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摘要：無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展。運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)，可以在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備的缺點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)以及智能家居等各個(gè)方面?；诖?，主要探討了以無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程測(cè)量的現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù)；遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)；GPRS

1無(wú)線通信在遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的發(fā)展和現(xiàn)狀

通信技術(shù)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性具有重要影響。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇樵絹?lái)越多，這些新技術(shù)在很大程度上推動(dòng)了無(wú)線測(cè)量的發(fā)展。無(wú)線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程測(cè)量中，主要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚、設(shè)備、安防等場(chǎng)景的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和采集，從而及時(shí)了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況。早期遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)的美國(guó)，采用的是控制網(wǎng)絡(luò)和有限傳感器結(jié)合的方式。目前，遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)形成智能家居系統(tǒng)，發(fā)揮安防和便利生活的作用，同時(shí)廣泛應(yīng)用于樓宇對(duì)講等領(lǐng)域。應(yīng)用遠(yuǎn)程測(cè)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以避免損失，防范損壞。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)利用因特網(wǎng)和攝像頭等實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備、采集數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備的遠(yuǎn)程測(cè)量和監(jiān)測(cè)建立在工業(yè)發(fā)展的背景下，由于部分設(shè)備所運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境惡劣，人員難以進(jìn)入，無(wú)法通過(guò)人工的方式實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀況，因此形成了可以應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)[1]。遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)降低了工業(yè)成本，提高了設(shè)備的可靠性和效率。以無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程測(cè)量，相比于傳統(tǒng)的有線測(cè)量系統(tǒng)，具有安裝靈活、安裝成本低的特點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)能根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展。擴(kuò)展能力讓無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)情況監(jiān)測(cè)，對(duì)提高社會(huì)生產(chǎn)效率具有積極意義。同時(shí)，無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用會(huì)從另一方面促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，從而使無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)逐漸成為人們生活中不可或缺的部分。

2測(cè)量系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)的比較

遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)可以將工作現(xiàn)場(chǎng)的圖文聲像等數(shù)據(jù)急性采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)途徑傳輸給專(zhuān)業(yè)人員，經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員匯總研究數(shù)據(jù)之后，遠(yuǎn)程傳達(dá)到工作現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)。遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)包括兩大部分，即采集端和遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)。采集端包括傳感器和無(wú)線模塊，運(yùn)行過(guò)程中，采集端可以將采集到的實(shí)際信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，利用無(wú)線方式與計(jì)算機(jī)相連，將傳感數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將接收到的信息發(fā)送到分析端，形成無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)。本地測(cè)量系統(tǒng)中，需要借助無(wú)線模塊傳輸傳感器采集到的數(shù)據(jù)，無(wú)線模塊還具有接收指令完成反饋的功能。遠(yuǎn)程測(cè)量端涵蓋的內(nèi)容有現(xiàn)場(chǎng)工程師和GPRS模塊等。遠(yuǎn)程測(cè)量端的主要功能是評(píng)估數(shù)據(jù)，處理和診斷現(xiàn)場(chǎng)情況，形成數(shù)據(jù)結(jié)果，并將結(jié)果以GPRS模塊發(fā)送到遠(yuǎn)端，利用遠(yuǎn)端資源結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出解決方案。測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，傳感器所需要的短距離無(wú)線傳輸可以借助藍(lán)牙技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。WiFi技術(shù)能夠替代有線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)辦公室、建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且傳輸速度快，傳輸效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，但WiFi技術(shù)的缺點(diǎn)功耗較高。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸距離更短，所能覆蓋的區(qū)域有限，僅能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)等小范圍覆蓋，比WiFi技術(shù)功耗低；藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于組網(wǎng)方便，資源成本消耗低。ZigBee技術(shù)的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)量小，覆蓋范圍相對(duì)較大，能夠覆蓋居住區(qū)域；ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于功耗低，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，具有良好的擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)短距離傳輸過(guò)程中，需要針對(duì)實(shí)際情況選擇具體技術(shù)，例如WiFi技術(shù)易受到實(shí)際環(huán)境，包括地形、墻壁等因素的影響，不適合運(yùn)用于系統(tǒng)前端；藍(lán)牙技術(shù)雖然具有穩(wěn)定、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)，且可以替代有線網(wǎng)絡(luò)，但其擴(kuò)展性差，難以形成傳感器的大規(guī)模組網(wǎng)；ZigBee技術(shù)是眾多短距離傳輸技術(shù)中較為均衡的一項(xiàng)，在網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展能力和穩(wěn)定性上具有優(yōu)點(diǎn)，且具有比較廣的覆蓋面積，能夠使測(cè)量系統(tǒng)形成大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]。數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸需要通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)傳輸，這兩種遠(yuǎn)距離通信技術(shù)是數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵。在其優(yōu)劣勢(shì)方面，因特網(wǎng)的應(yīng)用范圍廣泛，能夠覆蓋部分偏遠(yuǎn)地區(qū)外的大部分地區(qū)，具有兼容性高、帶寬大、傳輸正確率高的特點(diǎn)。因特網(wǎng)常見(jiàn)帶寬最大可達(dá)到100Mb/s，且具有高帶寬的傳輸能力，GPR傳輸方式無(wú)法比擬。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)的帶寬為115～170kb/s，因此能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小且傳輸過(guò)程中誤碼率較高；但是，其優(yōu)勢(shì)在于靈活、方便，可以使數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)GPRS模塊和手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋率很高，能夠兼容到因特網(wǎng)中，這些特點(diǎn)使GPRS可以在對(duì)數(shù)據(jù)誤碼率要求不高的遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用。無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)在以GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)倪^(guò)程中，因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)普遍適用于手機(jī)，數(shù)據(jù)的接收終端常為GPRS模塊或手機(jī)，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換為適用于手機(jī)的數(shù)據(jù)；因此，傳輸過(guò)程中可以選用MMS作為數(shù)據(jù)載體，從而讓數(shù)據(jù)從測(cè)量系統(tǒng)傳輸?shù)绞謾C(jī)終端。無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，充分發(fā)揮了個(gè)各技術(shù)的特點(diǎn)，有效提高了無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)的工作效率，發(fā)揮系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用功能。

3遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1基于GPRS的遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及構(gòu)建。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，相較于其他技術(shù)，基于GPRS的遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)擁有能夠遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的能力。GPRS傳輸在GMS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建，覆蓋面積較大，并且具有不依賴(lài)于因特網(wǎng)的特點(diǎn)，能夠進(jìn)入因特網(wǎng)無(wú)法進(jìn)入的環(huán)境。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控的特點(diǎn)，其常應(yīng)用于惡劣環(huán)境，比如采礦和工程車(chē)輛中。作業(yè)過(guò)程中，GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控可以將現(xiàn)場(chǎng)情況和數(shù)據(jù)利用遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)度和控制中心，交由后方專(zhuān)業(yè)人員評(píng)估、診斷數(shù)據(jù)，達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。GPRS遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建方式是系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器獲得現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度等數(shù)據(jù)，采用與GSM模塊通信的方式編碼、傳輸數(shù)據(jù)，或者在數(shù)據(jù)采集完成后利用MMS進(jìn)行傳輸。遠(yuǎn)距離傳輸實(shí)際應(yīng)用中，具體的傳輸方式有三種。第一，GPRS與因特網(wǎng)結(jié)合的方式，即通過(guò)與因特網(wǎng)通信的方式，傳輸獲取到的數(shù)據(jù)和信息；第二，數(shù)據(jù)采集完成后，采用GPRS模塊登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；第三，采用MMS方式完成數(shù)據(jù)交互。第一種采用GPRS與因特網(wǎng)結(jié)合的方式可以傳輸較大數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡(luò)利用率更高；在IP一直存在的情況下，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以直接傳輸數(shù)據(jù)和通信。如果采用MMS的傳輸方式，需要建立撥號(hào)連接，通過(guò)WAP網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)。3.2基于ZigBee的遠(yuǎn)程無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)。由于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、擴(kuò)展性好的特點(diǎn)，因此在短距離數(shù)據(jù)傳輸方面具有很大優(yōu)勢(shì)。ZigBee可以基于其優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建大型傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee采用與傳感器通信的方式，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到協(xié)調(diào)器，并將數(shù)據(jù)傳送至后方實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)量工作。構(gòu)建ZigBee無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)，需要利用ZigBee模塊構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，還需要ZigBee與傳感器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信兩部分完成具體搭建。無(wú)線傳感器是遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)中最基本的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建無(wú)線傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要保證其處于正常工作狀態(tài)。構(gòu)建過(guò)程中，需要選用適合具體工作環(huán)境和符合測(cè)量目的的傳感器，確保ZigBee模塊與傳感器之間正確連接，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線測(cè)量傳輸過(guò)程中，由于測(cè)量目的不同，可能會(huì)引起傳輸數(shù)據(jù)量大的情況，而數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸量過(guò)大會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致系統(tǒng)功耗增加或網(wǎng)絡(luò)阻塞。這一過(guò)程中，需要通過(guò)建立相應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行防范，例如將高頻信號(hào)數(shù)據(jù)分割成多個(gè)數(shù)據(jù)包，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，由協(xié)調(diào)器收集數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程中，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟包的情況，則需要對(duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送重傳請(qǐng)求，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包[3]。此外，可以采取簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)簡(jiǎn)化處理數(shù)據(jù)，利用最基本和最重要的數(shù)據(jù)推測(cè)現(xiàn)場(chǎng)狀況。數(shù)據(jù)重傳和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化各有其優(yōu)缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)重傳需要多次傳輸數(shù)據(jù)，可能會(huì)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)造成負(fù)擔(dān)，而數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化處理難以保存原始數(shù)據(jù)。針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可能面臨的情況，對(duì)以ZigBee為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)切分和簡(jiǎn)化，可以提高遠(yuǎn)程測(cè)量系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)效率。

4結(jié)論

無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)在采礦、工業(yè)環(huán)境等場(chǎng)景下，無(wú)法進(jìn)行有線網(wǎng)絡(luò)介入的環(huán)境中。無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，需要綜合考慮實(shí)際情況，通過(guò)合理選用藍(lán)牙技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)和GPRS等，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)規(guī)避可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)和解決實(shí)際問(wèn)題具有重要意義。

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作者:朱蓬勃 單位:中興通訊股份有限公司