CN103463769A - 消防车上装远程控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消防车上装远程控制系统及控制方法，系统包括车载控制器、车载信息交换终端和远程控制终端；车载控制器通过有线方式接入消防车上装系统，实现信息采集，并执行远程控制指令；车载信息交换终端通过CAN总线与车载控制器有线连接，通过GPRS或者其他形式的无线网络与远程控制终端无线连接，实现交换信息中转功能。本消防车上装远程控制系统，实现灭火救援现场消防车远程控制功能，在不可预知、高度危险环境下可撤出随车战斗的消防战士，在保证消防战士生命安全的条件下可继续完成灭火救援任务，是信息化条件下现场灭火救援工作的创新。为消防部队胜利完成任务，提供了可选择的先进的技术手段。同时，消防车远程控制系统极大的推进了我国消防部队数字化消防车的建设，提高消防装备信息化水平。

Description

消防车上装远程控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及消防车远程控制技术领域，具体说，涉及消防车上装系统远程控制技术，包括上装系统关键部件工作状态信息采集与操作命令下达的远程传输与控制技术。

背景技术

消防车是消防装备器材中最重要的组成部分，在灭火救援行动中发挥巨大作用。在执行重特大灭火救援任务时，如油罐火灾等，执行任务时消防战士需要面临油罐随时爆炸的巨大风险，有可能造成无法挽回的生命及财产损失。如果消防车支持远程控制命令，随车的消防战士可以全部撤回到安全的地方，通过启动全程控制系统，操作消防车完成灭火任务，保证消防战士的生命安全。目前，已研制出无人驾驶的特殊用途小型专用消防机器人，在常规消防车上如水罐车、A类泡沫车或B类泡沫车等还未实现远程控制，未见相关报道。

消防车上装系统指除了消防车底盘外的其他部分，主要包括动力输出系统、灭火系统、专勤系统和各种电气设备等。其中动力输出系统主要指取力器装置，通过该装置从消防车辆发动机获取动力，提供给消防泵或其他需要外部动力驱动的装置；其中灭火系统指水、泡沫、干粉或二氧化碳等灭火系统；专勤系统指完成某项或多项消防专业技术作业的系统，如举高系统、照明系统、排烟系统、防化系统等。随着电子技术的发展及业务的实际需求，上装系统各部分的电气化程度越来越高，是远程控制实现的基础。

发明内容

本发明为常规消防车提供消防车上装远程控制系统，其主要目的在于：在重特大灾害现场，在有可能威胁消防战士生命安全的环境下，消防车开进灭火救援现场后，消防战士部署好上装系统基本战斗状态，在撤离现场前启动远程控制系统。通过部署在安全地点的远程控制终端接管上装系统，实现上装系统的所有操作及控制，完成灭火救援任务。同时，保证随车消防战士生命安全。

本发明的消防车上装远程控制系统采用如下方案实现：消防车上装远程控制系统，包括车载控制器、车载信息交换终端和远程控制终端；

所述的车载控制器通过有线方式接入消防车上装系统，实现信息采集，并执行远程控制指令；

所述的车载信息交换终端通过CAN总线与车载控制器有线连接，通过GPRS或者其他形式的无线网络与远程控制终端无线连接，实现交换信息中转功能。

所述的车载控制器包括主控单元、CAN数据处理单元、上装系统管理单元、安全策略分析单元、信息显示单元；

其中，主控单元分别与CAN数据处理单元、上装系统管理单元、安全策略分析单元、信息显示单元连接，控制各单元之间数据流转和交换；

CAN数据处理单元基于CAN总线数据传输方式实现车载控制器与车载信息交换终端的双向数据交换，基于CAN总线数据传输方式实现与消防车车辆底盘控制系统连接；

上装系统管理单元通过有线方式接入消防车上装系统主要部件，实现状态信息采集与控制；

安全策略分析单元，实时分析CAN数据处理单元所接收的远程控制命令；

信息显示单元为车载显示装置。

所述的车载信息交换终端由主控单元、CAN数据处理单元、GPRS无线网络数据处理单元和有线网络数据处理单元组成；

其中，主控单元分别与CAN数据处理单元、GPRS无线网络数据处理单元和有线网络数据处理单元连接，控制各单元之间数据流转和交换；

通过CAN数据处理单元与车载控制器实现数据交换；

通过GPRS无线网络数据处理单元完成与远程控制终端实现无线数据的交换；

有线网络数据处理单元作为GPRS网络的备份链路。

一种消防车上装系统的远程控制方法，其步骤如下：

（1）、远程控制终端按照网络传输协议封装远程控制命令，其中携带操作用户名和验证码；

（2）、车载信息交换终端通过无线网络接收远程控制命令，按照网络传输协议解析该命令，如果符合协议规则，执行步骤（3）；如果是非法数据，舍弃该数据；

（3）、车载信息交换终端按照CAN总线传输协议重新封装数据，其中携带操作用户名和验证码，发送给车载控制器；

（4）、车载控制器按照CAN总线传输协议解析该数据，如果符合协议规则，执行步骤（5）；如果是非法数据，舍弃该数据；

（5）、车载控制器进一步比较操作用户名和验证码是否匹配，如果匹配转入到安全策略分析单元；如果不匹配，舍弃该命令。

一种消防车上装远程控制系统的远程控制方法，所述安全策略分析单元的数据处理流程如下：

（1）、实时接收CAN数据处理单元转发的远程控制命令；

（2）、根据该命令节点的性质，分析是二态式命令、上下限阈值命令还是关联操作命令；如果是二态式命令转到步骤（3）；如果是上下限阈值命令转到步骤（4）；如果是关联操作命令转到步骤（5）；

（3）、分析该操作对象的当前工作状态是否与要执行的操作状态一致，如果不一致，转到步骤6；如果一致，转到步骤（7）；

（4）、将该操作对象的可执行的上下限阈值与所要执行的值对比，如果在允许的上下限阈值范围内，转到步骤（6）；如果超出范围，转到步骤（7）；

（5）、分析该操作对象所关联的状态是否都是可执行状态，如果都符合操作要求，转到步骤（6）；如果有任何一个状态不符合，转到步骤（7）；

（6）、执行远程控制命令，返回执行成功的代码；

（7）、返回不可执行远程控制命令代码和原因。

本发明的有益效果：使用该发明的消防车上装远程控制系统，实现灭火救援现场消防车远程控制功能，在不可预知、高度危险环境下可撤出随车战斗的消防战士，在保证消防战士生命安全的条件下可继续完成灭火救援任务，是信息化条件下现场灭火救援工作的创新。为消防部队胜利完成任务，提供了可选择的先进的技术手段。同时，消防车远程控制系统极大的推进了我国消防部队数字化消防车的建设，提高消防装备信息化水平。

附图说明

图１是系统整体逻辑图。

图2是车载控制器逻辑图。

图3是上装系统管理单元逻辑图。

图4是车载信息交换终端逻辑图。

图5是安全策略分析单元数据处理流程图。

图6是系统数据流转逻辑图。

图7是远程控制命令数据安全交换流程图。

具体实施方式

消防车上装远程控制系统，主要包括车载控制器1、车载信息交换终端2和远程控制终端3；系统整体逻辑如图1所示。

车载控制器1通过有线方式接入消防车上装系统各部分（动力输出系统、灭火系统、专勤系统和各种电气设备），实现各部分当前工作状态的信息采集，并执行远程控制指令。同时，根据上装系统各部分当前状态，通过安全策略分析功能可避免上装系统各部分因远程控制而产生的误操作，保护上装系统的运行安全。车载控制器设计符合抗震、抗高温等技术要求。

车载信息交换终端2通过CAN总线与车载控制器有线连接，通过GPRS或者其他形式的无线网络与远程控制终端无线连接。车载信息交换终端2是本系统的信息流转枢纽，实现交换信息中转功能。车载信息交换终端2的设计符合抗震、抗高温等技术要求。

远程控制终端3通过GPRS或者其他形式的无线网络接收车载信息交换终端2发送的上装系统各部分当前工作状态信息并显示相关信息。同时，根据现场灭火救援的需要执行相关操作，并将操作命令通过无线网络下达给车载信息交换终端2，经由车载信息交换终端2转发给车载控制器1，完成消防车上装系统的远程控制功能。

车载控制器1的逻辑结构如图2所示，包括主控单元11、CAN数据处理单元12、上装系统管理单元13、安全策略分析单元14、信息显示单元15。

主控单元11分别与CAN数据处理单元12、上装系统管理单元13、安全策略分析单元14、信息显示单元15连接，控制各单元之间数据流转和交换，负责监管其他各单元模块运行状态，协调各单元模块按照一定的规则共同完成业务处理任务，是车载控制器的运行中枢。

CAN数据处理单元12基于CAN总线数据传输方式实现车载控制器1与信息交换终端1的双向数据交换，交换的信息主要包括车载控制器1向车载信息交换终端2发送的上装系统主要部件工作状态信息、远程控制命令执行结果反馈情况信息和车载信息交换终端2向车载控制器1发送的远程操作控制命令。同时，CAN数据处理单元12基于CAN总线数据传输方式实现与消防车车辆底盘控制系统连接，实现发动机油门的增、减操作。

上装系统管理单元13逻辑图如图3所示，上装系统管理单元13通过有线方式接入消防车上装系统4主要部件，实现对消防车上装系统4主要部件工作状态信息采集与控制功能。

其中消防车上装系统4主要部件包括取力器、水罐、消防炮、照明灯、器材箱照明系统等。

上述部件的工作状态包括：取力器的啮合或者脱挂状态、水罐出水阀门的开或者关状态、水罐注水阀门的开或者关状态、消防炮出水阀门的开或者关状态、照明灯的升或者降状态，器材箱照明系统的开或者关状态等。

上述主要部件都是各自独立的可控制开关，具有状态输出接口和控制命令输入接口，车载控制器1具有多路的I/O接口，通过I/O接口接入各主要部件，车载控制器1还具有8路DI接口，8路DO接口，通过车载控制器的DI/DO接口实现工作状态信息采集与控制，其中DI接口用于采集当前的工作状态，DO接口用于控制操作。

安全策略分析单元14的功能是：实现远程控制命令安全管理，防止误操作，造成设备损坏。安全策略分析单元14实时分析CAN数据处理单元13所接收的远程控制命令；根据一定的安全策略进行分析，给出是否可执行该命令的结论，根据结论上装系统管理单元判断是否执行远程控制命令。

信息显示单元15主要指符合车载使用的显示装置，可以实现触摸屏操作，并具有定制的按钮，如“上装工作状态显示按键”、“故障信息显示按键”等，当按下“上装工作状态显示按键”时显示上装系统主要部件的实时工作状态。同时，该显示单元还可以显示相关提示信息，如远程控制命令执行结果反馈信息等。触摸屏操作可以实现验证码输入操作，在授权远程控制命令之前必须输入授权验证码，并将该验证码反馈给远程控制终端，远程控制终端每一个远程控制命令中必须包含该验证码，否则车载控制器拒绝执行任何远程控制命令，验证码策略保证系统的数据通信安全。为车载显示装置。

车载信息交换终端2由主控单元21、CAN数据处理单元22、GPRS无线网络数据处理单元23和有线网络数据处理单元24组成，其逻辑结构如图4所示。

主控单元21分别与CAN数据处理单元22、GPRS无线网络数据处理单元23和有线网络数据处理单元24，负责监管其他各单元模块运行状态，协调各单元模块按照一定的规则共同完成业务处理任务，是信息交换终端的运行中枢。

通过CAN数据处理单元22完成与车载控制器1的数据交换。

通过GPRS无线网络数据处理单元23完成与远程控制终端3无线数据的交换，主要包括保持网络连接的心跳数据、上装系统主要部件工作状态数据、远程控制命令数据、安全验证数据等。

有线网络数据处理单元24是GPRS网络的备份链路，如果具备有线网络通信的条件下，使用该处理单元实现与远程控制终端3的数据交换，实现的功能与GPRS无线网络数据处理单元23相同，通过主控单元21可以实现有线和无线的切换。

远程控制终端3由应用软件和硬件设备组成，应用软件实现业务流程操作及远程控制命令操作功能，应用软件架构由数据交换模块、信息显示模块、远程控制模块、数据存储模块等组成；硬件设备是基于Windows操作系统的终端装置，该装置必须具备无线网络数据接收功能，具体的设备可以是平板电脑、台式机等。

车载控制器需要具备绝对的安全控制能力，必须具备安全策略分析功能，保证所要执行的每一个远程控制命令在安全可靠的条件下被执行，一旦被执行后不会造成设备损坏或者其他的危害，即在灭火救援现场实现远程控制必须保证消防车正常安全稳定运行，安全是第一位的。安全策略分析的主要原则有：上下限阈值命令，即执行命令的上限和下限控制，如油门的增加操作，当发动机达到一定转速后，不可无限制的执行增加油门操作，这样会造成消防泵的损坏；关联操作命令，即该命令需要分析主要部件当前工作状态，如要啮合取力器，必须保证水罐出水阀门和泵出水阀门打开，消防炮出水阀门或者消防枪出水阀门打开，如果上述阀门未全部打开，便不执行取力器啮合操作；二态式命令，如照明开关，如果判断已经是打开状态，即不再执行打开的命令。对成功执行远程控制命令的反馈执行成功代码；对不可执行命令返回不可执行命令代码和原因，远程控制终端可接收到该信息，提示操作人员，按照操作规则重新下达操作命令。

车载控制器中安全策略分析单元的数据处理流程如如图5所示：

1、实时接收CAN数据处理单元转发的远程控制命令；

2、根据该命令节点的性质，分析是二态式命令、上下限阈值命令还是关联操作命令；如果是二态式命令转到步骤3；如果是上下限阈值命令转到步骤4；如果是关联操作命令转到步骤5；

3、分析该操作对象的当前工作状态是否与要执行的操作状态一致，如果不一致，转到步骤6；如果一致，转到步骤7；

4、将该操作对象的可执行的上下限阈值与所要执行的值对比，如果在允许的上下限阈值范围内，转到步骤6；如果超出范围，转到步骤7；

5、分析该操作对象所关联的状态是否都是可执行状态，如果都符合操作要求，转到步骤6；如果有任何一个状态不符合，转到步骤7；

6、执行远程控制命令，返回执行成功的代码；

7、返回不可执行远程控制命令代码和原因。

消防车上装系统远程控制需要安全的数据通信支持，在数据流转的每个节点，都采用安全的自定义协议实现安全认证功能，保证交换的数据安全可靠，系统内部的数据流转如图6所示。

远程控制数据交换步骤，如图7所示：

1、远程控制终端按照自定义协议1（适用于网络传输）封装远程控制命令，其中携带操作用户名和验证码；

2、车载信息交换终端通过无线网络接收远程控制命令，按照自定义协议1解析该命令，如果符合协议规则，执行步骤3；如果是非法数据，舍弃该数据；

3、车载信息交换终端按照自定义协议2（适用于CAN总线传输）重新封装数据，其中携带操作用户名和验证码，发送给车载控制器；

4、车载控制器按照自定义协议2解析该数据，如果符合协议规则，执行步骤5；如果是非法数据，舍弃该数据；

5、车载控制器进一步比较操作用户名和验证码是否匹配，如果匹配转入到安全策略分析单元；如果不匹配，舍弃该命令。

Claims (5)

1.消防车上装远程控制系统，包括车载控制器、车载信息交换终端和远程控制终端；

所述的车载控制器通过有线方式接入消防车上装系统，实现信息采集，并执行远程控制指令；

所述的车载信息交换终端通过CAN总线与车载控制器有线连接，通过GPRS或者其他形式的无线网络与远程控制终端无线连接，实现交换信息中转功能。

2.根据权利要求1所述的消防车上装远程控制系统，其特征在于：所述的车载控制器包括主控单元、CAN数据处理单元、上装系统管理单元、安全策略分析单元、信息显示单元；

其中，主控单元分别与CAN数据处理单元、上装系统管理单元、安全策略分析单元、信息显示单元连接，控制各单元之间数据流转和交换；

CAN数据处理单元基于CAN总线数据传输方式实现车载控制器与车载信息交换终端的双向数据交换，基于CAN总线数据传输方式实现与消防车车辆底盘控制系统连接；

上装系统管理单元通过有线方式接入消防车上装系统主要部件，实现状态信息采集与控制；

安全策略分析单元，实时分析CAN数据处理单元所接收的远程控制命令；

信息显示单元为车载显示装置。

3.根据权利要求1所述的消防车上装远程控制系统，其特征在于：所述的车载信息交换终端由主控单元、CAN数据处理单元、GPRS无线网络数据处理单元和有线网络数据处理单元组成；

其中，主控单元分别与CAN数据处理单元、GPRS无线网络数据处理单元和有线网络数据处理单元连接，控制各单元之间数据流转和交换；

通过CAN数据处理单元与车载控制器实现数据交换；

通过GPRS无线网络数据处理单元完成与远程控制终端实现无线数据的交换；

有线网络数据处理单元作为GPRS网络的备份链路。

4.一种基于权利要求1-3所述消防车上装远程控制系统的远程控制方法，其步骤如下：

（1）、远程控制终端按照网络传输协议封装远程控制命令，其中携带操作用户名和验证码；

（2）、车载信息交换终端通过无线网络接收远程控制命令，按照网络传输协议解析该命令，如果符合协议规则，执行步骤（3）；如果是非法数据，舍弃该数据；

（3）、车载信息交换终端按照CAN总线传输协议重新封装数据，其中携带操作用户名和验证码，发送给车载控制器；

（4）、车载控制器按照CAN总线传输协议解析该数据，如果符合协议规则，执行步骤（5）；如果是非法数据，舍弃该数据；

（5）、车载控制器进一步比较操作用户名和验证码是否匹配，如果匹配转入到安全策略分析单元；如果不匹配，舍弃该命令。

5.一种基于权利要求1-3所述消防车上装远程控制系统的远程控制方法，所述安全策略分析单元的数据处理流程如下：

（1）、实时接收CAN数据处理单元转发的远程控制命令；

（2）、根据该命令节点的性质，分析是二态式命令、上下限阈值命令还是关联操作命令；如果是二态式命令转到步骤（3）；如果是上下限阈值命令转到步骤（4）；如果是关联操作命令转到步骤（5）；

（3）、分析该操作对象的当前工作状态是否与要执行的操作状态一致，如果不一致，转到步骤6；如果一致，转到步骤（7）；

（4）、将该操作对象的可执行的上下限阈值与所要执行的值对比，如果在允许的上下限阈值范围内，转到步骤（6）；如果超出范围，转到步骤（7）；

（5）、分析该操作对象所关联的状态是否都是可执行状态，如果都符合操作要求，转到步骤（6）；如果有任何一个状态不符合，转到步骤（7）；

（6）、执行远程控制命令，返回执行成功的代码；

（7）、返回不可执行远程控制命令代码和原因。

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