引言

　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，基礎(chǔ)建設異常繁榮，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)承擔了一定的銷售風險。為了確保企業(yè)能及時跟蹤所銷售的機械設備，隨時監(jiān)控機械設備的狀態(tài)，做好設備的管理工作，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，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，如機械設備防盜、搶，設備業(yè)主對設備的遠程監(jiān)控。規(guī)劃三包期內(nèi)外的維修服務，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。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。這些都可大大提高售后服務水平，提高用戶對所購設備的滿意度。

　　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，恢復其正常工作。

　　1.3建立機械動態(tài)檔案，科學管理機械

　　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)、實時的設備檔案。設備管理人員可根據(jù)工作參數(shù)的變化分析和預測故障，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)量事故的責任判定提供依據(jù)

　　通過在機械上安裝相應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)，負責對通訊信息進行分析，以做出相應反應。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保養(yǎng)或應維修程度及部位，對司機進行遠程指導、設置機械活動區(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)出相應內(nèi)容，再以GSM短消息方式回復用戶；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[7];建立面向服務的工程機械信息提醒與預警的消息推送系統(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。

　　位置服務子系統(tǒng)

　　位置服務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。

　　（4）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?？梢曰謴驮谐绦?。

　　對外接口服務子系統(tǒng)

　　以服務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)控機械設備是否被合理使用。是否按規(guī)定及時科學保養(yǎng)，機械設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。