一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统
1.本发明属于窨井盖管理技术领域，具体涉及一种基于5g物联网通信技术、传感器技术、云计算技术和大数据处理技术的道路窨井盖远程实时智慧管理系统。
背景技术：
2.随着物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的发展，利用物联网等新一代信息通信技术实现城市基础市政设施“物物相连”，并对其关键信息进行采集、传输、处理和整合，以智慧地应对城市管理各方面需求的“智慧城市”建设已经成为人们关注的热点，并已在物联网时代背景下上升为国家战略之一。
3.近些年来，随着我国城市基础设施建设事业的持续高速发展，城市中给水、排水、燃气、热力、电力、通信等各类市政公用设施日益增加。为了方便对城市地下排水排污管道、地下电缆电线、地下天然气管道等基础设置后期的维护和管理，市政建设在城市道路上设置了诸多检查井，最终使得城市道路上出现了大量的窨井盖。但由于对窨井盖功能结构的不完善且管理不善，城市道路上的窨井盖随时会因为某个意想不到的原因成为危及性命的定时，造成全国范围内各类伤人、损车事件频发，严重影响了市民的出行安全，造成不良的社会影响。例如，热力井内温度过高导致烫伤众；由于排水不力导致城市内涝，作为市政管网入口的窨井盖也经常被洪水冲开，被挪开便于排水，甚至被不法分子偷盗，导致大众不小心掉落窨井、汽车轮胎陷入窨井、污水从窨井中溢出进一步加重城市内涝；窨井中排污不及时产生大量可燃性气体、天然气管道维修不及时导致泄漏设置燃烧爆炸等事故频发；井盖丢失后无人处理造成不必要的人员伤亡等。如何改善和加强对城市窨井盖管理已成为全国各地市政设施管理部门亟需解决的重要问题之一。
4.现有的窨井盖管理主要是靠人工巡查的方式进行定期监测，同时也依赖市民报告。这种只靠人力的管理方式不仅难以全范围的监测城市窨井盖状况，也不能及时发现所有的问题窨井盖，存在着上报危险情况不及时和漏报的危险，从而留下事故隐患。并且实施专人巡查会造成大量的人力、物力、财力的浪费。考虑到人工巡查井盖的不足以及当前井盖问题频发的现状，通过新的信息技术建立一套摆脱人工依赖，全自动的实时窨井盖状态监控系统，实时地监控每个窨井盖的状况，实现对井盖的智能化管理，从而减少不必要的损失及给行人和车辆带来的安全隐患，对于提升城市安全管理指数、避免悲剧的发生显得尤为重要。
技术实现要素：
5.为了解决现有窨井盖管理主要依靠人工管理方式存在的问题，本发明公开了一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，整个系统可对窨井盖进行远程实时监控，管理效率高、实时性好，能有效排除窨井盖问题导致的安全隐患，提升城市智慧化管理水平。
6.本发明的技术方案如下，一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，
包括窨井盖信息采集系统、窨井盖信息管理云平台、市政控制中心系统及窨井盖移动终端管理系统。所述的窨井盖信息采集系统包括卫星定位模块、角度传感器模块、温度传感器模块、易燃易爆气体传感器模块、井下水位监测传感器模块、路面水位监测传感器模块、视频监控模块、电子标签模块、无线通信模块、报警模块、电机模块及供电模块、处理器模块。通过各种传感器模块实时监测井盖地理位置及角度、井内温度、易燃易爆气体浓度及水位、井盖附近路面积水情况、井盖及井内视频信息。卫星定位模块可在井盖丢失时对其进行实时追踪。电子标签模块包括窨井盖ipv6地址、责任部门等信息，用于对井盖的智能管理，并在井盖丢失时第一时间发送报警信息。路面水位监测传感器模块实时监测窨井盖附近道路积水情况，在出现严重积水时启动电机模块打开窨井盖进行排水；视频监控模块包括井下视频监控模块及井上视频监控模块，井下视频监控模块实时监视井内状态，井上视频监控主要用于井盖防盗监控。无线通信模块接收传感器模块发送的井盖信息，并通过短距离低功耗无线通信技术发送至部署在邻近路灯上的5g网关节点，并通过该5g网关节点转发至窨井盖信息管理云平台。在井内温度过高、易燃易爆气体浓度过高、井盖移动时，报警模块会第一时间向路过行人通过安装在邻近路灯上的扬声器播报提示信息，并及时将监测信息发送至市政控制中心系统。供电模块采用太阳能电池及压电传感器模块，通过采集太阳能及过往车辆及行人产生的压力生成电能，保证能量的持续供给。所述的窨井盖信息管理云平台根据接收到的窨井盖及井内信息分析井盖及井内状态，发送给市政控制中心系统及窨井盖移动终端管理系统。在井盖丢失时，通过第三方应用程序接口及时向公安部门发出报警信息；同时在窨井盖附近道路积水严重时，通过第三方应用程序接口及时提醒道路管理部门及时到现场进行疏通排水，避免严重内涝情况发生。所述的市政控制中心系统通过对城市进行区域划分及建立城市坐标，把每个窨井盖ipv6地址与城市区域及地理坐标进行对应，并在gis地图上实时显示窨井盖相关信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪。同时，在井内状态异常时，市政控制中心系统及时向相关责任部门及责任人员发出异常提示信息，提醒相关责任部门及时开展维护。市政控制中心可以根据对监测信息的综合分析预测可能存在的问题，提醒相关责任部门提前进行维护，从而避免事故发生，实现对窨井盖的智慧管理。所述窨井盖移动终端管理系统为窨井盖管理系统手机app，包括用户管理、井盖操作权限管理及井盖信息管理三大功能。用户管理及井盖权限管理是根据用户类型(包括责任部门维护人员、责任部门管理人员等)分配相应的操作权限，责任部门维护人员可以维护管辖范围内的窨井盖。井盖信息管理结合窨井盖ipv6地址、城市区域划分及城市坐标，在手机地图上实时显示窨井盖相关信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪。
7.作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息采集系统，包括井上及井内视频监控模块，井上监控模块可在窨井盖被盗时，拍摄盗取人员图像，以便于后续对井盖的追踪，并可将该信息记入盗取人员个人征信系统。
8.作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息采集系统包括太阳能供电模块及压电传感器供电模块，通过多种方式综合采集能量，能量持续供给能量更强，系统工作时间更长。
9.作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息采集系统与智慧路灯相结合，利用路灯布局密集、覆盖范围广及区域划分规律性强的特点，极大地提高窨井盖管理系统的部署效率。
10.作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息采集系统通过部署在路灯上的5g网关节点模块转发窨井盖监测信息，提高通信速率，极大增强对窨井盖监控的实时性。
11.作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息管理云平台包括窨井盖信息处理模块、工作人员信息数据库模块、用户数据库模块、井盖信息数据库模块、及与第三方应用系统的接口模块，能对窨井盖信息、井盖周边路面积水信息、井盖安全信息进行综合分析，得出所存在或可能存在的问题，明确窨井盖责任部门并做出相应提示，实现对窨井盖的智慧管理；同时可分析接入系统的用户信息及操作权限，并对维护操作做出响应。在井盖被盗时，所拍摄的盗取人员图像可通过第三方应用系统接口接入到公安相关应用系统中，便于对井盖的后续追踪及记录个人征信信息。
12.作为本发明的一种改进，所述的市政控制中心系统包括窨井盖综合智慧管理系统，通过责任明确、细化量化在线管理方法建立窨井盖管理常态长效机制，实现对窨井盖的智慧管理，彻底改变现有对窨井盖管理责任不明确、维护不及时导致安全事件频发的现状。
13.作为本发明的一种改进，所述窨井盖移动终端管理系统包括井盖信息管理模块，可在监测信息异常时，及时推送报警信息至责任维护人员及责任管理人员的手机上，实现对井盖的实时管理和及时维护。
14.本发明的有益效果：
15.相对于现有技术，本发明的优点如下：
16.1、整个技术方案设计合理，通信速率高，实时性好；
17.2、通过部署多种传感器模块综合监测窨井盖信息及窨井盖周边路面信息，监测信息更加全面，管理更加有效；
18.3、综合采用太阳能供电模块和压电传感器分布式电源模块采集环境能量，与现有单一能量采集技术相比，能量持续供给能力更强，系统工作时间更长；
19.4、5g通信模块完成窨井盖监测信息的转发，与现有采用2g/3g通信技术的窨井盖监测系统相比，实时性更强；
20.5、该技术方案与智慧路灯建设相结合，减少了大量重复布线工作，可极大地降低窨井盖管理系统的部署成本，提高部署效率；
21.6、通过云端大数据处理技术对窨井盖信息的综合分析，实现对窨井盖的智慧管理，相比于现有窨井盖管理系统，管理更加精细化和量化，责任更明确。
附图说明
22.图1为本发明所述的基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统的总体架构示意图；
23.图2为本发明所述的窨井盖信息采集系统示意图；
24.图3为本发明所述的窨井盖信息管理云平台示意图；
25.图4为本发明所述的窨井盖软件管理流程示意图。
26.图中：1、窨井盖信息采集系统，2、窨井盖信息管理云平台，3、市政控制中心系统，4、窨井盖移动终端管理系统，5、卫星定位模块，6、角度传感器模块，7、温度传感器模块，8、易燃易爆气体传感器模块，9、井下水位监测传感器模块，10、路面水位监测传感器模块，11、视频监控模块，12、电子标签模块，13、电机模块，14、报警模块，15、无线通信模块，16、供电
模块，17、处理器模块，18、5g网关节点模块，19、窨井盖信息处理模块，20、工作人员信息数据库模块，21、井盖信息数据库模块，22、第三方应用系统的接口模块。
具体实施方式
27.为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
28.实施例1：
29.参见图1，基于5g物联网和大数据技术的道路窨井盖智慧管理系统。所述道路窨井盖智慧管理系统，包括窨井盖信息采集系统1、窨井盖信息管理云平台2、市政控制中心系统3、窨井盖移动端管理系统。窨井盖信息采集系统1可实时监测窨井盖和井内状态以及窨井盖附近道路积水信息，并将监测到的信息通过5g移动通信技术传输至窨井盖信息管理云平台2。所述窨井盖信息管理云平台2根据收到的窨井盖实时监测信息分析出井盖和井内状态，发送给所述市政控制中心系统3及窨井盖移动终端管理系统4；并能在井盖丢失时，及时将报警信息发送至公安部门应用系统；同时在窨井盖附近道路积水严重时，及时将提示信息发送至道路管理部门应用系统。所述的市政控制中心系统3能在gis地图上实时显示窨井盖相关信息，并在窨井盖状态异常时及时向相关责任部门及责任人员发出异常提示信息。所述窨井盖移动终端管理系统4为窨井盖管理系统手机app，能在手机地图上实时显示窨井盖相关信息，并在窨井盖状态异常时及时向相关责任人员手机推送异常提示信息。
30.实施例2：
31.参见图2，作为本发明的一种改进，所属窨井盖信息采集系统1包括卫星定位模块5、角度传感器模块6、温度传感器模块7、易燃易爆气体传感器模块8、井下水位监测传感器模块9、路面水位监测传感器模块10、视频监控模块11、电子标签模块12、电机模块13、报警模块14、无线通信模块15、供电模块16、处理器模块17，可实时监测窨井盖、井内、窨井盖周围道路窨井盖附近道路积水等综合信息，监测信息更全面。在井内温度过高、易燃易爆气体浓度过高、井盖移动时，所述报警模块14可通过安装在邻近路灯上的扬声器，第一时间向路过行人播报井盖打开提示信息。所述路面水位监测传感器模块10可实时监测窨井盖附近道路积水信息，在积水严重时启动所述电机模块13打开窨井盖进行排水。所述视频监控模块11可在窨井盖被盗时，拍摄盗取人员图像，以便于后续对井盖的追踪，并可将盗取人员信息传输至公安部门应用系统备案。
32.实施例3：
33.参见图2，作为本发明的一种改进，所述无线通信模块15包括安装在智慧路灯上的5g网关节点模块18，可接收所述传感器模块5-12采集的窨井盖相关信息，并转发至窨井盖信息管理云平台，通过采用5g移动通信技术提高监测的实时性。系统建设与城市智慧路灯建设相结合，省去了大量重复布线的工作，极大地提高了系统部署效率。
34.实时例4：
35.参见图2，作为本发明的一种改进，所述供电模块16包括太阳能供电模块及压电传
感器供电模块，可同时采集太阳能及过往车辆和行人产生的压力生成电能，增强能量持续供给能力，延长系统工作时间。
36.实施例5：
37.参见图3，作为本发明的一种改进，所述的窨井盖信息管理云平台2包括窨井盖信息处理模块19、工作人员信息数据库模块20、井盖信息数据库模块21及与第三方应用系统的接口模块22，能对窨井盖信息采集系统1所采集到的所有相关信息进行快速分析，明确窨井盖责任部门并做出相应提示；同时可对工作人员的接入操作做出快速响应；并可将窨井盖安全异常信息及窨井盖周边道路积水信息发送至道路管理部门第三方应用系统。系统对窨井盖的管理更加全面化和精细化，能极大地降低窨井盖管理成本，通过精细化的数据分析预先分析可能存在的问题，实现对窨井盖的智慧管理。
38.实施例6：
39.作为本发明的一种改进，所述的市政控制中心系统3可将每个窨井盖ipv6地址与城市区域及地理坐标进行对应，在gis地图上实时显示窨井盖相关信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪。在窨井盖状态异常或可能发生问题时，所述市政控制中心系统3能及时向责任部门及责任人员发出异常提示信息。通过在线实时管理方式建立责任明确的窨井盖管理机制，彻底解决现有管理方式导致管理责任不明确、维护不及时等问题。
40.实施例7：
41.作为本发明的一种改进，所述窨井盖移动终端管理系统4可在手机地图上显示窨井盖实时监测信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪。在窨井盖状态发生异常时，所述窨井盖移动终端管理系统4可及时向相关管理人员及相关维护人员手机推送异常提示信息。所述窨井盖移动终端管理系统4可记录窨井盖维护时间和维护人员等相关信息，可用于根据维护记录分析窨井盖工作状态，防患于未然。所述窨井盖移动管理系统4增加了井盖操作权限管理功能，在施工或维护等工作需要打开井盖时，为避免系统对正常井盖开启行为误报警，在移动终端管理系统中设置了井盖开启申请功能。
42.实施例8：
43.参见图4，作为本发明的一种改进，所述窨井盖软件管理流程包括了本系统对窨井盖信息的处理过程。
44.本发明的工作原理：
45.随着物联网的快速发展，在2012年我国就提出了“智慧城市”的试点，这也标志着我国对城市现代化建设的越来越重视。窨井作为市政基础设施的重要组成部分之一，对窨井盖的智能化、智慧化管理是“智慧城市”建设的关键环节，涉及广大城市居民的出行安全等切身相关的利益，也考验着市政管理的能力和智慧。因此，智能井盖及城市窨井盖的实时监测系统也成为当前的研究热点。
46.借助于物联网技术设计的智能井盖，便于实时监测井盖的状态，例如井盖打开或关闭的实时状态、打开或关闭的时间、地理位置等信息。同时，利用传感器技术，通过智能井盖还能监测窨井内的水位、温度、可燃气体等信息。因此，基于物联网技术的城市窨井实时监测系统能全面提升井盖管理水平，做到标准化、信息化和精细化管理，重点解决资源状况与业务无法联动、人工巡查方式效率低、无法动态可视化的进行井盖施工维护作业管理等问题，从而推进传统资源管理方式的转变，提升城市防灾减灾综合能力水平。
47.参见图1、图2、图3、图4，基于5g物联网和大数据技术的道路窨井盖智慧管理系统工作过程如下：
48.1、窨井盖信息采集系统1上电运行后，传感器模块5-12自动采集窨井盖、井内及附近道路积水等相关信息，通过无线通信模块15发送至窨井盖信息管理云平台2；
49.2、窨井盖信息管理云平台2根据收到的窨井盖监测信息分析窨井盖的当前状态及可能出现的问题，并将分析结果发送至市政控制中心系统3及窨井盖移动端管理系统4。在窨井盖被盗时，窨井盖信息管理云平台2通过与第三方应用系统的接口模块22将报警信息发送至公安部门应用系统。在窨井盖附近道路积水时，窨井盖信息管理云平台2通过第三方应用系统的接口模块22将积水提示信息发送至道路管理部门第三方应用系统。
50.3、市政控制中心系统3将收到的窨井盖状态信息实时显示在gis地图上，并能对窨井盖进行精确定位和轨迹跟踪。在窨井盖状态异常时或可能出现问题时，市政控制中心系统3会及时向相关责任部门及相关责任人员发送异常提示信息。
51.4、窨井盖移动终端管理系统4将收到的窨井盖状态信息实时显示在手机地图上，并能对窨井盖进行精确定位和轨迹跟踪。同时，在施工或维护等工作需要开启井盖时，窨井盖移动终端管理系统可进行开启申请操作。
52.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
技术特征：
1.一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：包括窨井盖信息采集系统(1)、窨井盖信息管理云平台(2)、市政控制中心系统(3)及窨井盖移动终端管理系统(4)；所述的窨井盖信息采集系统(1)包括卫星定位模块(5)、角度传感器模块(6)、温度传感器模块(7)、易燃易爆气体传感器模块(8)、井下水位监测传感器模块(9)、路面水位监测传感器模块(10)、视频监控模块(11)、电子标签模块(12)、无线通信模块(15)、报警模块(14)、电机模块(13)及供电模块(16)、处理器模块(17)；通过各种传感器模块实时监测井盖地理位置及角度、井内温度、易燃易爆气体浓度及水位、井盖附近路面积水情况、井盖及井内视频信息；卫星定位模块(5)可在井盖丢失时对其进行实时追踪；电子标签模块(12)包括窨井盖ipv6地址、责任部门等信息，用于对井盖的智能管理，并在井盖丢失时第一时间发送报警信息；路面水位监测传感器模块(10)实时监测窨井盖附近道路积水情况，在出现严重积水时启动电机模块(13)打开窨井盖进行排水；视频监控模块(11)包括井下视频监控模块(11)及井上视频监控模块(11)，井下视频监控模块(11)实时监视井内状态，井上视频监控主要用于井盖防盗监控；无线通信模块(15)接收传感器模块发送的井盖信息，并通过短距离低功耗无线通信技术发送至部署在邻近路灯上的5g网关节点，并通过该5g网关节点转发至窨井盖信息管理云平台(2)；在井内温度过高、易燃易爆气体浓度过高、井盖移动时，报警模块(14)会第一时间向路过行人通过安装在邻近路灯上的扬声器播报提示信息，并及时将监测信息发送至市政控制中心系统(3)；供电模块(16)采用太阳能电池及压电传感器模块，通过采集太阳能及过往车辆及行人产生的压力生成电能，保证能量的持续供给；所述的窨井盖信息管理云平台(2)根据接收到的窨井盖及井内信息分析井盖及井内状态，发送给市政控制中心系统(3)及窨井盖移动终端管理系统(4)；井盖丢失时，通过第三方应用程序接口及时向公安部门发出报警信息；同时在窨井盖附近道路积水严重时，通过第三方应用程序接口及时提醒道路管理部门及时到现场进行疏通排水，避免严重内涝情况发生；所述的市政控制中心系统(3)通过对城市进行区域划分及建立城市坐标，把每个窨井盖ipv6地址与城市区域及地理坐标进行对应，并在gis地图上实时显示窨井盖相关信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪；同时，在井内状态异常时，市政控制中心系统(3)及时向相关责任部门及责任人员发出异常提示信息，提醒相关责任部门及时开展维护；市政控制中心可以根据对监测信息的综合分析预测可能存在的问题，提醒相关责任部门提前进行维护；所述窨井盖移动终端管理系统(4)为窨井盖管理系统手机app，包括用户管理、井盖操作权限管理及井盖信息管理三大功能；用户管理及井盖权限管理是根据用户类型分配相应的操作权限，责任部门维护人员可以维护管辖范围内的窨井盖；井盖信息管理结合窨井盖ipv6地址、城市区域划分及城市坐标，在手机地图上实时显示窨井盖相关信息，并可对窨井盖进行精确定位及轨迹跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特
征在于：所述的窨井盖信息采集系统(1)，包括井上及井内视频监控模块(11)，井上监控模块可在窨井盖被盗时，拍摄盗取人员图像。3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述的窨井盖信息采集系统(1)包括太阳能供电模块(16)及压电传感器供电模块(16)。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述的窨井盖信息采集系统(1)与智慧路灯相结合，利用路灯布局密集、覆盖范围广及区域划分规律性强的特点，提高窨井盖管理系统的部署效率。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述的窨井盖信息采集系统(1)通过部署在路灯上的5g网关节点模块(18)转发窨井盖监测信息。6.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述的窨井盖信息管理云平台(2)包括窨井盖信息处理模块(19)、工作人员信息数据库模块(20)、用户数据库模块、井盖信息数据库模块(21)、及与第三方应用系统的接口模块(22)，能对窨井盖信息、井盖周边路面积水信息、井盖安全信息进行综合分析，得出所存在或可能存在的问题，明确窨井盖责任部门并做出相应提示，实现对窨井盖的智慧管理；同时可分析接入系统的用户信息及操作权限，并对维护操作做出响应；在井盖被盗时，所拍摄的盗取人员图像可通过第三方应用系统接口接入到公安相关应用系统中。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述的市政控制中心系统(3)包括窨井盖综合智慧管理系统，通过责任明确、细化量化在线管理方法建立窨井盖管理常态长效机制。8.根据权利要求1所述的一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，其特征在于：所述窨井盖移动终端管理系统(4)包括井盖信息管理模块，可在监测信息异常时，及时推送报警信息至责任维护人员及责任管理人员的手机上。
技术总结
本发明公开了一种基于物联网和大数据技术的窨井盖智慧管理系统，包括窨井盖信息采集系统、窨井盖信息管理云平台、市政控制中心系统及窨井盖移动终端管理系统。所述的窨井盖信息采集系统包括卫星定位模块、角度传感器模块、温度传感器模块、易燃易爆气体传感器模块、井下水位监测传感器模块、路面水位监测传感器模块、视频监控模块、电子标签模块、无线通信模块、报警模块、电机模块及供电模块、处理器模块。通过各种传感器模块实时监测井盖地理位置及角度、井内温度、易燃易爆气体浓度及水位、井盖附近路面积水情况、井盖及井内视频信息。通过部署多种传感器模块综合监测窨井盖信息及窨井盖周边路面信息，监测信息更加全面，管理更加有效。更加有效。更加有效。
