基于ZigBeeRFID的高速公路机电设备一体化监测系统设计

1、基于 ZigBeeRFID 的高速公路机电设备一体化监测系统设计摘 要：针对当前智慧交通技术对高速公路机电设备智能化监测水平的发展需求，在结合 ZigBee/RFID 无线通信 技术的基础上，提出一种基于 ZigBee/RFID 的高速公路机电 设备一体化监测系统，通过构建包括智能感知层、网络传输 层、信息整合层、应用服务层等核心模块的监测平台架构， 实现对高速公路机电设备的实时在线监测与智能化管理，可 有效提高对机电设备故障及突发情况的快速反馈及处理能 力，进而提升高速公路营运管理的整体水平，为实现智能化 交通服务提供一定的参考价值。关键词：物联网 机电设备 监测系统 ZigBee/RFID

2、中图分类号： TP27 文献标识码： A 文章编号：1672-37912017)03(a)-0021-04Design of Monitoring Integration System for HighwayElectromechanical Equipment Based on ZigBee/RFIDYang Yu1* Chen Yao1 Su Kun2 Liu Liuxian21.Traffic Science Research Institute of Yunnan Province ，KunmingYunnan ， 650011， China；2.Highway Management

3、Department of Yunnan Province ，KunmingYunnan ， 650216 ， China)Abstract ： According to the development demand ofintelligent traffic technology for the intelligent monitoring level about highway electromechanical equipment ， an monitoring integration system for highway electromechanical equipment base

4、d on ZigBee/RFID was proposed based on the combination of ZigBee/RFID wireless communication technology. Buliding the monitoring platform framework by the integration of some core moduls including the intelligent sensing layer ， the network transport layer ， the information integration layer and the

5、 application service layer ， the real-time online monitoring and intelligent management for highway electromechanical equipment was realized ， which could effectively enhance the ability of quick feedback and handling for the failure and unexpected situation about electromechanical equipment ，improv

6、e the overall level of the operation and management of highway and provide a certain reference value for achieving the smart traffic services.Key Words ： Internet of Things ； Electromechanicalequipment ； Monitoring system ； ZigBee/RFID?S 着智慧交通技术的快速发展和迅速普及， 高速公路机电设备的在线监测与智能管理技术作为其重要组成部分，受 到越来越多的重视 1

7、，2。在传统交通运营环境下，高速公路机电设备在管理维护过程中普遍存在分布点线长面广、故障情况频发、维护技术复杂、修复时间紧迫等问题3 ， 4，难以实现高速公路机电设备的实时在线故障监测及快速预 警，从而无法实现在智慧交通技术背景下的高速公路机电设 备智能化管理与运营。为适应当前智慧交通技术整体发展的需要，进而提升高速公路机电设备的现代化监测管理水平，在结合当前物联网 主流通信技术的基础上，该文提出一种基于 ZigBee/RFID 的 高速公路机电设备一体化监测系统，通过构建包括智能感知 层、网络传输层、信息整合层、应用服务层等核心技术模块 的一体化监测平台架构，实现对高速公路机电设备实时运行

8、信息的有效采集，并通过 ZigBee/RFID 高效通信网络对采集 数据进行快速稳定的传输，进而有效解决监测服务中心与外 部机电设备之间的链接与通信问题，最终实现对高速公路机 电设备的实时在线监测及智能化运营管理，为后期智慧交通 技术的进一步发展提供强有力的技术支持与保障。1 ZigBee/RFID 高效通信物联技术1.1 物联网技术概述物联网技术，作为信息化产业的一次重要变革5 ，是种通过各种信息标识和传感设备进行物体信息的获取、传输 与处理，进而实现物与物、人与物之间自动化信息交互、处 理的智能网络技术，其综合了传感器技术、现代网络技术、嵌入式计算机技术及无线通信技术等前沿高新技术6 ，

9、7，其技术体系如图 1 所示，主要包括感知识别技术、网络通信 技术、智能服务技术以及公共支撑技术。在计算机互联网的 基础上，物联网利用 RFID 等无线数据通信技术，构造一个 覆盖世界上万事万物并实现物品信息实时共享的实物互联 网，其发展日新月异，经历了单体、一对一和一对多、多对 多、无线泛联等阶段 8 ；经过不断的发展与演变，物联网技 术发展的最终目标便是实现随时随地随物的互联新模式，尽可能地趋近于万事万物之中形成互联网，进一步实现便利性 特别是将物联网技术应用于高速公路机电设备的监测运营 中，采用高效的数据通讯传输技术、电子设备控制技术、传 感器技术以及计算机智能处理技术等先进技术，综合构

10、建针 对高速公路机电设备的一体化监测系统平台，可有效提升公 路机电设备的智能化管理水平，并大幅度提高交通运输效 率、保障交通安全，进而有效缓解相关交通问题。与智能化。智慧交通是物联网技术重要的应用领域，1.2 ZigBee/RFID 通信组网技术RFID 是物联网的技术基础，但是其识别距离短、设备成本高、 读写系统工作不灵活， 而 ZigBee 同样作为一种无线 网络技术，虽然设备成本相对较低，但穿透性差却是它的致 命弱点，两者可以形成互补。通过自组织网络协议，网络中 的每台用户终端设备都可以直接进行无线通信，可节省大量 有线设备的连接，提升网络信息传输的稳定性及可靠性。为设计一种测量精度高、

11、数据传输高效可靠、操作方便的基于 ZigBee/RFID 的高速公路机电设备一体化监测系统， 现将 RFID 与 ZigBee 两者进行结合， 构建一种高效通信无线 物联网络。 采用 RFID 射频技术对目标进行定位并采集信息， 通过无线组网 ZigBee 技术对定位目标的信息进行快速上传， 其组合技术原理如图 2 所示。射频模块分为应答器和阅读器， 阅读器嵌入 ZigBee 模块，在 2.4 GHz 频段进行通信，适合Zigbee 设备推广及降低生产成本。 应答器里面存储相应信息， 当通信的网络建立后，阅读器与应答器通信，通过单片机实 现对应答器的信息控制与管理，并将结果上传到上位机；由 于

12、 ZigBee 通信的识别距离长，所以这里采用了 ZigBee 通信 协议，可以建立基站扩大通信的距离。通过自组织网的方式 连接读写器，高效、快速地读取设备标签上的相关信息，同 时简化组网过程，使每个 RFID 阅读器可实时快速读取交换 标签信息。最终实现一个 ZigBee/RFID 混合组网的感知层无 线通信网络设计，可有效采集并传输高速公路机电设备实时 状态信息，为监测系统的稳定运行打下基础。2 高速公路机电设备一体化监测系统框架 根据智慧交通环境下提升高速公路机电设备智能化监测与管理的需求，结合当前物联网中先进的传感器技术、ZigBee/RFID 高效通信物联技术、电子设备控制技术以及数

13、据智能分析处理技术，建立一种基于 ZigBee/RFID 的高速公路机电设备一体化监测系统框架， 如图 3 所示，其主要包括： 核心技术模块。智能感知层、网络传输层、信息整合层、应用服务层等4个1）智能感知层。利用物联网感知技术中的智能传感器、 RFID 电子标签、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等，实现对高速公路机电设备运行状态数据和故障情况 信息的统一智能感知；采用 ZigBee/RFID 高效通信技术，结 合 ZigBee 较大的有效通讯半径， 对设备周围环境进行监测与 设备盘点，进而有效实现对机电设备运行情况的实时跟踪， 为后期高速公路机电设备运行数据的高效获取与稳定传输 提供了

14、有力的技术支持。2）网络传输层。主要提供解析数据传输通道，将智能感知层采集的相关数据信息高效可靠地传送到信息整合 层，进而使传感器网络与移动通讯技术、 互联网技术相融合， 实现更加广泛的互联功能；同时可控制信息的发送及数据协 议的转换，支持异构网络接入，并支持移动性，以实现设备 的无缝透明接入。3）信息整合层。以机电设备监测数据融合处理集成平台作为信息整合层的信息处理中心，面向服务架构 SOA及企业级服务总线，提供信息的 ?俗冀尤搿 ?Web 服务、业务 服务接口等功能，通过对高速公路机电设备监测多源异构数据的特征提取、挖掘、关联等方法，实现海量数据纵向整合 和横向集成的全景应用，支撑高速公路

15、机电设备监测全过程 管理。4）应用服务层。其高速公路机电设备一体化监测系统主要包括信息查询、风险评估、在线预警、智能诊断、故 障上报、 系统管理等功能模块， 通过将各模块进行有效集成， 可显著提升高速公路机电设备的运行监测水平，进而提高其 维护管理工作效率，为实现高速公路机电设备智能化监测运 营提供一定的技术支持。3 结语针对当前智慧交通技术环境下对高速公路机电设备智能化监测运营技术发展的需求，在结合物联网ZigBee/RFID无线通信技术的基础上，提出一种基于 ZigBee/RFID 的高速 公路机电设备一体化监测系统，在满足高速公路机电设备日 常维护管理需求的基础上，进一步实现对机电设备的

16、实时在 线监测与智能化管理，可有效提高对机电设备故障及突发情 况的快速反馈及处理能力，进而提升高速公路营运管理的整 体水平，为今后智慧交通技术的发展提供了一定的参考价 值。参考文献J.1 王小军，王少飞，涂耘 .智慧高速公路总体设计公路， 2016， 61（4）： 137-142.2 胡永利，孙艳丰，尹宝才 .物联网信息感知与交互技术J.计算机学报，2012, 35 (6): 1147-1159.3 王玉凡 .关于高速公路机电设备的维护与管理的分析J. 北方交通， 2014（12）：127-132.4刘保.高速公路机电设备维护管理系统分析J.交通科技， 2015（ 6）：177-179.5 蒋新华，陈