CN108512589A - 基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统及传输方法 - Google Patents

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Abstract

基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统及传输方法，包括设置在待监测河道附近的监测站和位于远端的数据处理中心，监测站内设有可采集待监测河道的水质数据并将水质数据输送给数据处理中心的数据接收设备；数据处理中心包括用于接收来自预处理模块的水质数据的数据接收设备和用于存储并处理水质数据并将处理后的水质数据通过网络发送到下层应用平台上的服务器。本发明受环境制约小，北斗系统具有“抗雨衰、时效强、容量大、功耗低、通讯快捷、并发能力强”等特点，能很好的满足水质监测点实时或定期数据传输的要求。

Description

基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统及传输方法
技术领域
本发明涉及一种基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统及传输方法。
背景技术
目前，河道水质监测数据的采集与传输有两种方式：有线方式与无线方式。有线方式即通过运营商宽带进行传输，无线方式即通过现在常用的2G/3G/4G无线网络进行传输。有线方式需要布局实体线路，多点监测时建设成本过高，且在偏远的野外地区实现难度较高，同时也存在线路被破坏导致通讯故障的巨大隐忧。无线方式节省了线路的硬件成本，但依赖于运营商信号的强弱，在偏远的野外地区会出现由网络信号不佳或没有网络信号而导致的数据无法持续稳定传输的问题。
发明内容
为克服背景技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统及传输方法。本发明基于北斗卫星通讯的通用式河道水质数据采集及传输系统，在原有有线或无线通信的基础上，加入北斗短报文传输功能，对于分布分散、范围广、所处位置为环境恶劣的山区或无人区的监测点实现稳定实时的数据采集与传输。
本发明解决上述问题的技术方案是：
基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，包括设置在待监测河道附近的监测站和位于远端的数据处理中心，所述监测站内设有可采集待监测河道的水质数据并将所述水质数据输送给数据处理中心的数据接收设备；
所述北斗一体式采集终端包括采集终端主机，所述采集终端主机设有用于采集水质数据的数据采集器和接收、压缩、拆包来自所述数据采集器的所述水质数据并对北斗协议进行打包以等待发送的预处理模块；所述数据采集器与所述预处理模块的输入端相连；
所述北斗一体式采集终端还包括基于移动通信网络传输(即无线网络传输)向数据处理中心输送所述水质数据的第一2G/3G/4G传输模块和基于北斗短报文传输向数据处理中心输送所述水质数据的第一北斗短报文RDSS通信模块；
所述采集终端主机还设有实时侦测移动通信网络的信号强度的侦测模块，所述侦测模块与预存有信号强度阈值的比较模块相连；侦测模块将侦测到的移动通信网络的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收所述实时信号强度信息并与信号强度阈值进行比较；比较模块的输出端与指令输出模块相连，指令输出模块根据比较模块的比较结果选择预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块的输入端连通或与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通；
所述数据处理中心包括用于接收来自预处理模块的水质数据的数据接收设备和用于存储并处理所述水质数据并将处理后的水质数据通过网络发送到下层应用平台上的服务器；
所述数据接收设备包括与第一2G/3G/4G传输模块基于移动通信网络相连的第二2G/3G/4G传输模块、与第一北斗短报文RDSS通信模块基于北斗短报文通讯的第二北斗短报文RDSS通信模块和接收终端主机；第二2G/3G/4G传输模块的输出端和第二北斗短报文RDSS通信模块的输出端均与接收终端主机的输入端相连，接收终端主机的输出端与服务器相连。
进一步，所述第一北斗短报文RDSS通信模块集成在第一BDM910模块内，所述第二北斗短报文RDSS通信模块集成在第二BDM910模块内，第一BDM910模块和所述第二BDM910模块通过北斗短报文通讯。
进一步，所述北斗一体式采集终端还包括给采集终端主机供电的第一电源。
进一步，所述数据接收设备还包括给接收终端主机供电的第二电源。
利用本发明所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统实施的传输方法，包括以下步骤：
1)数据采集器采集待监测河道的水质数据，且数据采集器将采集到的所述水质数据输送给预处理模块；预处理模块接收所述水质数据后对所述水质数据进行压缩、拆包预处理，并对北斗协议进行打包后等待发送所述水质数据；
2)同时，侦测模块实时侦测移动通信网络的信号强度，且侦测模块将侦测到的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收来自侦测模块的实时信号强度信息并与预存的信号强度阈值进行比较；
3)当实时信号强度信息大于或等于信号强度阈值时，比较模块认为当前具备无线通信网络，且指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一2G/3G/4G传输模块；所述水质数据通过第一2G/3G/4G传输模块、移动通信网络、第二2G/3G/4G传输模块与接收终端主机连通，以向接收终端主机输送所述水质数据，接收终端主机对所述水质数据进行解析后输送给服务器，服务器存储、处理所述水质数据，并将所述水质数据组包处理后通过网络发送到下层应用平台上；
4)当实时信号强度信息小于信号强度阈值时，比较模块认为当前不具备无线通信网络，指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一北斗短报文RDSS通信模块；所述水质数据通过第一北斗短报文RDSS通信模块、北斗短报文、第二北斗短报文RDSS通信模块与接收终端主机连通，以向接收终端主机输送水质数据；接收终端主机对水质数据进行解析后输送给服务器，服务器存储所述水质数据，并将所述水质数据组包后通过网络发送到下层应用平台上。
本发明主要包括信息采集传输终端、数据处理中心、应用平台三个主要部分构成，工作原理分别为：
北斗一体式采集终端集成了北斗短报文RDSS通信模块和2G/3G/4G传输模块；北斗一体式采集终端可实现RDSS双向定位，短报文通信，位置报告以及RNSS定位和授权功能，北斗一体式采集终端负责进行数据的采集、压缩、拆包和对北斗协议进行打包；
水质数据采集预处理完毕，北斗一体式采集终端将对移动通信网络进行侦测与判断，若当前状态下有移动通信网络，北斗一体式采集终端将把采集处理完的信息推送给2G/3G/4G无线通讯模块进行传输，否则推送给北斗短报文RDSS通信模块通过北斗地球同步轨道卫星信道进行传输；
数据处理中心由数据接收设备和服务器组成，两者主要通过RS232串口连接，这部分主要负责存储和处理采集北斗一体式采集终端传输过来的数据，按协议将信息进行组包、解析，并通过网络发送到相应的下层应用平台。
本发明的有益效果主要表现在：
1、一些偏远的野外地区由于有线通信线路建设成本高，无线公网信号难以覆盖，信息采集无法通过现在常用的2G/3G/4G无线网络进行传输，故本发明采用在常用传输手段上加入北斗短报文传输功能，以扩大使用范围。本发明受环境制约小，北斗系统具有“抗雨衰、时效强、容量大、功耗低、通讯快捷、并发能力强”等特点，能很好的满足水质监测点实时或定期数据传输的要求。
2、兼具定位功能，短报文包含定位信息，可以此判定水质监测点的位置。
3、自主开发、独立产权，北斗系统是我国自主研发的卫星导航系统，能够提供不间断的民用信号，稳定性高，在水质监测中起到了不可替代的作用。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
参照附图，基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，包括设置在待监测河道附近的监测站和位于远端的数据处理中心，所述监测站内设有可采集待监测河道的水质数据(如水温、pH值和化学需氧量等)并将所述水质数据输送给数据处理中心的数据接收设备；
所述北斗一体式采集终端包括采集终端主机2，所述采集终端主机2设有用于采集水质数据的数据采集器(如采集水温的温度传感器、采集pH值的pH检测仪、采集化学需氧量的COD检测仪等)和接收、压缩、拆包来自所述数据采集器的所述水质数据并对北斗协议进行打包以等待发送的预处理模块；所述数据采集器与所述预处理模块的输入端相连；
所述北斗一体式采集终端还包括基于移动通信网络传输向数据处理中心输送所述水质数据的第一2G/3G/4G传输模块3和基于北斗短报文传输向数据处理中心输送水质数据的第一北斗短报文RDSS通信模块；
所述采集终端主机2还设有实时侦测移动通信网络的信号强度的侦测模块，所述侦测模块与预存有信号强度阈值的比较模块相连；侦测模块将侦测到的移动通信网络的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收所述实时信号强度信息并与信号强度阈值进行比较；比较模块的输出端与指令输出模块相连，指令输出模块根据比较模块的比较结果选择预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块4的输入端连通或与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通；
所述数据处理中心包括用于接收来自预处理模块的水质数据的数据接收设备和用于存储并处理所述水质数据并将处理后的水质数据通过网络发送到下层应用平台上的服务器9；
所述数据接收设备包括与第一2G/3G/4G传输模块3基于移动通信网络相连的第二2G/3G/4G传输模块5、与第一北斗短报文RDSS通信模块基于北斗短报文通讯的第二北斗短报文RDSS通信模块和接收终端主机8；第二2G/3G/4G传输模块5的输出端和第二北斗短报文RDSS通信模块的输出端均与接收终端主机8的输入端相连，接收终端主机8的输出端与服务器9相连。
所述第一北斗短报文RDSS通信模块集成在第一BDM910模块4内，所述第二北斗短报文RDSS通信模块集成在第二BDM910模块6内，第一BDM910模块4和所述第二BDM910模块6通过北斗短报文通讯。
所述北斗一体式采集终端还包括给采集终端主机2供电的第一电源1。
所述数据接收设备还包括给接收终端主机8供电的第二电源7。
利用本发明所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统实施的传输方法，包括以下步骤：
1)数据采集器采集待监测河道的水质数据，且数据采集器将采集到的所述水质数据输送给预处理模块；预处理模块接收所述水质数据后对所述水质数据进行压缩、拆包预处理，并对北斗协议进行打包后等待发送所述水质数据；
2)同时，侦测模块实时侦测移动通信网络的信号强度，且侦测模块将侦测到的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收来自侦测模块的实时信号强度信息并与预存的信号强度阈值进行比较；
3)当实时信号强度信息大于或等于信号强度阈值时，比较模块认为当前具备无线通信网络，且指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块3的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一2G/3G/4G传输模块3；所述水质数据通过第一2G/3G/4G传输模块3、移动通信网络、第二2G/3G/4G传输模块5与接收终端主机8连通，以向接收终端主机8输送所述水质数据，接收终端主机8对所述水质数据进行解析后输送给服务器9，服务器9存储、处理所述水质数据，并将所述水质数据组包处理后通过网络发送到下层应用平台上；
4)当实时信号强度信息小于信号强度阈值时，比较模块认为当前不具备无线通信网络，指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一北斗短报文RDSS通信模块；所述水质数据通过第一北斗短报文RDSS通信模块、北斗短报文(北斗地球同步轨道卫星信道)、第二北斗短报文RDSS通信模块与接收终端主机8连通，以向接收终端主机8输送水质数据；接收终端主机8对水质数据进行解析后输送给服务器9，服务器9存储所述水质数据，并将所述水质数据组包后通过网络发送到下层应用平台上。
所述北斗一体式采集终端集成了采集终端主机2(集成了数据采集器、预处理模块、侦测模块、比较模块、指令输出模块)、第一BDM910模块4和无线通讯模块3。第一BDM910模块4具备北斗RDSS通信、北斗RNSS&GPS定位功能，内部集成了LNA、高性能RDSS射频收发芯片、RNSS双模定位芯片，第一BDM910模块4的射频接口为MCX-KYD11，通信和第一电源1采用25pin board-to-board连接器连接到主板，主板上焊接有天线，第一BDM910模块4将接收到的短报文传给主板处理，主板将短报文通过北斗地球同步轨道卫星信道发送至数据接收设备。数据接收设备与北斗一体式采集终端有着相似的构成。
基于北斗短报文通信协议实现了北斗一体式采集终端信息的自动发送，由于一条短报文可传输的长度有限，因此对于某些较长的信息，需要对其进行压缩、拆包、编号，分次传输到数据中心，在数据中心则要根据编号，实现多个北斗短报文信息包的组包与正确解析；应用平台与数据中心需要制定传输协议。
本发明融合2G/3G/4G移动通信网络，加入基于北斗一代短报文通信技术：北斗一体式采集终端采集信息，通过北斗地球同步轨道卫星和地面中心站的信号转发，将采集的水质数据信息发送至数据处理中心，再由数据处理中心通过网络传输到下层应用平台。使用北斗一代短报文通信技术，可以在移动信号基站无覆盖或通信信号微弱的情况下依然实现数据的正常传输，且发送的短报文还能显示发布者的位置。北斗短报文是北斗卫星导航系统特有的功能，可实现点对点、多点对多点的双向数据传输，且具有覆盖范围大、通信无盲区、安全可靠等优点。
本发明可根据当前所处环境的无线网络信号强度，自动选择信息传递方式，当移动通信网络信号足够强时，终端首选该通信方式将采集信息自动发送；当移动通信网络信号较弱或无覆盖时，终端采集信息将自动选择，通过短报文的形式将采集信息发送至数据处理中心；
从移动采集终端发送数据至数据处理中心不仅仅依赖于移动通信网络，即使在移动信号基站无覆盖或通信信号微弱的情况下，也能通过北斗地球同步轨道卫星的信道，发送与接收数据，有效解决野外通信盲区应急通信问题；
北斗一体式采集终端具有定位功能，除了能让北斗一体式采集终端使用者通过定位知道自己的位置，又能通过短报文的发送显示信息发布者的位置，便于控制中心根据实际情况进行合理调度与应急救援，为本发明的应用提供极大便利。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，其特征在于：包括设置在待监测河道附近的监测站和位于远端的数据处理中心，所述监测站内设有可采集待监测河道的水质数据并将所述水质数据输送给数据处理中心的数据接收设备；
所述北斗一体式采集终端包括采集终端主机，所述采集终端主机设有用于采集水质数据的数据采集器和接收、压缩、拆包来自所述数据采集器的所述水质数据并对北斗协议进行打包以等待发送的预处理模块；所述数据采集器与所述预处理模块的输入端相连；
所述北斗一体式采集终端还包括基于移动通信网络传输向数据处理中心输送所述水质数据的第一2G/3G/4G传输模块和基于北斗短报文传输向数据处理中心输送所述水质数据的第一北斗短报文RDSS通信模块；
所述采集终端主机还设有实时侦测移动通信网络的信号强度的侦测模块，所述侦测模块与预存有信号强度阈值的比较模块相连；侦测模块将侦测到的移动通信网络的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收所述实时信号强度信息并与信号强度阈值进行比较；比较模块的输出端与指令输出模块相连，指令输出模块根据比较模块的比较结果选择预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块的输入端连通或与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通；
所述数据处理中心包括用于接收来自预处理模块的水质数据的数据接收设备和用于存储并处理所述水质数据并将处理后的水质数据通过网络发送到下层应用平台上的服务器；
所述数据接收设备包括与第一2G/3G/4G传输模块基于移动通信网络相连的第二2G/3G/4G传输模块、与第一北斗短报文RDSS通信模块基于北斗短报文通讯的第二北斗短报文RDSS通信模块和接收终端主机；第二2G/3G/4G传输模块的输出端和第二北斗短报文RDSS通信模块的输出端均与接收终端主机的输入端相连，接收终端主机的输出端与服务器相连。
2.如权利要求1所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，其特征在于：所述第一北斗短报文RDSS通信模块集成在第一BDM910模块内，所述第二北斗短报文RDSS通信模块集成在第二BDM910模块内，第一BDM910模块和所述第二BDM910模块通过北斗短报文通讯。
3.如权利要求2所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，其特征在于：所述北斗一体式采集终端还包括给采集终端主机供电的第一电源。
4.如权利要求3所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统，其特征在于：所述数据接收设备还包括给接收终端主机供电的第二电源。
5.利用权利要求4所述的基于北斗卫星通讯的河道水质数据的传输系统实施的传输方法，包括以下步骤：
1)数据采集器采集待监测河道的水质数据，且数据采集器将采集到的所述水质数据输送给预处理模块；预处理模块接收所述水质数据后对所述水质数据进行压缩、拆包预处理，并对北斗协议进行打包后等待发送所述水质数据；
2)同时，侦测模块实时侦测移动通信网络的信号强度，且侦测模块将侦测到的实时信号强度信息输送给比较模块，比较模块接收来自侦测模块的实时信号强度信息并与预存的信号强度阈值进行比较；
3)当实时信号强度信息大于或等于信号强度阈值时，比较模块认为当前具备无线通信网络，且指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一2G/3G/4G传输模块的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一2G/3G/4G传输模块；所述水质数据通过第一2G/3G/4G传输模块、移动通信网络、第二2G/3G/4G传输模块与接收终端主机连通，以向接收终端主机输送所述水质数据，接收终端主机对所述水质数据进行解析后输送给服务器，服务器存储、处理所述水质数据，并将所述水质数据组包处理后通过网络发送到下层应用平台上；
4)当实时信号强度信息小于信号强度阈值时，比较模块认为当前不具备无线通信网络，指令输出模块驱动预处理模块的输出端与第一北斗短报文RDSS通信模块的输入端连通，并将预处理模块内的水质数据推送至第一北斗短报文RDSS通信模块；所述水质数据通过第一北斗短报文RDSS通信模块、北斗短报文、第二北斗短报文RDSS通信模块与接收终端主机连通，以向接收终端主机输送水质数据；接收终端主机对水质数据进行解析后输送给服务器，服务器存储所述水质数据，并将所述水质数据组包后通过网络发送到下层应用平台上。
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