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摘要：無線通信技術的發(fā)展促進了遠程測量系統(tǒng)的發(fā)展。運用無線通信技術的遠程測量系統(tǒng)，可以在很大程度上彌補傳統(tǒng)設備的缺點，從而廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)以及智能家居等各個方面。基于此，主要探討了以無線通信技術為基礎的遠程測量的現(xiàn)狀和相關技術。

關鍵詞：無線通信技術；遠程測量系統(tǒng)；GPRS

1無線通信在遠程系統(tǒng)中的發(fā)展和現(xiàn)狀

通信技術對測量系統(tǒng)的實時性和有效性具有重要影響。隨著技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇樵絹碓蕉啵@些新技術在很大程度上推動了無線測量的發(fā)展。無線通信技術廣泛應用于遠程測量中，主要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚、設備、安防等場景的遠距離監(jiān)測和采集，從而及時了解農(nóng)作物的生長狀況。早期遠程測量系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀的美國，采用的是控制網(wǎng)絡和有限傳感器結合的方式。目前，遠程測量系統(tǒng)應用于智能家居系統(tǒng)，通過家庭網(wǎng)絡形成智能家居系統(tǒng)，發(fā)揮安防和便利生活的作用，同時廣泛應用于樓宇對講等領域。應用遠程測量監(jiān)測設備，可以避免損失，防范損壞。遠程監(jiān)測利用因特網(wǎng)和攝像頭等實時監(jiān)控設備、采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡實時傳輸數(shù)據(jù)。設備的遠程測量和監(jiān)測建立在工業(yè)發(fā)展的背景下，由于部分設備所運轉的環(huán)境惡劣，人員難以進入，無法通過人工的方式實時掌握設備狀況，因此形成了可以應用于工業(yè)設備的測量系統(tǒng)[1]。遠程測量系統(tǒng)降低了工業(yè)成本，提高了設備的可靠性和效率。以無線通信技術為基礎的遠程測量，相比于傳統(tǒng)的有線測量系統(tǒng)，具有安裝靈活、安裝成本低的特點，實際運用過程中，無線測量系統(tǒng)能根據(jù)具體情況進行相應擴展。擴展能力讓無線測量系統(tǒng)能夠適應各種應用場景，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領域的實際數(shù)據(jù)測量和現(xiàn)場情況監(jiān)測，對提高社會生產(chǎn)效率具有積極意義。同時，無線測量系統(tǒng)的廣泛應用會從另一方面促進相關技術的發(fā)展，從而使無線測量系統(tǒng)逐漸成為人們生活中不可或缺的部分。

2測量系統(tǒng)總體結構及相關技術的比較

遠程測量系統(tǒng)可以將工作現(xiàn)場的圖文聲像等數(shù)據(jù)急性采集，通過網(wǎng)絡途徑傳輸給專業(yè)人員，經(jīng)專業(yè)人員匯總研究數(shù)據(jù)之后，遠程傳達到工作現(xiàn)場的系統(tǒng)。遠程測量系統(tǒng)包括兩大部分，即采集端和遠程測量系統(tǒng)。采集端包括傳感器和無線模塊，運行過程中，采集端可以將采集到的實際信息轉化為數(shù)字信息，利用無線方式與計算機相連，將傳感數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機，監(jiān)控計算機將接收到的信息發(fā)送到分析端，形成無線遠程測量系統(tǒng)。本地測量系統(tǒng)中，需要借助無線模塊傳輸傳感器采集到的數(shù)據(jù)，無線模塊還具有接收指令完成反饋的功能。遠程測量端涵蓋的內(nèi)容有現(xiàn)場工程師和GPRS模塊等。遠程測量端的主要功能是評估數(shù)據(jù)，處理和診斷現(xiàn)場情況，形成數(shù)據(jù)結果，并將結果以GPRS模塊發(fā)送到遠端，利用遠端資源結合現(xiàn)場情況提出解決方案。測量系統(tǒng)構建過程中，傳感器所需要的短距離無線傳輸可以借助藍牙技術、WiFi技術、ZigBee技術實現(xiàn)，這些技術各有其優(yōu)缺點。WiFi技術能夠替代有線網(wǎng)絡，實現(xiàn)辦公室、建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡覆蓋，且傳輸速度快，傳輸效率高，能夠實現(xiàn)實時傳輸，但WiFi技術的缺點功耗較高。藍牙技術的傳輸距離更短，所能覆蓋的區(qū)域有限，僅能實現(xiàn)室內(nèi)等小范圍覆蓋，比WiFi技術功耗低；藍牙技術的優(yōu)勢在于組網(wǎng)方便，資源成本消耗低。ZigBee技術的傳輸距離短，傳輸數(shù)據(jù)量小，覆蓋范圍相對較大，能夠覆蓋居住區(qū)域；ZigBee技術的優(yōu)點在于功耗低，網(wǎng)絡穩(wěn)定可靠，具有良好的擴展性。數(shù)據(jù)短距離傳輸過程中，需要針對實際情況選擇具體技術，例如WiFi技術易受到實際環(huán)境，包括地形、墻壁等因素的影響，不適合運用于系統(tǒng)前端；藍牙技術雖然具有穩(wěn)定、快速、方便等優(yōu)點，且可以替代有線網(wǎng)絡，但其擴展性差，難以形成傳感器的大規(guī)模組網(wǎng)；ZigBee技術是眾多短距離傳輸技術中較為均衡的一項，在網(wǎng)絡的擴展能力和穩(wěn)定性上具有優(yōu)點，且具有比較廣的覆蓋面積，能夠使測量系統(tǒng)形成大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡[2]。數(shù)據(jù)的遠距離傳輸需要通過GPRS網(wǎng)絡或因特網(wǎng)傳輸，這兩種遠距離通信技術是數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)年P鍵。在其優(yōu)劣勢方面，因特網(wǎng)的應用范圍廣泛，能夠覆蓋部分偏遠地區(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。因特網(wǎng)常見帶寬最大可達到100Mb/s，且具有高帶寬的傳輸能力，GPR傳輸方式無法比擬。由于GPRS網(wǎng)絡的帶寬為115～170kb/s，因此能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小且傳輸過程中誤碼率較高；但是，其優(yōu)勢在于靈活、方便，可以使數(shù)據(jù)傳輸通過GPRS模塊和手機終端實現(xiàn)。GPRS網(wǎng)絡覆蓋率很高，能夠兼容到因特網(wǎng)中，這些特點使GPRS可以在對數(shù)據(jù)誤碼率要求不高的遠程測量系統(tǒng)中應用。無線測量系統(tǒng)在以GPRS進行遠距離傳輸?shù)倪^程中，因為GPRS網(wǎng)絡普遍適用于手機，數(shù)據(jù)的接收終端常為GPRS模塊或手機，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要轉換為適用于手機的數(shù)據(jù)；因此，傳輸過程中可以選用MMS作為數(shù)據(jù)載體，從而讓數(shù)據(jù)從測量系統(tǒng)傳輸?shù)绞謾C終端。無線測量系統(tǒng)實際應用中，充分發(fā)揮了個各技術的特點，有效提高了無線測量系統(tǒng)的工作效率，發(fā)揮系統(tǒng)的各項應用功能。

3遠程測量系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1基于GPRS的遠程測量系統(tǒng)優(yōu)勢及構建。實際應用過程中，相較于其他技術，基于GPRS的遠程測量系統(tǒng)擁有能夠遠距離傳輸數(shù)據(jù)的能力。GPRS傳輸在GMS網(wǎng)絡的基礎上進行構建，覆蓋面積較大，并且具有不依賴于因特網(wǎng)的特點，能夠進入因特網(wǎng)無法進入的環(huán)境。實際應用過程中，針對GPRS遠程監(jiān)控的特點，其常應用于惡劣環(huán)境，比如采礦和工程車輛中。作業(yè)過程中，GPRS遠程監(jiān)控可以將現(xiàn)場情況和數(shù)據(jù)利用遠程傳輸網(wǎng)絡傳輸?shù)秸{(diào)度和控制中心，交由后方專業(yè)人員評估、診斷數(shù)據(jù)，達到監(jiān)測的目的。GPRS遠程測量系統(tǒng)的構建方式是系統(tǒng)通過現(xiàn)場的傳感器獲得現(xiàn)場溫度、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進行傳輸。遠距離傳輸實際應用中，具體的傳輸方式有三種。第一，GPRS與因特網(wǎng)結合的方式，即通過與因特網(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)結合的方式可以傳輸較大數(shù)據(jù)量，網(wǎng)絡利用率更高；在IP一直存在的情況下，GPRS網(wǎng)絡可以直接傳輸數(shù)據(jù)和通信。如果采用MMS的傳輸方式，需要建立撥號連接，通過WAP網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)。3.2基于ZigBee的遠程無線測量系統(tǒng)。由于ZigBee無線網(wǎng)絡具有功耗低、擴展性好的特點，因此在短距離數(shù)據(jù)傳輸方面具有很大優(yōu)勢。ZigBee可以基于其優(yōu)點構建大型傳感器網(wǎng)絡。ZigBee采用與傳感器通信的方式，將現(xiàn)場實際狀況通過ZigBee網(wǎng)絡傳送到協(xié)調(diào)器，并將數(shù)據(jù)傳送至后方實現(xiàn)具體的測量工作。構建ZigBee無線遠程測量系統(tǒng)，需要利用ZigBee模塊構建傳感器網(wǎng)絡，還需要ZigBee與傳感器之間進行數(shù)據(jù)通信，通過構建數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信兩部分完成具體搭建。無線傳感器是遠程測量系統(tǒng)中最基本的節(jié)點，構建無線傳感器測量節(jié)點時，需要保證其處于正常工作狀態(tài)。構建過程中，需要選用適合具體工作環(huán)境和符合測量目的的傳感器，確保ZigBee模塊與傳感器之間正確連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。無線測量傳輸過程中，由于測量目的不同，可能會引起傳輸數(shù)據(jù)量大的情況，而數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸量過大會影響網(wǎng)絡，導致系統(tǒng)功耗增加或網(wǎng)絡阻塞。這一過程中，需要通過建立相應的機制進行防范，例如將高頻信號數(shù)據(jù)分割成多個數(shù)據(jù)包，利用ZigBee網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)包，由協(xié)調(diào)器收集數(shù)據(jù)。這個過程中，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟包的情況，則需要對相關節(jié)點發(fā)送重傳請求，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包[3]。此外，可以采取簡化數(shù)據(jù)的方法，通過簡化處理數(shù)據(jù)，利用最基本和最重要的數(shù)據(jù)推測現(xiàn)場狀況。數(shù)據(jù)重傳和數(shù)據(jù)簡化各有其優(yōu)缺點，數(shù)據(jù)重傳需要多次傳輸數(shù)據(jù)，可能會對無線網(wǎng)絡造成負擔，而數(shù)據(jù)簡化處理難以保存原始數(shù)據(jù)。針對數(shù)據(jù)傳輸過程中可能面臨的情況，對以ZigBee為基礎的遠程無線測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)切分和簡化，可以提高遠程測量系統(tǒng)的整體運營效率。

4結論

無線測量系統(tǒng)在采礦、工業(yè)環(huán)境等場景下，無法進行有線網(wǎng)絡介入的環(huán)境中。無線測量系統(tǒng)在實際構建過程中，需要綜合考慮實際情況，通過合理選用藍牙技術、WiFi技術、ZigBee技術和GPRS等，掌握現(xiàn)場實際情況，對規(guī)避可能發(fā)生的風險和解決實際問題具有重要意義。

參考文獻：

[1]孫麗.基于遠程測試的無線數(shù)據(jù)傳輸技術研究[D].太原：中北大學，2009.

[2]肖天成.無線通信技術在遠程測量系統(tǒng)中的應用[D].武漢：華中科技大學，2012.

[3]韓易.遠程通訊技術在地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016，39（4）：162-163.

作者:朱蓬勃 單位:中興通訊股份有限公司