1亟待解决的问题
近年来，国际经济不确定因素增多，广大建筑机械设备制造行业所处的内外部环境复杂多变，制约其发展的深层次矛盾和问题还没有完全解决，行业经济运行面临严峻的市场挑战。在行业普遍萎缩的背景下，塔式吊车、施工升降机市场独树一帜，成功地避免了下滑的厄运。其原因在于我国塔机市场实际上是由购买和租赁两部分组成，塔机的单价通常较高，在经济复苏缓慢、资金比较紧张的背景下，塔机购买市场转化到租赁市场份额加大。面对日益激烈的市场竞争，塔机生产和租赁企业根据宏观经济状况和市场需要对其经营管理模式进行了调整，从原来的现款一次性购买产品转变为分期付款或租赁，但是经营管理难题也越来越大（购货客户拖欠应分期支付的货款、承租客户拖欠租赁公司租金、发贷银行要求对贷款购买的建机设备进行还贷监控等等）。如何完善原有的租赁服务产业链，是塔机生产和租赁企业面临的迫切问题。
2解决方案
笔者近年来多次到南宁劲频机电有限公司学习调研，有幸参与该公司建筑机械专用监控系统技术开发。该系统采用先进的GPS全球卫星定位技术、GSM全球移动通讯技术、3G网络、GIS地理信息处理技术和计算机网络通信与数据处理技术，可以准确定位建机设备的地理位置并进行远程监控，管理已销售或租赁给用户的产品，避免因为用户可能的不当使用而给企业造成经济损失，对贷款购买的建机设备进行还贷监控，有效避免购货客户拖欠应分期支付的货款、承租客户拖欠租赁公司租金，从机器租赁、安装、使用、维护等各个方面提供高质量的服务。该监控系统用于升降机和塔吊的监控管理，因此升降机和塔吊的工作环境、工作运行情况以及公司对售出机械的管理经营模式都是本监控系统设计需要考虑的重要因素。根据以上因素设计的GPS监控系统在功能上要满足客户的使用需要如下：（1）随时监控定位设备所处的地理位置。（2）公司可根据经营管理模式设定设备的有效使用期限。（3）监控中心可查看设备当前运行状况，出现问题时及时向监控中心报警。（4）监控中心可查询设备的历史运行状况记录，辅助定位故障，实现精细化维护。（5）当设备遭不当使用或人为破坏时，监控系统可限制设备运行并向监控中心报警。该监控系统主要理念是“实用、稳定、可靠、可扩展”。它提供GPS定位服务，同时提供有GSM基站定位数据，即使设备在基础设施较弱的地区，也可通过双重定位方式，实现实时的、准确的、可靠的定位。该监控系统提供GPRS通讯和短信应答双重通讯功能。在正常情况下由GPRS网络为监控器和监控中心提供无线通讯服务。当GPRS网络出现问题时，由SMS短信应答方式提供通讯。保证了通讯的可靠性和稳定性。监控器通过工业通讯总线连接变频器，实现对变频器的可靠稳定控制，可扩展读写变频器参数、挂接各种传感器、运行数据黑匣子等功能。同时设有交流电源和后备锂电池，即使在设备没有外接电源的情况下也能保证监控系统正常工作数月。系统组成架构。建筑机械设备远程管理系统主要由机载监控器、地面监控中心、GPS卫星和无线通信网络（GSM基站定位、3G网络、互联网GIS地理信息系统）4大部分组成，系统概念如图1所示。GPS是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的简称，它是目前应用最广泛的一种卫星定位导航方式。其定位原理是：高速运动的卫星不间断的向地面提供已知的瞬间位置起算数据，包括卫星自身的星历参数和时间信息，当用户接收到这些信息后，进行空间距离后方交会，从而计算出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。具有定位精度高、可提供三维坐标、24h连续实时、成本较低等优点。虽然通过GPS系统进行定位可以获得较高的定位精度，但是它的不足在于以下几个方面：（1）GPS系统进行定位需要接收多个卫星信号，需要在相对空旷、高层建筑不密集的地方才能直接观测到所需数目的卫星，若有高楼、树木等的遮挡，有时会接收不到卫星信号。（2）受城市环境中无线电波散射、反射以及非视线路径传播等影响，很难获得理论上的定位精度。（3）GPS接收机开始定位往往需要几分钟的时间。（4）室内无法使用。这对于紧急事件等需要实时处理的场合来说是无法满足要求的。因此，本文将论述采用GPS定位技术与GSM基站定位技术相结合的方法来保证系统的实时性和可靠性。GSM（GlobalSystemForMobileCommunication）即数字蜂窝移动通信系统。它由若干个六边形蜂窝区紧密结合成了最基本的蜂窝网（微蜂窝网），每区中心各有一个无线电站，它就是基站，其作用是覆盖该地区以内的所有“移动终端”。GSM系统在国内已成为覆盖最广、用户拥有量最大、系统运行可靠性最高数字移动通讯系统。近年来，随着用户对不同业务的定位需求，手机用户们迫切需要一种新的定位方式—GSM基站定位来克服GPS定位技术在室内的局限性。GSM蜂窝网络无线定位技术的不断更新和完善，GSM移动基站定位的精度也得到了相当大大的进步和提高，如今其定位精度可达40m，已经完全可以满足GSM用户的定位要求。GSM定位方式优势在于：①只需现有手机、现有移动网络即可实现定位功能，不需要用户投入昂贵的设备。②只要找到和手机通信的基站，查找出其代码（CellTowerID），就可以大概知道当前通信手机的位置。因为只要有GSM手机信号，在附近就一定存在GSM基站，而手机都具备跟基站沟通的能力。地理信息系统GIS（GeographicInformationSystem）是获取、整理、分析和管理地理空间数据的重要工具，它是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，可将一系列的地理要素和地理现象储存到计算机中，实现描述、存储、分析和输出等功能，系统具有支持空间数据的获取、管理、处理、分析、建模、和显示的功能，并可解决复杂的规划管理问题。把Internet技术与GPS，GIS以及GSM技术相结合，在Internet上建立一个公共监控平台。借助覆盖广泛的GSM网络传送的GPS定位信息以及GIS采集的建筑机械运行状况的相关信息，在基于GIS的可视化系统中加以体现，实现对建筑机械的远程管理。建筑机械设备远程管理系统系统是在充分利用地理信息系统GIS、卫星定位系统GPS和全球数字移动电话系统GMS相关技术的基础上，开发的用于对建筑机械目标进行实时监控的计算机网络系统。安装在塔机上的监控器通过GPS模块接收三颗以上不同卫星每秒钟发来的定位数据，计算出自身所处的地理坐标，坐标数据通过按规定的协议利用短信的形式将车辆的位置、状态等信息按规定的协议发送至GMS网络，GMS网络将接收到的信息传送至监控中心的通信网关进行处理，将处理结果转发到GIS监控终端。系统运行时，受控升降机和塔吊上装载的机载控制器将按照设定要求，采集升降机和塔吊上各种运行状态和地理信息，发送至监控中心服务器或用户手机，监控中心将收到的升降机和塔吊上的状态信息和地理信息进行存储、分析处理，实理远距离准备定位和实时监控。在升降机和塔吊发生意外故障时，机载控制器会把受控升降机和塔吊所在位置、报警类型等数据发送至控制中心，及时将事发升降机和塔吊精确位置显示在电子地图上，供监控中心统筹处理。根据对百度、谷歌、天地图，三种网络地图实际测试对比，发现谷歌有时会打不开，天地图目前功能做得不很完善，相比之下，公司用户主要是在国内，百度地图系统稳定性好，而且完全免费，所以本控制系统选择用百度地图。
3系统的开发
3.1硬件设计（1）监控器外壳。（2）主控板
3.2软件设计
在系统软件设计上，本系统采用后台数据库服务器提供数据，前台应用软件访问的模式，保障可靠性的同时提供较强的可扩展性，为应用需要提供开放性的接口。系统平台采用先进的计算机图形技术、数据库技术、网络技术及通信技术（如图3~4）。采用双模式通讯（SMS+GPRS），来保障数据的稳定性。使用双软件系统体系结构（C/S+C/B），保障数据的安全及操作的可靠性。实现实时监视设备三维坐标（经度、纬度、海拔高度），具有“三全二性”（全能性，全球性，全天候，连续性及实时性）。系统可实时监控设备的运行状态，包括遥控限速锁机，天线信号强度，通信状态，报警状态、电池剩余电量、休眠等级、外电状态等信3.3产品功能
（1）监控器集成RS485总线通讯功能，可以连接各种建机常用的传感器，并能扩展读写变频器参数等新的功能。（2）GPS定位功能。监控定位设备所处的地理位置。（3）GPRS通讯功能。实现监控器和监控中心的数据交换，监测设备地理位置和工作状态。（4）SMS短信通讯功能。当遇到GPRS连接失效时，会自动切换到短信应答方式，保证通讯的畅通，同时系统会不断尝试重建恢复GPRS连接。（5）故障自动检测功能。（6）主控板内置交流电源，并设有后备锂电池。当监控器没有外接电源时，监控器自动转到待机状态，节能省电。根据设定时间，自动唤醒并与监控中心进行数据交换。在此工作状态下，电池的续航时间可达3个月。（7）开机保护功能。由主控板决定是否允许正常开机，与使用的变频器无关，防止设备被私自跳线开机。（8）锁机限速功能。监控器一小时发一次“心跳”数据给变频器。如果监控器或通讯天线被破坏，使得变频器在规定时限内一直收不到合法“心跳”数据，变频器就会进入自动锁机限速。监控中心也可以直接向某个监控器下达锁机指令，使设备进入锁机限速状态。进入锁机限速状态后，变频器只能限于低速档12Hz及以下频率运行。
4系统实际应用中遇到的问题和对策
系统在实际应用中曾遇到地图定位精度不够、网络信号不好或中断等问题，经过多次改进，现已解决。（1）系统在实际应用中遇到地图定位精度不够的问题，可利用百度网络地图提供的专用数据接口来做地图纠偏校正，提高地图定位精度；（2）建机设备所处地段手机信号不好网络不通时（例如设备在山区工地信号时断地续、监控中心服务器专线宽带故障无法访问网络），监控中断时间过长，控制中心不能及时对设备进行加锁、解锁操作，用户就会意见很大。改进后可通过短信方式来保证遥控锁机、解锁等基础功能操作，提高可靠性；（3）当建机设备在运输路途或无外电供应时靠锂电池间歇工作，休眠省电；以保证无外电供应情况下不会失去对设备的监控。
5结论
基于GSM基站定位、3G网络、互联网GIS地理信息系统技术建筑机械设备远程管理系统，可向用户提供从机器租赁、安装、使用、维护等各个方面高质量的服务。该系统经过不断改进完善，工作可靠，性能稳定，现已有数千台建机设备在监控系统中可靠运行，解决了建筑机械设备制造及其租代发医学论文赁行业普遍面临的经营管理难题。其中许多技术牵涉面非常广，限于篇幅不便进一步展开，抛砖引玉供大家参考。
作者：李丽华 单位：广西纺织工业学校
