CN101329394A - 一种低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星系统的低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法。该低成本船载终端具有GPS模块、北斗模块、综合数据处理模块以及紧急报警按键，通过GPS模块可以获取实时的GPS位置数据，由综合数据处理模块对GPS定位信息数据进行过滤和打包，以北斗短信方式通过北斗模块采用适当频度进行上报。必要时，可以采用紧急报警按键来触发进行上报。本发明既满足实时性要求，又可以降低发送的频度，从而可以节省北斗卫星资源的占用和通信费用，既提高了资源利用率又节省了费用，实现低成本的船舶位置监控和紧急报警。

Description

一种低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法

技术领域

本发明涉及卫星定位及通信技术领域，尤其涉及一种低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法。

背景技术

海上船舶因其经常处于运动状态而需要实现定位，以便获悉自身的当前位置和运动轨迹等信息，另外对于船舶的管理部门，通常也需要对船舶进行监控，以便根据监控信息为船舶提供其它服务。因而，对于远离陆地的海洋上的船舶而言，除应准确知道自身的位置、航向和航速等信息外，还应将这些相关信息上报给管理中心。

目前我国可应用的卫星导航系统有GPS系统和北斗系统。GPS系统具有实时性好、定位精度高等优点，缺点是GPS终端只能接收GPS信号，不能进行交互通信。我国自主研发的北斗卫星系统的用户终端则可按一定频度发出定位或通信请求，实现定位以及与其他终端进行通信，但实时性受到频度限制。若将两种卫星系统进行综合应用，便可以充分发挥各自的优点。但是，若将GPS的定位信息实时上报至地面控制中心，必然增加使用北斗卫星交互通信的次数，过多占用北斗卫星的通信资源，降低资源利用率，并增加使用费用。

为了兼容两种卫星系统的优点，扩大推广应用的范围，则需要一种低成本的实现船舶位置监控的船载终端及其监控和紧急报警的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于北斗卫星系统的低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法，用于实时获取船舶的GPS位置数据，并进行过滤和打包，以适当频度的北斗短信方式上报给地面控制中心，从而实现低成本的船舶位置监控和紧急报警。

本发明提供一种基于北斗卫星系统的低成本实现船舶位置监控的船载终端，包括北斗模块、GPS模块、综合数据控制模块，其中：

所述北斗模块，用于与北斗卫星进行信息交互，接收北斗定位信息以及地面控制中心的控制指令，向北斗卫星发送船舶位置监控信息和紧急报警；

所述GPS模块，用于GPS实时定位，并将定位信息发送给综合数据控制模块；

所述综合数据控制模块，用于对定位信息进行分析、过滤、打包处理，控制北斗模块将包含定位信息的数据包通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户，实现船舶的位置监控。

进一步地，所述船载终端进一步包括与所述综合数据控制模块相连的紧急报警键，该紧急报警键用于在紧急情况时由用户触发向地面控制中心上报船舶的紧急报警信息和/或位置信息。

进一步地，所述定位信息包括时间、经度、纬度、高度、航向和航速中之一或它们的组合。

进一步地，所述北斗模块，进一步用于通过北斗卫星从地面控制中心获取GPS定位信息的完好性数据；

所述综合数据控制模块，是根据所述GPS定位信息完好性数据对从GPS模块获得的GPS实时定位信息进行完好性判断，消除错误的位置信息和完好性不满足要求的数据，剔除船舶静止时的位置数据。

进一步地，所述综合数据控制模块对GPS位置信息进行过滤的原则和判据包括：

A1、根据保存的前一个或多个采样点的位置信息判断船舶是否为静止，将静止的采样信息进行滤除；

A2、根据所接收的GPS位置信息，判断位置信息是否存在跳点，若存在跳点，则将位置信息中的跳点滤除；

A3、根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的GPS位置信息是否满足完好性条件，将完好性不满足要求的位置信息进行剔除。

进一步地，所述综合数据控制模块，控制北斗模块将打包后的定位信息通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户时，是采用周期性上报方式，或根据位置信息是否达到数据包门限来生成数据包，再由北斗模块通过北斗卫星将所述数据包上报给地面控制中心。

进一步地，所述数据包，包括单个位置数据包和/或多个位置数据包，其中：

单个位置数据包包括当前位置的经度、纬度、速度、方位的信息；

多个位置数据包包括业务状态、数据个数、定位时间、定位时间间隔、经度、纬度、速度、方位的信息。

进一步地，所述北斗模块从地面控制中心接收指示上报定位信息的控制指令是点名定位指令，该点名定位指令包括定位方式、请求类型、开始时间、结束时间、报告间隔、报告次数。

本发明还提供一种基于上述船载终端用于低成本实现船舶位置监控的方法，包括如下步骤：

由GPS模块实现GPS实时定位，并将所述GPS定位信息发送给综合数据控制模块；

所述综合数据控制模块对定位信息进行分析、过滤、打包处理，控制北斗模块将包含定位信息的数据包通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户。

进一步地，所述综合数据控制模块对GPS定位信息进行过滤的原则和判据包括：

B1、根据保存的前一个或多个采样点的位置信息判断船舶是否为静止，将静止的采样信息进行滤除；

B2、根据所接收的GPS位置信息，判断位置信息是否存在跳点，若存在跳点，则将位置信息中的跳点滤除；

B3、根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的GPS位置信息是否满足完好性条件，将完好性不满足要求的位置信息进行剔除。

进一步地，所述对GPS定位信息进行过滤、打包处理后的数据包是单个位置数据包和/或多个位置数据包，其中：

单个位置数据包包括当前位置的经度、纬度、速度、方位的信息；

多个位置数据包包括业务状态、数据个数、定位时间、定位时间间隔、经度、纬度、速度、方位的信息。

进一步地，所述方法中，所述综合数据控制模块控制所述北斗模块，根据地面控制中心的指令或按照预定频度，将包含位置信息的数据包通过北斗卫星上报给地面控制中心或用户；其中的上报方式采用周期性上报方式、或根据位置信息是否达到数据包门限来生成数据包，通过北斗卫星发送给地面控制中心。

进一步地，所述地面控制中心的指令是点名定位指令，该点名定位指令包括定位方式、请求类型、开始时间、结束时间、报告间隔、报告次数的信息。

进一步地，所述综合数据控制模块控制所述北斗模块发送包含位置信息的数据包是通过北斗短信方式按设定的发送频度进行上报。

进一步地，所述发送频度是根据北斗用户卡频度的倍数，或由点名定位指令来指示确定。

本发明提供了一种基于北斗卫星系统的低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法，该低成本船载终端可以获取实时的GPS位置数据，并进行过滤和打包，以北斗短信方式采用适当频度进行上报，既满足实时性要求，又可以降低发送的频度，从而可以节省北斗卫星资源的占用和通信费用，既提高了资源利用率又节省了费用，实现低成本的船舶位置监控和紧急报警。

进一步地，由于对位置信息进行过滤和完好性判断，消除错误的位置信息和完好性不满足要求的数据，剔除船舶静止时的航向航速数据；规定了对位置信息进行过滤和剔除的主要判据和原则，在实现低成本定位的同时，还可以有效提高数据准确性。

进一步地，低成本双模船载终端还可以选择采样周期获取GPS位置信息，对位置信息进行缓存，并将采样时刻获得的位置信息进行过滤和打包。这样可以将实时的位置信息进行上报，以便监控船舶位置的实际轨迹；或将非连续的多位置信息上报，实现船舶非连续的多位置监控。

进一步地，低成本双模船载终端对船舶的单点、连续或非连续的多位置数据报告，其发送频度可以根据北斗用户卡频度的倍数，或点名定位的要求确定。这样为用户及管理中心灵活设定位置上报提供了极大的便利性。

附图说明

图1是实现船舶位置监控的低成本船载终端的原理图。

图2是本发明实施示例的低成本双模船载终端的具体结构框图。

具体实施方式的技术方案

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

为了实现低成本的船舶位置监控和紧急报警，本发明提供一种基于北斗卫星系统的低成本船载终端。该船载终端的原理图如图1所示，包括低成本的双模定位通信单元和紧急报警键。图2为本发明实施示例的低成本双模船载终端的具体结构框图。

低成本双模船载终端包括天线和低噪声放大器及功率放大器、北斗模块、GPS模块、综合数据控制模块和紧急报警键。

GPS模块，用于GPS实时定位，并将定位信息发送给综合数据控制模块，由综合数据控制模块对定位信息进行分析、过滤、打包处理；GPS模块能够获取船舶的位置定位信息包括时间、经度、纬度、高度、航向和航速等数据。

北斗模块，用于与北斗卫星进行信息交互，从北斗卫星接收地面控制中心的控制指令，将船舶位置信息定期或根据地面控制中心的指令发送给北斗卫星上报到地面控制中心，实现船舶的位置监控，以及通过启动紧急报警键实现向地面控制中心上报船舶的紧急报警信息等。

综合数据控制模块，用于对位置信息进行过滤和完好性判断，消除错误的位置信息和完好性不满足要求的数据，并剔除船舶静止时的航向航速数据；综合数据控制模块还用于将过滤的数据进行打包，按照指定频度以北斗短信方式发送给地面控制中心；综合数据控制模块还用于在GPS模块工作不正常或根据远程的设置，启动北斗模块的定位功能。这样可以将实时的位置信息发送给地面控制中心或用户，实现监控船舶位置的实际轨迹。

综合数据控制模块还可以选择采样周期获取GPS位置信息，对位置信息进行缓存，并将采样时刻获得的位置信息进行过滤和打包，以北斗短信方式发送给地面控制中心或用户，这样可以实现船舶非连续的多位置信息上报，由地面控制中心或用户实现船舶非连续的多位置监控。

船舶连续或非连续的多位置数据报告的发送频度可以根据北斗用户卡的频度确定，例如按两倍的北斗用户卡频度作为位置数据的发送频度。

综合数据控制模块对GPS位置信息的过滤，主要判据如下：

(1)根据缓存的前一个或多个采样点位置信息中的方向或速度数据进行比较，如其数据变化不大没有超出规定的门限值，则判断船舶为静止，对于静止的采样信息要进行滤除；

(2)根据所接收的GPS位置信息，判断位置信息是否存在跳点，若存在跳点，则将位置信息中的跳点滤除；

(3)根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的位置信息是否满足完好性条件，如高于某门限值则认为其完好性不满足要求，应剔除；若低于某门限值则认为其完好性满足要求，保留该位置信息。

综合数据控制模块，可以根据地面控制中心的点名定位指令进行位置上报，实现对该船舶的位置监控；也可以按照预定的上报时刻将自己当前得到的GPS位置信息上报给地面控制中心或用户，所述上报时刻可以是周期设定的时刻。

点名定位时，综合数据控制模块通过北斗模块接收到北斗一号卫星转发的点名定位指令，从GPS模块读取当前定位结果，采用当前采样的位置或将之前缓存的位置数据进行打包，向地面控制中心或其他用户发送位置信息。综合数据控制模块还可以根据系统参数设置值启动位置上报，这时将已采集的位置数据进行打包，将打包好的位置数据向地面控制中心报告。

点名定位指令，包括定位方式、请求类型、开始时间、结束时间、报告间隔和报告次数等信息。单个位置数据包，包括当前一个位置的经度、纬度、速度、方位等信息。多个位置数据包包括业务状态、数据个数、定位时间、定位时间间隔、多个位置的经度、纬度、速度、方位等信息。

低成本双模船载终端进行位置报告的频度除采用定时方式外，还可采用如下方式：当采样的位置数据达到数据传输包的最大量时，或报告间隔达到“位置数据包报告频度”时向地面控制中心报告一组位置数据；点名定位时报告一个位置数据。

进一步地，基于上述低成本的双模船载终端，给出一种用于低成本实现船舶位置监控的方法，包括如下步骤：

步骤1、由GPS模块实现连续的GPS实时定位，并采用缓存的方式进行存储定位信息；

步骤2、对位置信息进行过滤和打包处理，按地面控制中心指令或预定频度将打包的位置信息通过北斗卫星上报给地面控制中心或用户。

其中，对GPS位置信息进行过滤的原则是：

(1)根据缓存的前一个或多个采样点的位置信息判断船舶是否为静止，如通过方向或速度进行判断，对于静止的采样信息要进行滤除；

(2)根据所接收的GPS位置信息，按照方向或速度数据进行判断位置信息的合理性，如其数据变化太大超出合理性规定的门限值，则判断该位置信息为不准确的跳点位置，若存在跳点，则将位置信息中的跳点位置信息滤除；

(3)根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的位置信息是否满足完好性条件，如高于某门限值则认为其完好性不满足要求，应剔除；若低于某门限值则认为其完好性满足要求，保留该位置信息。

所述GPS完好性信息是由北斗模块从地面控制中心获取的，获取途径可以经北斗卫星转发。定位信息可以是连续的定位数据，也可以是单独的单点定位数据，即可以将某一段时间内连续的GPS位置信息进行过滤打包后，上报给地面控制中心或用户，也可以将某一点的位置信息上报给地面控制中心或用户。

定位信息上报的方式，由综合数据控制模块根据接收到地面控制中心或用户的点名定位指令，可以选择上报连续定位数据或上报单点定位数据，按照指定的时间、频度等进行上报。例如，点名定位要求上报连续定位数据时，可以周期性的将GPS位置信息过滤打包后，将携带位置信息的数据包上报给地面控制中心，也可以待所接收的GPS位置信息达到打包数量后，生成数据包上报给地面控制中心。

若为周期性上报，上报的频度可以由地面控制中心设定，通常设定为用户卡频度的倍数，例如用户卡频度是30秒，那么实际设置的位置数据发送频度为60秒。具体频度值由用户设定或由地面控制中心在点名定位指令中指定。

若为根据数据包中位置信息的数量来进行上报时，则由用户设定数据包的大小或根据地面控制中心在点名定位指令中指定的大小，在缓存的GPS位置信息达到规定的数据包大小后，生成位置信息的数据包，上报给地面控制中心。

同时，上报定位信息还可以采用非连续上报方式，即采用周期性采样的方式进行获取GPS位置信息，仅将在采样时刻获得的位置信息进行过滤、打包后通过北斗短信方式发送给地面控制中心或用户，这样可以实现非连续的船舶位置信息上报，由地面控制中心或用户实现船舶的非连续位置监控。

应用本发明的低成本实现船舶位置监控的船载终端及方法，由于可以获取实时的GPS位置数据，同时，可以采用适当频度对位置数据进行上报，一方面满足了实时性要求，另一方面，因对数据进行打包后集中发送，可以降低数据发送的频度，从而可以节省北斗卫星资源的占用和通信费用，既提高了资源利用率又节省了费用，实现低成本的船舶位置监控和紧急报警。

本文所述仅为本发明的优选实施示例，并不用于限制本发明，对于该领域的技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。因此，凡涉及在本发明的创新和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进以及更新等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1、一种基于北斗卫星系统的低成本实现船舶位置监控的船载终端，其特征在于，包括北斗模块、GPS模块、综合数据控制模块，其中：

所述北斗模块，用于与北斗卫星进行信息交互，接收北斗定位信息以及地面控制中心的控制指令，向北斗卫星发送船舶位置监控信息和紧急报警；

所述GPS模块，用于GPS实时定位，并将定位信息发送给综合数据控制模块；

所述综合数据控制模块，用于对定位信息进行分析、过滤、打包处理，控制北斗模块将包含定位信息的数据包通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户，实现船舶的位置监控。

2、如权利要求1所述的船载终端，其特征在于，所述船载终端进一步包括与所述综合数据控制模块相连的紧急报警键，该紧急报警键用于在紧急情况时由用户触发向地面控制中心上报船舶的紧急报警信息和/或位置信息。

3、如权利要求1或2所述的船载终端，其特征在于，所述定位信息包括时间、经度、纬度、高度、航向和航速中之一或它们的组合。

4、如权利要求1所述的船载终端，其特征在于，

所述北斗模块，进一步用于通过北斗卫星从地面控制中心获取GPS定位信息的完好性数据；

所述综合数据控制模块，是根据所述GPS定位信息完好性数据对从GPS模块获得的GPS实时定位信息进行完好性判断，消除错误的位置信息和完好性不满足要求的数据，剔除船舶静止时的位置数据。

5、如权利要求1或4所述的船载终端，其特征在于，所述综合数据控制模块对GPS位置信息进行过滤的原则和判据包括：

A1、根据保存的前一个或多个采样点的位置信息判断船舶是否为静止，将静止的采样信息进行滤除；

A2、根据所接收的GPS位置信息，判断位置信息是否存在跳点，若存在跳点，则将位置信息中的跳点滤除；

A3、根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的GPS位置信息是否满足完好性条件，将完好性不满足要求的位置信息进行剔除。

6、如权利要求1所述的船载终端，其特征在于，

所述综合数据控制模块，控制北斗模块将打包后的定位信息通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户时，是采用周期性上报方式，或根据位置信息是否达到数据包门限来生成数据包，再由北斗模块通过北斗卫星将所述数据包上报给地面控制中心。

7、如权利要求1或6所述的船载终端，其特征在于，所述数据包，包括单个位置数据包和/或多个位置数据包，其中：

单个位置数据包包括当前位置的经度、纬度、速度、方位的信息；

多个位置数据包包括业务状态、数据个数、定位时间、定位时间间隔、经度、纬度、速度、方位的信息。

8、如权利要求1所述的船载终端，其特征在于，所述北斗模块从地面控制中心接收指示上报定位信息的控制指令是点名定位指令，该点名定位指令包括定位方式、请求类型、开始时间、结束时间、报告间隔、报告次数。

9、一种基于权利要求1所述船载终端用于低成本实现船舶位置监控的方法，其特征在于，包括如下步骤：

由GPS模块实现GPS实时定位，并将所述GPS定位信息发送给综合数据控制模块；

所述综合数据控制模块对定位信息进行分析、过滤、打包处理，控制北斗模块将包含定位信息的数据包通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它用户。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述综合数据控制模块对GPS定位信息进行过滤的原则和判据包括：

B1、根据保存的前一个或多个采样点的位置信息判断船舶是否为静止，将静止的采样信息进行滤除；

B2、根据所接收的GPS位置信息，判断位置信息是否存在跳点，若存在跳点，则将位置信息中的跳点滤除；

B3、根据从地面控制中心获取的GPS完好性信息，判断所接收的GPS位置信息是否满足完好性条件，将完好性不满足要求的位置信息进行剔除。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对GPS定位信息进行过滤、打包处理后的数据包是单个位置数据包和/或多个位置数据包，其中：

单个位置数据包包括当前位置的经度、纬度、速度、方位的信息；

多个位置数据包包括业务状态、数据个数、定位时间、定位时间间隔、经度、纬度、速度、方位的信息。

12、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法中，

所述综合数据控制模块控制所述北斗模块，根据地面控制中心的指令或按照预定频度，将包含位置信息的数据包通过北斗卫星上报给地面控制中心或用户；其中的上报方式采用周期性上报方式、或根据位置信息是否达到数据包门限来生成数据包，通过北斗卫星发送给地面控制中心。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述地面控制中心的指令是点名定位指令，该点名定位指令包括定位方式、请求类型、开始时间、结束时间、报告间隔、报告次数的信息。

14、如权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述综合数据控制模块控制所述北斗模块发送包含位置信息的数据包是通过北斗短信方式按设定的发送频度进行上报。

15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述发送频度是根据北斗用户卡频度的倍数，或由点名定位指令来指示确定。