CN105847435B - 一种广域北斗时空物联实验网系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种广域北斗时空物联实验网系统及实现方法，包括m个北斗终端、分别设置在不同区域的n个分网络中心模块、1个总网络中心，每个北斗终端分别连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块依次连接，所述n个分网络中心模块均连接所述1个总网络中心。本发明实现了中国广域北斗时空物联实验网内北斗终端的亚米级定位，可加速智慧城市、智慧校园、智慧农业的发展。方便我们的生活，提高我们的生活质量。

Description

一种广域北斗时空物联实验网系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种广域北斗时空物联实验网系统及实现方法，尤其是一种基于高精度北斗定位的广域北斗时空物联实验网系统及实现方法，属于北斗定位、科学教育、数据挖掘的技术领域。

背景技术

随着定位技术的高速发展，定位技术开始应用于生活的方方面面。打车软件中车辆位置的显示、无人机喷洒农药对农药位置的精准定位、地图APP中对未知地点的精准定位、导航系统中对车辆路线规划等无不得益于定位技术的高速发展。现有定位技术已经能够实现动态的亚米级定位，满足生活的各种需要。

中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。为了北斗产业发展，国家出台了一系列政策，也做了中长期战略规划，其中国务院《国家卫星导航产业中长期发展规划》确定六个方面，加强基础设施建设、突破核心技术、重点领域做受识应用推广、行业创新应用、扩大大众领域应用，要走出去向国际上进行拓展。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。现在国内应用最广泛的是美国的GPS导航定位系统，北斗卫星导航定位系统是中国自主研发的，国家正在大力发展。

现有技术中,第一，北斗定位采用应答式定位，应答式定位必须有一个发射功率足够的机器，此机器发射的信号才能被卫星接收到。因为需要大的功率发射器件和大容量的电池，因此，北斗定位仪的个头不会小，目前最小的北斗手持机比GPS手持机至少大一倍。第二，北斗导航芯片价格较高，增加了本系统的成本。第三，由于北斗定位采用应答式定位，卫星需要收到客户机信息后并响应后才能定位，如果用户太多容易造成堵塞。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种广域北斗时空物联实验网系统；

本发明还提供了上述实验网系统的实现方法；

该系统能够在实验网内实现北斗终端的亚米级定位，并且北斗导航定位技术的学习者、北斗相关产品的研发人员在实验网内进行北斗相关产品的研发、实验。

本发明的技术方案为：

一种广域北斗时空物联实验网系统，包括m个北斗终端、分别设置在不同区域的n个分网络中心模块、1个总网络中心，每个北斗终端分别连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块依次连接，所述n个分网络中心模块均连接所述1个总网络中心。

n个分网络中心模块中n的数目,由实验网的具体规模、需要服务的范围，经过测绘部门严格测算后，具体情况具体分析得到。m个北斗终端当中m的数目,是使用北斗终端产品终端的数目。m个北斗终端包括所有使用北斗定位芯片做成的定位设备、导航设备及其产品中包含北斗定位的相关产品。

根据本发明优选的，每个北斗终端分别通过GPRS/CDMA无线网络连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块通过互联网依次连接，所述n个分网络中心模块均通过互联网连接所述总网络中心。

根据本发明优选的，所述分网络中心模块包括基站和分网络中心，所述基站通过互联网连接所述分网络中心，所述分网络中心包括数据中心和实验网服务平台，所述数据中心通过路由器组建的局域网连接所述实验网服务平台；

所述基站，用于采集其覆盖范围内北斗卫星的数据，基站通过Internet实时将基站定位数据传送到数据中心；当北斗终端进行差分定位时会向数据中心请求基站定位数据用于差分定位；将基站定位数据及北斗终端定位数据存储在所述数据中心，当实验网服务平台需要数据时，发送需要的基站定位数据及北斗终端定位数据至所述实验网服务平台。

实验网服务平台用于：(1)学校可以在实验网内开发相关的实验；(2)企业、科研院所可以在实验网内进行北斗相关产品的研发。所述分网络中心与其它分网络中心、总网络中心通过Internet进行连接，任何一个分网络中心都可以请求下载其它分网络中心的北斗终端定位数据、基站定位数据用于实验和北斗终端相关产品的研发。任何一个分网络中心也可以与其它分网络中心、总网络中心通过Internet联合一起进行相关实验和北斗相关产品的研发。

根据本发明优选的，所述数据中心包括北斗终端数据中心、网关、基站数据中心，所述北斗终端数据中心、所述网关、所述基站数据中心通过路由器组建的局域网依次连接；

将基站定位数据存储在所述基站数据中心，所述基站数据中心将基站定位数据定时发送至所述总网络中心，将基站定位数据发送至所述分网络中心所在区域的北斗终端；

将北斗终端定位数据存储在所述北斗终端数据中心，所述北斗终端数据中心将北斗终端定位数据定时发送至所述总网络中心；

通过网关实现分网络中心模块之间的通信。

根据本发明优选的，所述实验网服务平台包括服务端服务器、客户端服务器、LED显示屏，所述服务端服务器、所述客户端服务器、所述LED显示屏通过路由器组建的局域网依次连接；

所述服务端服务器存储从本数据中心、其它数据中心或所述总数据中心下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录所述客户端服务器，进行实验、教学、研发；所述LED显示屏用于显示结果。如公交车实时运行轨迹的显示。

根据本发明优选的，所述总网络中心包括总数据中心和总实验服务平台，所述总数据中心通过路由器组建的局域网连接所述总实验服务平台；

总数据中心汇总各个分网络中心的北斗终端定位数据、基站定位数据；在总实验服务平台请求下载数据时，将请求的北斗终端定位数据、基站定位数据发送至所述总实验服务平台。

总网络中心是整个中国广域北斗时空物联实验网的大脑，通过总网络中心对整个实验网进行管理，维持整个实验网的平稳运行。

根据本发明优选的，所述总数据中心包括总北斗终端数据中心、总网关、总基站数据中心，总北斗终端数据中心、总网关、总基站数据中心通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总北斗终端数据中心对各个分网络中心发送的北斗终端定位数据进行汇总、存储；总基站数据中心对各个分网络中心发送的基站定位数据进行汇总、存储。

总网关是一个网络连接到另外一个网络的关口。北斗终端所在网络、分网络中心所在网络与总网络中心所在网络不在一个网段内，故北斗终端、分网络中心的北斗终端数据中心及基站数据中心、总网络中心的总北斗终端数据中心及总基站数据中心的通信都要经过总网关，不同网络之间的通信协议、数据传输协议可能不同，故需要总网关完成数据的转发、转换和协议的翻译，通过总网关实现不同网络之间的通信。

根据本发明优选的，所述总实验网服务平台包括总服务端服务器、总客户端服务器、总LED显示屏，所述总服务端服务器、所述总客户端服务器、所述总LED显示屏通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总服务端服务器存储从总数据中心、其它数据中心下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录所述总客户端服务器，进行实验、教学、研发；所述总LED显示屏用于显示结果。如公交车实时运行轨迹的显示。

总基站数据中心，总北斗终端数据中心24小时工作，不允许宕机。当用户在实验网内进行相关实验，或者进行北斗产品的相关研发时，是在总实验网服务平台内进行的，总实验网服务平台内是允许宕机的，总实验网服务平台通过局域网与总数据中心连接，两者是相互都独立的，总实验网服务平台的运行不会影响总数据中心的运行。

总服务端服务器，是为总实验网服务平台进行服务的。当学生在实验网内学习、实验或者企业进行北斗产品的相关研发时，总服务端服务器对总数据中心中需求区域、需求时间、需求北斗终端定位数据、基站定位数据，通过总服务端服务器向总数据中心进行请求下载，将需要的数据发送至总服务端服务器。

总客户端服务器是接受服务的，学生、客户直接操作的是总客户端服务器。学生、客户的操作包括(1)请求总服务端服务器向总数据中心进行请求下载需要的数据到总服务端服务器；(2)客户在总客户端服务器完成相关系统的搭建。如利用公交车的GPS数据完成动态路网生成的程序搭建在总客户端服务器上，并在总LED显示屏上实时显示；(3)学生做实验：学生可在总客户端服务器上完成数据库、即时通信等相关实验。也可完成相关系统的搭建。如数据库的读取、写入，公交车运行轨迹在百度地图上的实时显示等。此外，本领域技术人员可以理解的是，在总客户端服务器进行的操作不止局限于以上三种操作，凡是需要在操作系统上搭建系统、搭建环境、程序编程等一些在电脑、服务器上进行的操作都可以在总客户端服务器上进行。

上述实验网系统的实现数据共享的方法，具体步骤包括：

(1)基站通过互联网实时将自己的基站定位数据发送至分网络中心的基站数据中心，每天凌晨0：00到5：00，网络空闲的时候，基站数据中心将前一天的基站定位数据发送至总基站数据中心；

(2)分网络中心所在区域的北斗终端读取分网络中心的基站数据中心的基站定位数据，用于差分定位，并实时将北斗终端定位数据存储到分网络中心的北斗终端数据中心，每天凌晨0：00到5.00，网络空闲的时候，分网络中心的北斗终端数据中心将前一天的北斗终端定位数据发送至总北斗终端数据中心。

上述实验网系统的搭建方法，具体步骤包括：

(1)建造基站：按照城市的地形、需要覆盖的范围，经过测绘部门严格测算以后，在各个城市建造基站，使北斗终端用户在基站建造完毕后，利用基站定位数据修正自己的定位数据，实现基站覆盖范围内的亚米级定位。

(2)建造总网络中心：按照技术方案所述，建造总数据中心:(1)完成各地分数据中心数据的汇总；(2)完成中国广域北斗时空物联实验网的统筹管理。总数据中心的LED显示屏上，能够显示各地分数据中心的实时运行状况，基站运行状况，当任何一个地方出现问题时，会报警提示工作人员，然后能够立即派当地技术人员前去维修。

(3)建造分网络中心：在基站所在地按照技术方案所述建造分网络中心，基站通过Internet与分网络中心相连。

(4)网络连通：总网络中心与各地分网络中心之间通过Internet实现连通，各地分网络中心之间也通过Internet实现连通。

本发明的有益效果为：

1、本发明实现了中国广域北斗时空物联实验网内北斗终端的亚米级定位，可加速智慧城市、智慧校园、智慧农业的发展。方便我们的生活，提高我们的生活质量。

2、本发明基站、北斗终端、总网络中心与分网络中心之间互联互通。用户可在实验网服务平台内使用任何一个基站、北斗终端的数据用于自己的实验、研发。用户也可联合其他用户一起做数据库、网络通信等相关的实验。中国广域北斗时空物联实验网可以认为是一个科教实验平台，用于实验人员在网内进行北斗相关的实验、教学、研发，加速北斗产业的发展。

附图说明

图1为实施例1广域北斗时空物联实验网系统的连接框图；

图2为实施例1广域北斗时空物联实验网系统中北斗终端、基站、分网络中心的连接示意图；

图3为实施例1广域北斗时空物联实验网系统中分网络中心与总网络中心的连接示意图。

1、北斗终端，2、总网络中心，3、基站，4、分网络中心，5、数据中心，6、实验网服务平台，7、北斗终端数据中心，8、网关，9、基站数据中心，10、服务端服务器，11、客户端服务器，12、LED显示屏，13、总数据中心，14、总实验网服务平台，15、总北斗终端数据中心，16、总网关，17、总基站数据中心，18、总服务端服务器，19、总客户端服务器，20、总LED显示屏。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种广域北斗时空物联实验网系统，包括m个北斗终端1、分别设置在不同区域的n个分网络中心模块、1个总网络中心2，每个北斗终端1分别连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块依次连接，所述n个分网络中心模块均连接所述1个总网络中心2。

n个分网络中心模块中n的数目,由实验网的具体规模、需要服务的范围，经过测绘部门严格测算后，具体情况具体分析得到。m个北斗终端1当中m的数目,是使用北斗终端1产品终端的数目。m个北斗终端1包括所有使用北斗定位芯片做成的定位设备、导航设备及其产品中包含北斗定位的相关产品。

每个北斗终端1分别通过GPRS/CDMA无线网络连接n个分网络中心模块，n个分网络中心模块通过互联网依次连接，n个分网络中心模块均通过互联网连接总网络中心2。

分网络中心模块包括基站3和分网络中心4，基站3通过互联网连接分网络中心4，分网络中心4包括数据中心5和实验网服务平台6，数据中心5通过路由器组建的局域网连接实验网服务平台6；

基站3用于采集其覆盖范围内北斗卫星的数据，基站3通过Internet实时将基站定位数据传送到数据中心5；当北斗终端1进行差分定位时会向数据中心5请求基站定位数据用于差分定位；将基站定位数据及北斗终端定位数据存储在数据中心5，当实验网服务平台6需要数据时，发送需要的基站定位数据及北斗终端定位数据至实验网服务平台6。

实验网服务平台6用于：(1)学校可以在实验网内开发相关的实验；(2)企业、科研院所可以在实验网内进行北斗相关产品的研发。分网络中心4与其它分网络中心4、总网络中心2通过Internet进行连接，任何一个分网络中心4都可以请求下载其它分网络中心4的北斗终端定位数据、基站定位数据用于实验和北斗终端相关产品的研发。任何一个分网络中心4也可以与其它分网络中心4、总网络中心2通过Internet联合一起进行相关实验和北斗相关产品的研发。

数据中心5包括北斗终端数据中心7、网关8、基站数据中心9，所述北斗终端数据中心7、所述网关8、所述基站数据中心9通过路由器组建的局域网依次连接；

将基站定位数据存储在所述基站数据中心9，所述基站数据中心9将基站定位数据定时发送至所述总网络中心2，将基站定位数据发送至所述分网络中心4所在区域的北斗终端1；

将北斗终端定位数据存储在所述北斗终端数据中心7，所述北斗终端数据中心7将北斗终端定位数据定时发送至所述总网络中心2；

通过网关8实现分网络中心模块之间的通信。

实验网服务平台6包括服务端服务器10、客户端服务器11、LED显示屏12，所述服务端服务器10、所述客户端服务器11、所述LED显示屏12通过路由器组建的局域网依次连接；

所述服务端服务器10存储从本数据中心5、其它数据中心5或所述总数据中心13下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录。所述客户端服务器11，进行实验、教学、研发；所述LED显示屏12用于显示结果。如公交车实时运行轨迹的显示。

所述总网络中心2包括总数据中心13和总实验服务平台14，所述总数据中心13通过路由器组建的局域网连接所述总实验服务平台14；

总数据中心13汇总各个分网络中心4的北斗终端定位数据、基站定位数据；在总实验服务平台14请求下载数据时，将请求的北斗终端定位数据、基站定位数据发送至所述总实验服务平台14。

总网络中心2是整个广域北斗时空物联实验网的大脑，通过总网络中心2对整个实验网进行管理，维持整个实验网的平稳运行。

所述总数据中心13包括总北斗终端数据中心15、总网关16、总基站数据中心17，总北斗终端数据中心15、总网关16、总基站数据中心17通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总北斗终端数据中心15对各个分网络中心4发送的北斗终端定位数据进行汇总、存储；总基站数据中心17对各个分网络中心4发送的基站定位数据进行汇总、存储。

总网关16是一个网络连接到另外一个网络的关口。北斗终端1所在网络、分网络中心4所在网络与总网络中心2所在网络不在一个网段内，故北斗终端1、分网络中心4的北斗终端数据中心7及基站数据中心9、总网络中心2的总北斗终端数据中心15及总基站数据中心17的通信都要经过总网关16，不同网络之间的通信协议、数据传输协议可能不同，故需要总网关16完成数据的转发、转换和协议的翻译，通过总网关16实现不同网络之间的通信。

所述总实验网服务平台14包括总服务端服务器18、总客户端服务器19、总LED显示屏20，所述总服务端服务器18、所述总客户端服务器19、所述总LED显示屏20通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总服务端服务器18存储从总数据中心13、其它数据中心5下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录所述总客户端服务器19，进行实验、教学、研发；所述总LED显示屏20用于显示结果。如公交车实时运行轨迹的显示。

总基站数据中心17、总北斗终端数据中心15二十四小时工作，不允许宕机。当用户在实验网内进行相关实验，或者进行北斗产品的相关研发时，是在总实验网服务平台14内进行的，总实验网服务平台14内是允许宕机的，总实验网服务平台14通过局域网与总数据中心13连接，两者是相互都独立的，总实验网服务平台14的运行不会影响总数据中心13的运行。

总服务端服务器18是为总实验网服务平台14进行服务的。当学生在实验网内学习、实验或者企业进行北斗产品的相关研发时，总服务端服务器18对总数据中心13中需求区域、需求时间、需求北斗终端定位数据、基站定位数据，通过总服务端服务器18向总数据中心13进行请求下载，将需要的数据发送至总服务端服务器18。

总客户端服务器19是接受服务的，学生、客户直接操作的是总客户端服务器19。学生、客户的操作包括(1)请求总服务端服务器18向总数据中心13进行请求下载需要的数据到总服务端服务器19；(2)客户在总客户端服务器19完成相关系统的搭建。如利用公交车的GPS数据完成动态路网生成的程序搭建在总客户端服务器19上，并在总LED显示屏20上实时显示；(3)学生做实验：学生可在总客户端服务器19上完成数据库、即时通信等相关实验。也可完成相关系统的搭建。如数据库的读取、写入，公交车运行轨迹在百度地图上的实时显示等。此外，本领域技术人员可以理解的是，在总客户端服务器19进行的操作不止局限于以上三种操作，凡是需要在操作系统上搭建系统、搭建环境、程序编程等一些在电脑、服务器上进行的操作都可以在总客户端服务器19上进行。

本实施例广域北斗时空物联实验网系统的连接框图如图1所示，北斗终端1、基站3、分网络中心4的连接示意图如图2所示；分网络中心4与总网络中心2的连接示意图如图3所示。

实施例2

实施例1所述实验网系统的实现方法，即：北斗终端接收机焊接及北斗终端定位精度调整实验，具体步骤包括：

(1)学生按照电路图，利用提供的元器件进行北斗终端接收机的组装焊接；

(2)登录客户端服务器11，请求下载所在区域的基站定位数据、北斗终端定位数据到实验网服务平台6的客户端服务器11；

(3)将焊接的北斗终端接收机接入实验网服务平台6的服务端服务器10；

(4)利用焊接的北斗终端接收机进行动态测量、静态测量；并将测量的数据与服务端服务器10中的已有的北斗终端数据进行比较，看北斗终端接收机的定位数据与服务端已有数据的差距，根据差距，对北斗终端接收机当中的定位算法进行修改，逐渐缩小定位差距。

Claims (7)

1.一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，包括m个北斗终端、分别设置在不同区域的n个分网络中心模块、1个总网络中心，每个北斗终端分别连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块依次连接，所述n个分网络中心模块均连接所述1个总网络中心；

所述分网络中心模块包括基站和分网络中心，所述基站通过互联网连接所述分网络中心，所述分网络中心包括数据中心和实验网服务平台，所述数据中心通过路由器组建的局域网连接所述实验网服务平台；

所述基站用于采集其覆盖范围内北斗卫星的数据，通过Internet实时将基站定位数据传送到数据中心；当所述北斗终端进行差分定位时向所述数据中心请求基站定位数据用于差分定位；将基站定位数据及北斗终端定位数据存储在所述数据中心，当实验网服务平台需要数据时，发送基站定位数据及北斗终端定位数据至所述实验网服务平台；

所述数据中心包括北斗终端数据中心、网关、基站数据中心，所述北斗终端数据中心、所述网关、所述基站数据中心通过路由器组建的局域网依次连接；

将基站定位数据存储在所述基站数据中心，所述基站数据中心将基站定位数据定时发送至所述总网络中心，将基站定位数据发送至所述分网络中心所在区域的北斗终端；

将北斗终端定位数据存储在所述北斗终端数据中心，所述北斗终端数据中心将北斗终端定位数据定时发送至所述总网络中心；

通过网关实现分网络中心模块之间的通信。

2.根据权利要求1所述的一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，每个北斗终端分别通过GPRS/CDMA无线网络连接所述n个分网络中心模块，所述n个分网络中心模块通过互联网依次连接，所述n个分网络中心模块均通过互联网连接所述总网络中心。

3.根据权利要求1所述的一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，所述实验网服务平台包括服务端服务器、客户端服务器、LED显示屏，所述服务端服务器、所述客户端服务器、所述LED显示屏通过路由器组建的局域网依次连接；

所述服务端服务器存储从本数据中心、其它数据中心下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录所述客户端服务器，进行实验、教学、研发；所述LED显示屏用于显示结果。

4.根据权利要求3所述的一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，所述总网络中心包括总数据中心和总实验服务平台，所述总数据中心通过路由器组建的局域网连接所述总实验服务平台；

总数据中心汇总各个分网络中心的北斗终端定位数据、基站定位数据；在总实验服务平台请求下载数据，将请求的北斗终端定位数据、基站定位数据发送至所述总实验服务平台。

5.根据权利要求4所述的一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，所述总数据中心包括总北斗终端数据中心、总网关、总基站数据中心，总北斗终端数据中心、总网关、总基站数据中心通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总北斗终端数据中心对各个分网络中心发送的北斗终端定位数据进行汇总、存储；总基站数据中心对各个分网络中心发送的基站定位数据进行汇总、存储。

6.根据权利要求5所述的一种广域北斗时空物联实验网系统，其特征在于，所述总实验网服务平台包括总服务端服务器、总客户端服务器、总LED显示屏，所述总服务端服务器、所述总客户端服务器、所述总LED显示屏通过路由器组建的局域网依次连接；

所述总服务端服务器存储从总数据中心、数据中心下载的北斗终端定位数据、基站定位数据，用于实验、教学、研发；用户登录所述总客户端服务器，进行实验、教学、研发；所述总LED显示屏用于显示结果。

7.上述权利要求6所述的实验网系统的实现数据共享的方法，其特征在于，具体步骤包括：

(1)基站通过互联网实时将基站定位数据发送至分网络中心的基站数据中心，每天凌晨0：00到5：00，网络空闲的时候，基站数据中心将前一天的基站定位数据发送至总基站数据中心；

(2)分网络中心所在区域的北斗终端读取分网络中心的基站数据中心的基站定位数据，用于差分定位，并实时将北斗终端定位数据存储到分网络中心的北斗终端数据中心，每天凌晨0：00到5.00，网络空闲的时候，分网络中心的北斗终端数据中心将前一天的北斗终端定位数据发送至总北斗终端数据中心。