无线传输技术在公路工程质量检测系统中的应用

董胜利，张瑞德，迟银波，李长建

（1.黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨150050；2.哈尔滨建成集团，黑龙江 哈尔滨150030）

要搭建一个可互联多种类型设备，且稳定可用的公路工程质量检测系统，数据通讯传输技术是该系统的技术攻关重点。结合实际应用，设计一个具备层级特性的系统数据传输框架，并选取适合的数据连接选型方案。根据检测现场的复杂性，作为数据处理的连接通道，无线数据传输技术成为承担该系统数据通讯模块的主要角色。

1 公路工程质检系统数据传输框架

公路工程质检系统由业务应用层AL、数据中心层DCL、硬件通讯层HCL 3个层级构成，而该系统的数据传输位于硬件通讯层，其功能为数据传输服务，从低级数据电缆连接到高级网络连接构成完整数据运送通道。在数据传输中由传感器设备数据通道Sensor Channel、现场作业数据交互Data Exchange和业务回传数据交换Business Feedback构成。

图1展示了公路工程质检系统数据传输框架，数据网络传输处理Data Transmission位于3个层级的底部基础位置，数据传输模块承担将各种同构、异构设备进行交互连接的任务，并负责将数据稳定、准确、快速运送到数据处理中心；同时，也承担着将业务数据回传到移动测试平台和质检技术检测中心的通讯任务。

图1 公路工程质检系统数据传输框架

2 数据传输级别与传输性能需求

在各个数据传输服务中根据应用的需求，将通讯级别分成设备级通讯Device Level、逻辑处理级通讯Logical Data Level和业务处理级通讯Business process level 3个级别。本系统在设计时以应用模型为设计驱动，根据应用的级别选择相应的数据通讯类型，以有线、无线结合方式运用到设备级别通讯，以无线传输技术适应现场环境和覆盖范围，以无线网络数据运营商提供的广域规模远距离传输为业务级别通讯应用。

1）连接性能。设备连接方面，该系统要求快速现场布控。因此，在逻辑数据比对检测处理时，适合应用无线数据连接技术，无需大量检测人员进入现场对检测点与检测移动测站进行有线连接，开启设备即时进行检测点的通讯连接匹配。

2）数据传输带宽。数据通讯的带宽要求方面，对现场实况的视频和音频的采集需要较大数据传输带宽，有线局域网、802.11无线局域网都可提供音视频所需带宽，保障传输带宽达到1MB／s，并结合连接性能的要求，宜采用802.11无线连接。

3）数据延时。在公路工程检测系统中，检测目标点采集传感器要求有很低的数据延时，而对数据的带宽要求较低，因此，RS232串口直线连接方式可以很好地完成低数据传输率、高速响应的设备级传输需要，而数据逻辑处理采用802.11无线连接技术。对于定时的业务数据回传，采用移动通讯运营商提供广域数据通讯服务。

3 有线传输与无线传输的对比

以公路工程检测的现场实测来看，现场环境较为复杂，检测点选取是随机的，施工现场正在作业，机动设备进出频繁，工料进场、人员活动等等，而检测系统要完全适应这些动态因素的变化。如果采用有线数据传输方式，在小范围、相对静态的环境里，数名检测人员通过线路连接、设备调试等程序后，方可进行检测作业，对于复杂的现场环境采用有线传输已不能实现。

采用无线传输可以有效解决这些难题。由于采用无线连接，通过软件设计灵活选择连接方式，避免设备与人员在现场的交叉作业所带来的问题。由于无线通讯不需考虑实体线路的连接，因此，检测作业可以节约大量物力、人力成本。在具备这些优势的同时，无线传输上必须选取稳定性好、数据保护性好、传输指标高的选型方案。数据连接的匹配要通过无线设备和软件API接口进行周密的设计，方可达到系统应用的实用性要求。

4 适用于公路工程质检系统的无线传输方案

对于在公路工程质检系统中的无线数据传输方案可以有GPRS或3G方案、蓝牙或ZigBee方案、802.11方案供选择。下面逐一对各个方案在该系统中的优势和缺点进行分析。

在GPRS或3G方案中，选用移动通信运营商提供的网络接入，在传输距离方面具备覆盖全国范围的广域优势，但在公路检测的施工现场，很有可能是偏远地区，信号覆盖弱，无法达到数据传输要求，在数据安全方面，如果增设数据加密解密环节，整体数据处理速度又将下降。而如果想建立独立的检测站点，必然受限于运营商提供的网络服务限制。而从经济成本方面考虑，由于检测现场要实时动态的传输大量数据，数据通讯费用也会计算入检测作业成本之中，因此，此方案可适用于定时业务数据回传。

在蓝牙或ZigBee方案中，具备精简和灵活、结构简单的特点，可以在检测现场建立一个独立的站点环境。但在传输距离方面蓝牙技术暂无法满足工程中大于100m半径的长距离要求，而ZigBee的速率指标无法满足工程应用，因此，这个方案仅适用于该系统连接短距离的设备间数据通讯。

在IEEE 802.11方案中，由于该标准的传输距离完全满足公路工程质检系统的检测覆盖范围，并且在数据安全方面有WEP、WPA等多种硬件加密方式；在传输速率方面，新的802.11n标准已由54Mbps提高到300Mps甚至600Mps，已与采用IEEE 802.3标准的有线以太网络数据率接近，在稳定性方面也非常可靠，其成熟的应用已遍及各个领域。该方案可快速在公路工程检测现场搭建一个独立的网络环境，无需借助移动通信运营商提供的网络服务，在地形、现场环境复杂的条件下，能在短时间内布控一个稳定的移动式检测平台。

5 检测现场实测应用

为了验证公路工程检测系统在无线传输中的可靠性，本项目特选取了一个正在施工作业的工程现场，根据检测作业设定了数个检测点位。如图2所示，该现场是正在施工的跨铁路公路桥，通过在桥中心搭建一个移动式检测平台——检测系统移动测站，并根据检测要求分别设置检测点01、检测点02～检测点97等近百个关键检测点，检测范围在方圆2km范围内，控制点位于施工公路桥东南的一个二层建筑顶部；检测现场各种设备、施工人员不需因检测作业而改变状态，照常作业，并可适应公路桥下的铁路列车的动态运行；此次检测在数据传输方面运用了大功率的802.11无线传输设备，检测系统入场1h内，搭建好检测平台。检测点与移动测站的数据传输匹配也顺利进行，通过综合运用无线传输技术，检测作业得以高效地完成。

图2 现场数据传输布控

同时，无线传输系统布设造价具备明显优势，仅包含线路连接部分，未包含有线连接系统人工成本和电力供应造价，详见表1。

表1 有线传输与无线传输系统布设造价对比

6 结束语

以数据传输稳定性、传输速度、数据质量、系统适应性、系统布设时间等方面的考量，通过实践应用，均达到了满意的效果。如果采用有线数据传输已无法实现检测任务，因为场地的复杂性不允许在现场设置数条连接数据线。即使可以采用数据线连接，而实际所耗用的连接时间、动用的测试人员的数量等种种指标，都证明了采用无线传输技术在公路工程测量检测系统中的优势。

通过无线传输技术在公路检测系统中的应用，首先降低硬件连接成本，同时缩短检测作业时间，降低整体检测成本，最终由该系统提升检测效率。

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