电话测量的基站数量越多，测量精度越高，定位性能改善越明显。

②E-OTD定位技术，是从测量时间差发展而来的，OTD指测量所得的时间量，E-OTD指测量的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机测量几个基站信号的相对到达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的基站接收。确定了基站到手机的信号传输时间，则可确定基站与手机之间的距离，再根据此距离进行计算，最终确定手机的位置。

③GPS辅助(A-GPS)技术，是GSM网络接收到基站位置辅助信息后，将辅助信息发送到手机，手机得到基站辅助信息后，结合接收到的GPS卫星发出的无线位置电信号，计算得出自身精确位置，手机将位置信息发送到GSM网络。该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种。

2　系统架构

2.1　系统结构

管网巡检系统采用3层C／S(Client／Server)结构。相对于传统的2层C／S结构，在客户端(表现层)和数据库服务器(数据层)之间增加了应用服务器[3]，即业务逻辑层。系统结构见图2。3层C／S结构的客户端不需要直接连接到数据库服务器，而是通过、№务逻辑层，将客户端的请求传给数据库服务器，数据的查询处理结果也是通过业务逻辑层回传到客户端，这样就大大减轻了数据库服务器的负担，提高了整个系统的性能。

基于Android智能手机的管网巡检系统

客户端为采用Android系统的智能手机，集成了前端管网巡检系统、GPS定位模块和无线通信模块(GPRS或3G)，实现管网巡检、通过无线通信模块将巡检数据上传至服务器功能。业务逻辑层部署管网巡检应用服务器，搭建起智能手机与数据的通信桥梁，可以分析数据的完整性、识别数据分类等，同时对异常信息发出警告并写入日志。数据层提供客户端登录身份认证所需的基本信息，以及接收存储智能手机发送的巡检数据信息，实现原始数据的分类存储，以供客户端查询及其他系统调用。

2.2　软件系统

基于Android智能手机的管网巡检系统可分为管网巡检服务中心子系统和管网巡检移动应用端子系统，分别以管网巡检应用服务器和数据库服务器、Android智能手机为运行平台。

2．2．1管网巡检服务中心子系统

管网巡检服务中心子系统由管网巡检应用服务器、数据库服务器2部分组成。实现的主要功能如下。

①基础信息管理

基础信息管理包括添加、修改和删除组织机构信息、巡检人员信息、智能手机终端信息等。在需要增加新的厂站、巡检人员或巡检设备时，用户可在系统中随时添加；当巡检工作调整时，用户可对已有信息进行修改或删除，同时可对巡检人员的在线状态进行监控维护。

②巡检计划管理

巡检人员根据巡检汁划，在规定的巡检周期内完成巡检工作，现场记录管道及附属设施的状态和运行数据。巡检计划管理功能包括：创建巡检计划：通过划定巡检范围，将区块内的管道、附属设施分配给巡检人员，包括制定巡检周期和巡检内容等；应用巡检计划：将制定的具体巡检计划通知巡检人员并设置启用状态；查询巡检计划：查询已制定好、已完成或正在进行中的巡检计划；修改巡检计划：对巡检计划灵活设置，随时调整；删除巡检计划：删除已过时或作废的巡检计划；归档巡检计划：打印巡检计划，或以电子表格文件的格式导出巡检计划。

③定位监控

定位监控功能模块可显示巡检区域地图，根据智能手机回传的实际位置信息，在GIS地图中对所有或指定巡检人员、车辆的当前位置进行实时监控；在GIS地图中对所有巡检人员或指定巡检人员的巡检轨迹进行监控，可查询显示指定时间内的历史巡检路线。由于智能手机中GPS定位系统存在一定的误差，需要通过轨迹纠偏算法将定位数据在电子地图上进行纠正匹配，通过缓冲区分析获取待匹配道路集合，根据最小距离原则，从多条待匹配道路中找到正确道路，以提高定位精度。

④巡检报表存储

巡检报表包括巡检到位报表、巡检日报表、巡检月报表、巡检年报表。将记录的巡检时间、设施状况、存在隐患等内容存储于数据库服务器，以报表的方式对巡检数据进行管理，包括巡检报表的导出、保存和对报表数据进行检索、分析。

⑤系统管理

系统管理功能包含用户管理、角色权限管理和数据安全管理。用户管理提供对用户的增加、删除、修改等管理功能，角色权限管理提供角色的增加、删除、修改、权限控制等管理功能，数据安全管理包括巡检数据库的备份与恢复功能。

2．2．2管网巡检移动应用端子系统

管网巡检移动应用端子系统结合GPS、GIS、无线数据传输技术，在Android智能手机平台支撑下完成户外巡检工作。移动应用端子系统主要实现的功能如下。

①巡检人员登录验证

巡检人员在使用智能手机进行管网巡检时，先进行巡检人员登录验证，巡检人员在输入用户名、密码等信息后，通过数据库服务器中存储的信息验证用户名和密码，并赋予相应的权限，同时管网巡检服务中心子系统可根据登录信息确定巡检人员的在线状态。

②巡检数据上传

在巡检过程中，填写巡检数据记录是一项很重要的工作，巡检人员可对巡检路线、巡检时间及管网设施的状态以及存在的隐患、类型等内容进行记录，凭借GPRS／3G无线网络传输的强大优势，巡检记录可实时上传，巡检人员可就地将巡检记录发送到管网巡检应用服务器，无须等返回服务中心后再将巡检记录数据入库；实时发送GPS位置信息，实现巡检人员定位监控功能。

③信息查询

巡检人员通过智能手机可对基础信息进行查询，可分别按厂站、组、巡检人员和巡检终端设备等信息进行查询，查询功能还可对指定时间段内、指定线路、指定缺陷等级以及处理类型(全部缺陷、已消除缺陷、未消除缺陷)的巡检El志数据、历史缺陷或故障信息进行查询。具有一定权限的巡检人员还可对已制定好、已完成、正在进行中的巡检计划信息进行查询。

④地图导航

管网的地理信息以数字地图格式存储在智能手机中．通过掌上地图模块，显示巡检区域地图和计划巡检路线，提供了户外环境下对管网信息进行访问的手段。结合GPS导航功能，巡检人员能够快速方便地找到需要巡检的管道及设施，对设备的使用状况进行实时检查并记录到系统中。

参考文献：

[1]吴亚峰，索依娜．Android核心技术与实例详解[M]．北京：电子工业出版社，2010．

[2]孙巍，王行刚．移动定位技术和移动定位系统[J]．计算机系统应用，2003(10)：20-23．

[3]土长元，赵莉，王淑蓉．软件工程与建模[M]．西安：西安交通大学出版社，2010：66-68．