引言

　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)異常繁榮，工程機械市場保持強勁的增長勢頭。由于工程機械設(shè)備單體價值較大，能以在銷售過程中往往采取按揭、分期或融資租賃的銷售方式。然而由于目前國內(nèi)缺乏完善的信用體系，違約成本極低，客戶拖欠貨款甚至惡意不還款的情況時有發(fā)生，致使企業(yè)承擔(dān)了一定的銷售風(fēng)險。為了確保企業(yè)能及時跟蹤所銷售的機械設(shè)備，隨時監(jiān)控機械設(shè)備的狀態(tài)，做好設(shè)備的管理工作，工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)正在被逐漸推廣和使用。

　　目前，工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案主要采用GPS全球定位系統(tǒng)、GPRS/GSM無線通信和GIS三種技術(shù)的組合在機械設(shè)備機身上安裝控制器及數(shù)據(jù)采集裝置，控制器通過數(shù)據(jù)采集裝置獲取機械設(shè)備的狀態(tài)信息。同時通過GPS接收機接收地理位置信息。然后通過GRPS無線調(diào)制解調(diào)器，向機群中心站發(fā)送機械設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，機群中心站再將數(shù)據(jù)通過GIS發(fā)布，實現(xiàn)工程機械設(shè)備的遠程監(jiān)控。GIS作為一種信息系統(tǒng)除具有對信息的存儲、管理、查詢、統(tǒng)計等功能外，強大的空間數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，使其在工程機械遠程監(jiān)控中起著舉足輕重的作用。

　　1基于大數(shù)據(jù)的工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研制目的

　　工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)，對正在工地上施工的工程機械的運行狀態(tài)、位置及施工進度進行監(jiān)測，對駕駛員進行遠程指導(dǎo)，從而提高工程機械的管理水平、優(yōu)化機械化施工組織叫它能為工程機械行業(yè)提供有關(guān)的信息增值功能，如機械設(shè)備防盜、搶，設(shè)備業(yè)主對設(shè)備的遠程監(jiān)控。規(guī)劃三包期內(nèi)外的維修服務(wù)，工程項目中的車隊施工進度調(diào)度管理，以及連帶產(chǎn)生的對于設(shè)備制造廠商、銀行業(yè)、保險業(yè)、經(jīng)銷商及用戶的工程機械按揭業(yè)務(wù)的推動等。該系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在于以下幾個方面。

　　1.1提高銷售企業(yè)的售后服務(wù)水平

　　監(jiān)控系統(tǒng)能夠把機械的主要運行狀態(tài)參數(shù)自動發(fā)送到監(jiān)控中心的計算機，機械駕駛員還可以把使用中發(fā)現(xiàn)的問題和疑問傳送給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的技術(shù)人員通過分析接收到的機械工作參數(shù)和駕駛員的提問，及時了解機械的工作狀況。發(fā)現(xiàn)問題或故障隱患后，及時通知用戶，或根據(jù)施工進度，安排技術(shù)人員前去服務(wù)。對于常見故障，甚至能夠做到讓用戶在發(fā)現(xiàn)問題時現(xiàn)場排除問題。另外，能夠及時回答駕駛員在機械使用過程中提出的問題，為用戶提供使用指導(dǎo)。這些都可大大提高售后服務(wù)水平，提高用戶對所購設(shè)備的滿意度。

　　1.2加強對租賃或分期付款機械的管理和控制

　　隨著工程機械的日益大型化，單臺機械的售價也越來越高。為了促進銷售，“以租代售”或“先租后售”的銷售方式在西方國家流行。例如美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的工程機械通過“金融租賃”的方式銷售出去的比例大于60%。但是這種銷售方式在國內(nèi)卻很難開展，其中一個重要原因是部分公民的“信譽意識”低，租賃方能按照合同要求定期返款；租賃方在租賃期不能合理使用機械，降低了設(shè)備的價值。損害了出租方的利益。工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的使用為銷售企業(yè)加強對租賃期或分期付款期的設(shè)備的管理提供了有效手段。借助工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)，銷售企業(yè)可以輕松地實現(xiàn)這方面的管理。銷售企業(yè)不但可清楚地了解機械每天的工作時間、工作強度、工作地點、機械運行狀態(tài)，還可向逾期不返款的機械發(fā)出“鎖車”指令，使機械不能工作或失去部分功能。待返款后，發(fā)出“解鎖”指令，恢復(fù)其正常工作。

　　1.3建立機械動態(tài)檔案，科學(xué)管理機械

　　從機械返回的工作參數(shù)自動存入監(jiān)控中心計算機的數(shù)據(jù)庫中，形成動態(tài)、實時的設(shè)備檔案。設(shè)備管理人員可根據(jù)工作參數(shù)的變化分析和預(yù)測故障，在機械施工間隙適時地安排保養(yǎng)、維修，變“事后修理”為“事前預(yù)防性維修”，優(yōu)化施工組織，提高機械使用效率。通過該系統(tǒng)，可實時地把機械的施工量、施工進度及其位置等多項工作參數(shù)詳細地顯示在監(jiān)控（調(diào)度）中心的計算機屏幕上。施工組織管理人員可以方便直觀地了解施工的進展情況，合理調(diào)配機械、優(yōu)化施工組織、提高機械利用率，從而保證了工期，提高經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)特別適合于多機械、多機種的大規(guī)模機械化施工。

　　1.4記錄施工參數(shù)，為工程質(zhì)量監(jiān)理或質(zhì)量事故的責(zé)任判定提供依據(jù)

　　通過在機械上安裝相應(yīng)的傳感器或通過對傳感器測量值的二次分析得到施工參數(shù)，如：路面平整度、機械仰俯角等。并把這些參數(shù)存儲于監(jiān)控（施工調(diào)度）中心的數(shù)據(jù)庫中?？梢詫@些參數(shù)實時監(jiān)控、分析，也可存檔備查。

　　2工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能

　　工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由車載終端、監(jiān)控中心和用戶接口三大部分組成。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　2.1車載終端

　　車載終端本系統(tǒng)包括車載計算機、檢測電路、GPS模塊和無線通訊模塊。主要功能是采集機械的工作參數(shù)，并傳輸給監(jiān)控中心；同時接收監(jiān)控中心指令并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。

　　2.1.1車載計算機

　　車載計算機是車載終端的核心，連接機械工作狀態(tài)檢測系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位信號接收裝置、無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，負責(zé)對通訊信息進行分析，以做出相應(yīng)反應(yīng)。系統(tǒng)配備有液晶屏，把機械工作參數(shù)顯示給駕駛員，液晶屏配合控制按鍵可實現(xiàn)人機交互，并設(shè)計有司機與監(jiān)控中心的雙向?qū)υ捪到y(tǒng)。

　　21.2檢測電路系統(tǒng)

　　檢測電路系統(tǒng)包括在工程機械各部位安裝必要的傳感器，傳感器把采集到的機械的工作參數(shù)通過線路及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（接口板）傳給車載計算機。這些工作參數(shù)涵蓋了設(shè)備各部位的運行狀態(tài)參數(shù)，充分反映了機械的工作狀態(tài)（包括施工位置、機械性能、施工經(jīng)濟性等）。

　　2.1.3GPS衛(wèi)星定位信號接收裝置

　　工程機械上的GPS定位信號接收裝置收到衛(wèi)星信號后，自動計算出機械所處的經(jīng)緯度即位置信息，傳遞給車載計算機。目前工程機械上采用的接收器，定位精度小于100m。2.1.4無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

　　由于被監(jiān)控對象一工程機械在不停地移動中，車載計算機只能通過無線通訊系統(tǒng)把檢測到的機械工作參數(shù)和位置信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。通訊系統(tǒng)可采用GSM/GPRS種通訊方式。采用GSM“短消息”方式傳送數(shù)據(jù)。即利用現(xiàn)有的GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換。其特點是：通訊費用比衛(wèi)星方式低，但在GSM網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋不到的施工工地，就無法通訊；二是可以把工程機械直接聯(lián)在互聯(lián)網(wǎng)上，通過一臺上網(wǎng)的計算機登陸特設(shè)的工程機械監(jiān)控網(wǎng)站，便可以“短消息”方式與工程機械上的車載計算機通訊?？梢圆樵儥C械工作狀況，命令車載計算機完成指定的工作，實現(xiàn)工程機械“上網(wǎng)”。工程機械上的車載計算機通過工業(yè)用GSM通訊模塊，把機械工作參數(shù)和定位信息傳送給短消息中心。在此之后，數(shù)據(jù)傳輸可分為2種方式：一是短消息中心把數(shù)據(jù)直接發(fā)給監(jiān)控中心的GSM通訊模塊，監(jiān)控中心的計算機從模塊中讀取數(shù)據(jù)，再把檢測結(jié)果送到互聯(lián)網(wǎng)上；二是短消息中心把數(shù)據(jù)傳送給指定網(wǎng)站，監(jiān)控中心的計算機從該網(wǎng)站讀取數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)傳輸通道都是雙向的，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)可以把其他大量的傳感器信息及車輛工況信息上傳到監(jiān)控中心。

　　2.2監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)運行的管理中心。其主要作用是：根據(jù)需要向車載計算機發(fā)送指令；接收車載計算機傳回的數(shù)據(jù)；處理遠程監(jiān)控申請。監(jiān)控中心軟件平臺架構(gòu)如圖2所示。

　　本系統(tǒng)的監(jiān)控中心由GSM/GPRS工業(yè)用手機模塊、監(jiān)控計算機及系統(tǒng)軟件組成。GSM/GPRS模塊均與計算機相連，作為監(jiān)控系統(tǒng)軟件的通訊設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)軟件由通訊和監(jiān)控主程序獨立的兩部分構(gòu)成。通訊軟件負責(zé)接收由GSM/GPRS模塊傳來的信息，并通過中繼數(shù)據(jù)庫，接收監(jiān)控主程序的命令，再經(jīng)通訊模塊將信息傳出，任一時刻的通訊信息均在通訊界面上顯示出來，直觀地指示出通訊進程。

　　監(jiān)控主程序是監(jiān)控中心軟件的關(guān)鍵部分，接收車載終端每天報回的日志及司機主動發(fā)回的信息、呼叫機械最新工作信息，通過內(nèi)部算法，對機械工作參數(shù)進行二次分析，得到機械工作的經(jīng)濟性、駕駛員操作熟練程度評價、機械整體性能及整體性能變化曲線。通過對整體性能的分析來確定機械應(yīng)保養(yǎng)或應(yīng)維修程度及部位，對司機進行遠程指導(dǎo)、設(shè)置機械活動區(qū)域、機械偏離活動區(qū)域報警、對機械進行鎖車或解鎖等。

　　監(jiān)控主程序內(nèi)嵌GIS地理信息系統(tǒng)：應(yīng)用于本監(jiān)控系統(tǒng)的GIS就是將機械狀態(tài)信息中的位置信息與電子地圖有機地聯(lián)系起來，能實現(xiàn)諸如放大、縮小、平移、測量距離等基本地圖操作叫實現(xiàn)機械的區(qū)域查詢、定制更為合理的機械行駛路線、方便地實現(xiàn)機械調(diào)度。

　　2.3用戶接口

　　用戶接口包括手機接口和互聯(lián)網(wǎng)接口兩部分。手機接口能方便快捷地將信息反饋到用戶手機上，實現(xiàn)簡便快捷的用戶體驗?；ヂ?lián)網(wǎng)接口提供完善的監(jiān)控信息；包含當前狀態(tài)信息及歷史狀態(tài)信息，提供全面的監(jiān)控信息，加上GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，使用戶更加直觀地了解機械的位置信息。

　　2.3.1手機接口

　　手機接口是監(jiān)控系統(tǒng)開放給用戶的友好訪問入口之一。用戶的手機號碼通過在監(jiān)控中心注冊，獲得監(jiān)控中心分配的用戶名、密碼及監(jiān)控系統(tǒng)手機接口命令格式，即可通過該號碼查詢被監(jiān)控機械的工作參數(shù)，或呼叫被監(jiān)控機械最新工作狀態(tài)。包括機械各項工作參數(shù)和人性化的位置信息。

　　應(yīng)用手機接口的系統(tǒng)運作流程如下：用戶手機通過GSM/GPRS網(wǎng)發(fā)送命令至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心分析接收到的命令，進行相應(yīng)動作一如果是查詢機械某一天的工作參數(shù)，則調(diào)出相應(yīng)內(nèi)容，再以GSM短消息方式回復(fù)用戶；如果是呼叫機械當前最新狀態(tài)，則監(jiān)控中心以適當?shù)臒o線通訊方式將呼叫命令發(fā)送給相應(yīng)機械，目標機械車載終端接收到命令后，通過車載計算機進行分析，調(diào)用機械工作狀態(tài)檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果，以GPRS網(wǎng)絡(luò)方式將機械的工作信息發(fā)回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心再以短消息方式回復(fù)用戶。

　　2.3.2互聯(lián)網(wǎng)接口

　　互聯(lián)網(wǎng)接口是監(jiān)控系統(tǒng)開放給用戶的另一友好訪問入口?；ヂ?lián)網(wǎng)接口需要一臺上網(wǎng)計算機，其優(yōu)點是：數(shù)據(jù)量大，可查詢被監(jiān)控機械的所有歷史通訊信息，可直觀地看到機械某一時間段內(nèi)整體工作性能曲線，由于互聯(lián)網(wǎng)接口內(nèi)嵌地理信息系統(tǒng)，除可直觀地看到機械在地圖上所處位置外，監(jiān)控中心電子地圖的基本操作，諸如地圖放大、縮小、平移、測量距離等功能，互聯(lián)網(wǎng)接口也均具備。系統(tǒng)登陸界面如圖3所示。

　　3工程機械的大數(shù)據(jù)處理

　　面對大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)已海量出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，為了有效解決工程機械建設(shè)上大數(shù)據(jù)問題，本文將基于目前工程機械對大數(shù)據(jù)量的需求，構(gòu)建從整體上滿足管理部門對工程機械的遠程實時監(jiān)控和大數(shù)據(jù)量的消息推送兩大主要功能需要。

　　工程機械行業(yè)大數(shù)據(jù)的“四V”特性間表現(xiàn)如下：

　　量大（VolumeBig）。每臺工程車第1分鐘更新一次位置信息及故障信息；每5分鐘更新一次工況信息。監(jiān)控中心平均每分鐘接收10次用戶查詢；每天活躍用戶超過十萬人。

　　多樣化（VariableType）。數(shù)據(jù)類型不公包括位置信息、工況信息、故障信息、車輛屬性、保養(yǎng)信息、維修信息等文本信息，還包括工程車視頻監(jiān)控現(xiàn)場的音頻視頻信息。用戶接口還要接收大量的網(wǎng)頁信息、圖片信息等半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息。

　　快速化（VariableType）。工程車的位置信息、工況信息、故障信息等數(shù)據(jù)流為高速、實時信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新速度極快；對用戶查詢的響應(yīng)速度也極為迅速。

　　價值高和密度低（ValueHighandLowDensity）。以故障信息為例，在連續(xù)幾個月的故障信息監(jiān)控中，出現(xiàn)故障的情況可能僅有1次，但只有通過分析整個故障信息流才能高效、準確地診斷出故障。

　　4大數(shù)據(jù)的快速存取與共享

　　為滿足大數(shù)據(jù)量的快速存取與數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)將建立采用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，對工程機械相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總、分析和處理。數(shù)據(jù)庫包括工程車詳細的車輛屬性、工況信息、扌艮警信息、故障信息、保養(yǎng)信息、維修信息、位置信息、音頻信息、視頻信息、專家?guī)煨畔⒌?。建立以?shù)據(jù)庫為核心的遠程智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，準確提供實時展現(xiàn)工程車的工作畫面，逐步實現(xiàn)工程器件的二維和三維場景再現(xiàn)；構(gòu)建自動化專家系統(tǒng)，為故障診斷、高效節(jié)能、決策提供依據(jù)；以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于SOA的服務(wù)接口，實現(xiàn)與ERP、CRM等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，并提供二次開發(fā)接口和各類增值服務(wù)[7];建立面向服務(wù)的工程機械信息提醒與預(yù)警的消息推送系統(tǒng)，保證工程機械的定期維護與保養(yǎng)，對工程機械的違規(guī)操作或使用，以及工程機械故障發(fā)出預(yù)警。對工程機械大數(shù)據(jù)處理主要有以下幾方面：

　　主機管理子系統(tǒng)

　　主機管理子系統(tǒng)可以查看所有車輛的檔案信息，包括設(shè)備編號、出廠日期、軟件版本號、工作時間、當前質(zhì)保等信息；同時還能提供車輛的故障記錄、維修記錄、歷史工況等信息。

　　位置服務(wù)子系統(tǒng)

　　位置服務(wù)能夠提供車輛的當前位置信息、歷史位置信息及歷史運動軌跡重放等功能；同時還能提供所在位置的故障信息。

　?。?）故障診斷子系統(tǒng)

　　故障診斷能提供車輛的故障信息、相同故障的所有車輛信息、故障的基本解決方法、故障的自動檢測等功能。

　?。?）鎖機管理子系統(tǒng)

　　鎖機管理能查看當時鎖機統(tǒng)計報表、鎖機日志查詢、批量鎖機解鎖作業(yè)、單一鎖機作業(yè)等功能。

　　智能報警子系統(tǒng)

　　為了提高車輛的運行安全性，系統(tǒng)將對運行狀態(tài)進行監(jiān)控，自動上報報警信息并進行自動報警及記錄。系統(tǒng)根據(jù)專家?guī)煨畔⒆詣舆M行判斷，出現(xiàn)異常信息后，及時記錄當前工況信息、位置信息等相關(guān)信息并上傳到監(jiān)控中心。

　　版本控制子系統(tǒng)

　　實現(xiàn)車載終端遠程程序的更新與恢復(fù)功能。該子系統(tǒng)不僅可以更新車輛控制器等程序，還可以更新車載終端程序。子系統(tǒng)可以自動比對工程車控制程序的版本、車載終端版本與服務(wù)器上同類型的版本是否一致，如果不一致，自動下載程序，下載完畢確認無誤后提示用戶手動更新，或遠程控制手動更新。更新異?？梢曰謴?fù)原有程序。

　　對外接口服務(wù)子系統(tǒng)

　　以服務(wù)的形式對外提供各類數(shù)據(jù)。供其他系統(tǒng)使用，支持二次開發(fā)的擴展應(yīng)用。

　　5結(jié)語

　　通過工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)還能及時監(jiān)控機械設(shè)備是否被合理使用。是否按規(guī)定及時科學(xué)保養(yǎng)，機械設(shè)備工作的時間段和累計工作時間是多少等等，為工程機械的有效使用提供了有力保證。本系統(tǒng)合理地解決了工程機械行業(yè)的大數(shù)據(jù)問題，同時在工程機械行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用，效果良好，運行結(jié)果表明了本系統(tǒng)的可行性和實用性。