基于无线传感器网络的智慧工地喷淋系统

基于无线传感器网络的智慧工地喷淋系统

梁孝坤 孙月娇孙曼迪 徐杰

沈阳城市建设学院  辽宁 沈阳 110167

摘要：针对工地环境问题，提出了一种基于无线传感器网络的NB-IoT技术的智慧喷淋系统。以NB-IoT技术为主，实现物联网远距离、低功耗的通信技术。系统适用于智慧工地中，使用云平台来实现远程监视工地的温度和空气质量等功能，并能自动控制喷淋启停，调节工地环境舒适度；以及实现混凝土养护和工地温度保证。

关键词：无线传感器网络；智慧工地；NB-IoT；喷淋

一、智慧工地喷淋系统的意义

建筑工地属于环境复杂、人员复杂的区域。针对工地环境问题，需要远程监视工地的温度和空气质量等功能，并能自动控制喷淋启停，调节工地环境舒适度。传统的工程现场已完全不符合可持续发展的市场需要，施工企业迫切需要利用科技手段来促进施工现场管理的创新，构建一个智能、高效、绿色的“智慧工地”控制系统。

二、无线传感器网络在智慧工地的应用现状

随着现代信息技术的不断发展，各种高新技术、大数据被应用到建设施工现场，其中最为成功的就是智慧工地管理平台。智慧工地未来的市场规模将高涨，世界通信标准组织3GPP推出NB-IoT窄带物联网技术，能够为智慧工地领域带来更加丰富的应用场景，对于产业而言，NB-IoT将成为3GPP面向窄带场景的唯一标准。无论远程设备在何处，手机都可以通过安防、环境监控、作业监控、实时监控、后期查询统计等功能实现设备自动化。

2013年，业内相关厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，起名为LTE-M；2014年由沃达丰、中国移动、Orange、意大利电信、华为、诺基亚等公司支持的LTE-M在3GPP GERAN 工作组立项，被重新命名为Cellular IoT；2015年，华为和高通共同宣布了NB-CIoT方案；同年8月，爱立信联合几家公司提出了NB-LTE概念；2015年9月，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合，NB-IoT正式诞生。在2017年6月，工信部发布了《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》，通知要求：一是加强NB-IoT标准与技术研究，打造完整产业体系；二是推广NB-IoT在细分领域的应用，逐步形成规模应用体系；三是优化NB-IoT应用政策环境，创造良好可持续发展条件。

NB-IoT从2015年9月3GPP在RAN全会达成一致以后，得到全球大多数的运营商、通讯设备厂商、芯片厂商、终端厂商的支持和响应，这标志着世界范围的物联网通信标准已经产生，并将为整个产业链带来巨大商机。业内人士认为，如今的物联网也无比渴望着一个深度覆盖强大的NB-IoT蜂窝物联网基础网。

NB-IoT具备广覆盖、多连接及低功耗等特性。NB-IoT应用于智慧工地需要开展的很多工作，例如：工地智能设备实时性需求高、随机交互频率高、行业尚需应用标准保障数据安全、WiFi/BT设备互联互通等。NB-IoT发展仍是一个供给推动为主的阶段，智慧工地行业需要集网络部署、产业配套、应用适配和商业模式探索的应用级解决方案及标准。

三、基于NB-IoT的系统设计

1、硬件设计

基于NB-IoT的智慧工地喷淋控制系统，通过增加各种传感器、通讯模块使得终端可控、可管、可互通，终端设备通过集成NB-IoT标准模组，与NB-IoT基站连接来实现通讯能力，智能终端通过NB-IoT基站将信息上传给IoT平台。

基于无线传感器网络的智慧工地喷淋系统需要解决的关键问题有：设备通过集成NB-IoT标准模组，与物联网平台实现通信；设备实现数据的实时采集并上传；设定连续喷淋时间、喷淋条件；当颗粒物浓度超标时，系统自动控制喷淋，实现自主降尘；合理规划用水量，防止用水浪费。

控制系统包括温湿度监测模块、扬尘监测模块、数据采集模块、NB-IoT标准模组；服务器通过NB-loT传输模块与应用终端进行数据的传输，服务器通过无线通讯模块与显示模块进行数据的传输。本系统通过应用终端的APP手动控制喷淋设备的启停，管理人员无需到现场即可开启设备进行喷淋，通过对数据采集模块、扬尘监测模块采集的数据分析处理，设定连续喷淋时间、间隔时间、喷淋时间段，当颗粒物浓度超标时，系统自动喷淋，实现自主降尘，合理规划用电量、用水量，避免水电资源的浪费，降低喷淋成本，提升施工环境。

根据系统的功能要求和硬件结构，系统的整体软件采用模块化结构编程实现。本系统采用实时多任务软件管理机制，不仅可以提高软件对各种事件的响应速度，同时也使软件的结构和控制大大简化，极大地提高控制器软件的整体可靠性。不同功能模块，实现方法可以完全不同，通过定义完善的模块接口，采用分布式控制通信模式，使得位于不同层次的节点模块，能独立完成相应的数据处理，同时可以请求的数据服务。系统软件在功能上提供良好的监控管理界面，可实现多种控制方式，能实时显示信息，具有较强的容错、抗干扰能力，当某些节点的功能模块出现问题时，不会影响整个系统的其它功能。

2.云平台介绍

IoT平台提供连接感知、连接诊断、连接控制等连接状态查询及管理功能；通过统一的协议与接口实现不同终端的接入，上层行业应用无需关心终端设备具体物理连接和数据传输，实现终端对象化管理；平台提供灵活高效的数据管理，包括数据采集、分类、结构化存储，数据调用、使用分析，提供全生命周期的业务定制报表。业务模块化设计，业务逻辑可实现灵活编排，满足行业应用的快速开发需求。通过IoT平台，结合移动端APP方式，用户可获取工地实时相关信息。

数据云服务平台是基于智能物联网平台构建的，主要优势体现在：大平台一站式全天候托管服务：基于云提供从网络到中间件，从数据接入、分析到存储等全天候24小时服务。数十亿设备有效接入：支持大量设备有效且迅速接入，中心平台具有丰富的网络资源，在带宽方面支持Ｔ级接入，可扩展性极强。支持多种协议接入：支持MQTT等多种标准通讯协议接入、处理与变换。海量数据分析能力：依靠国内最大的服务器集群，对海量数据进行最优的分析，从而挖掘出最具价值的数据。

物接入提供一个全新免管理的云端服务，通过在云端和设备端之间建立安全可靠的双向连接，来支持实现海量前端设备的数据采集、分析及状态预警等功能。通过利用物接入来作为搭建物联网应用的第一步，支持亿级并发连接和消息数，打通海量数据的双向传输通道，无缝对接天工平台和百度云的各项产品和服务。系统支持远程监督，并且能准确的控制温度，云平台还提供空气质量监测系统。系统使用NB-IoT技术，充分利用其广覆盖、多连接及低功耗等特性，通过硬件与云平台的连接，实现智慧工地的物联网。

四、展望

自动喷淋控制系统可以根据工地现场检测到的数据智能运行，既可以节省人力，又可以节约用水。本系统的提出避免了人工清扫降尘和洒水车洒水产生的人工费用，降低施工现场的扬尘，符合绿色施工的要求，对于推进建筑施工的文明化进程，实现智慧城市具有一定的现实意义。

结语

本文分析了智慧工地喷淋系统的意义，以及无线传感器网络在智慧工地的应用现状，提出了基于NB-IoT的系统设计，用于工地温湿度及粉尘检测及自动控制喷淋，针对工地环境问题，提出了一种基于物联网NB-IoT技术的智慧喷淋系统。以NB-IoT技术为主，实现物联网远距离、低功耗的通信技术。系统适用于智慧工地中，使用云平台来实现远程监视工地的温度和空气质量等功能，并能自动控制喷淋启停，调节工地环境舒适度；以及实现混凝土养护和工地温度保证。

参考文献：

[1] 柯文捷.建筑工地扬尘控制现状及对策分析[D].华南理工大学.2019

[2] 孙万里.基于云平台和NB-IoT的物联网监控系统开发[D].浙江大学.2021

[3] 王大明.低功耗数据采集与NB-IoT传输系统的设计[D].大连理工大学.2021

[4] 孙月娇,齐秋红.“物联网+”背景下的智慧工地应用研究[J].建筑安全.2021(05)

[5] 严桂林.一种NB-IoT无线传感物联网数据采集系统设计[J].现代电子技术.2021(18)