CN108540205B - 一种基于北斗应急通讯控制装置的应急通讯控制方法 - Google Patents

一种基于北斗应急通讯控制装置的应急通讯控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗应急通讯控制装置的应急通讯控制方法。所述应急通讯控制方法，存在一个定时器0和定时器1，定时器1的开启、关闭是在定时器0中断服务程序中完成的；存在一个数据表BD_FIFO，当一条数据报文通过首选通讯通道发送失败后，将保存到表BD_FIFO对应字段中；存在一个参数状态权重矩阵和参数属性矩阵，进行计算，由此得到了表中各数据记录的评分K值，取优先级别高者先发送。本发明有益效果是：当需要启动北斗发送时，能有效根据数据参数特点与轻重缓急，把优先的数据发送出去，发挥北斗作为应急通讯通道的作用。

Description

一种基于北斗应急通讯控制装置的应急通讯控制方法
技术领域
本发明涉及北斗通讯技术领域，尤其涉及一种基于北斗应急通讯控制装置的应急通讯控制方法。
背景技术
目前我国运行的核电厂均为滨海核电站，根据核电厂辐射环境现场监督性监测系统建设规范，监督性监测子站布设在核电厂周围的16个方位，因此，个别自动站可能布设在核电厂周围的某个岛屿，自动站数据传输多采用有线/无线通讯双备，而岛上自动站数据传输受环境和气候影响，数据通过公网无线传输的占比较多。设置在岛屿上的辐射自动监测站，由于受交通、气候(如台风、高温高湿)等多方面影响，往往会造成运营商的有线和无线通信服务中断，导致自动站监测数据无法正常传输和上报，严重影响监督性监测系统安全运行。相比而言，北斗卫星通信具有不受灾害影响，不存在通信盲区，链路误码率低等优点，因此，在核辐射自动监测站点上增加采用北斗通讯作为应急辅助通讯通道，具有极大的实际意义。
但根据北斗民用版接口协议，短报文最大字节数为98，通信频度是每分钟一次，这种发送频度和单次发送信息量只适合作为辅助应急通讯使用，如果想进一步发挥北斗通讯的效能，则要重点解决好两个问题：协议设计，尽可能一条报文包括完整数据，其次是提高发送频率。例如，文献CN106657326A公开了基于北斗通信的一体化遥测水位计及北斗报文编码方法，采用差值编码传输更多的水位数据；文献CN106547006A提出了一种适用于北斗报文传输的通航GNSS定位数据双参数压缩方法，根据定位数据增量精度量化和点数要求自适应压缩；文献CN103279462B发明了一种适用于北斗短报文民用协议的数据编码/解码方法，实现对温度、压力、液位、图像等等原始二进制数据的短报文传输，并可保留ASCII码组成的特定语义指令；为缩短报文长度，减少长报文的发送次数，缩短警报信息告知时间，文献CN104066117A公开了基于北斗通信功能的人防应急警报信息报文压缩编码方法；文献CN105049357A对基于北斗报文的物联网实时监测远程传输有效性进行了优化，将汇总的监测数据依据指标的重要程度将指标划分为紧急指标、普通指标和冗余指标三种类型，根据各个指标的类型通过变频组帧调度制定各个指标的发送方式，根据指标发送方式划分位映射队列，通过位映射队列实现发送端向接收端传递变频组帧调度信息；文献CN106646557A则采用自适应北斗集群数传技术，对北斗RDSS模块进行优选，根据数据量大小及用户所需数据发送时间间隔，自动确定需要的北斗RDSS模块数n，实现了一种基于北斗星基增强系统和短报文功能的海洋监测浮标；文献CN103903387B一种基于北斗短报文通信的防空警报指令发放系统及其处理方法，基于北斗短报文通信的防空警报指令发放系统及其方法提高通信及时性和有效性，提高响应速度；为避免多台收发机一起工作而产生的竞争关系和相互千扰，提高通信的成功率，文献CN107370514A公开基于北斗一代的大容量信息收发装置及收发方法，通过控制单元集中协调每个基带处理单元的处理工作，并通过一个射频单元统一发送数据；文献CN107437957A的北斗大容量水情数据传输接收机，兼具北斗卫星通信、定位、授时、WIFI通信、GPRS通信功能，力图做到信息全地域、无盲点、单次传输3Kbit大容量水情数据；考虑到北斗导航通讯设备数量增大，带来的指挥机发送资源明显不足的问题，文献CN106936492A提供了一种多北斗卡指挥机的报文调度方法，对多北斗卡指挥机的调度通讯机制进行优化，增加指挥机的通讯能力；
目前在用核辐射自动监测系统，以监测前站、公网VPN和服务中心为构成特征，无线公网是实现远程无线网络接入的首选方案，在此类在用系统要接入北斗通讯作为辅助应急通道，在首选通讯方案中断后由北斗接续通讯，不仅应考虑到核辐射随机性特点，协调好监测数据的频率和北斗的报文频率之间的关系，而且还不能影响原有系统的正常运行。
福建省辐射环境监督站、福建师范大学联合发明了“一种北斗应急通讯控制装置”技术。该装置由北斗、电流检测模块、供电模块、电平转换芯片、断电重启控制电路、计算机RS-232串口和直流电源输入端组成。当需要启动北斗发送数据时，通过计算机RS-232串口的RTS、DTR控制其上电；当北斗异常时，通过计算机RS-232串口的RTS、DTR将其断电再上电，实现复位重启。利用该装置有助于系统长时间稳定运行和低功耗设计。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种基于北斗应急通讯控制装置，结合核辐射数据的随机性特征，协调监测数据的频率和北斗的报文频率的北斗应急通讯控制方法，还可易于实现和原有系统的无缝衔接。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1.北斗应急通讯控制装置：
设计“一种北斗应急通讯控制装置”(已同日提出专利申请)。该装置该装置由北斗、电流检测模块、供电模块、电平转换芯片、断电重启控制电路、计算机RS-232串口和直流电源输入端组成，其中，北斗分别和电流检测模块、电平转换芯片相连，电流检测模块和供电模块相连，电平转换芯片和计算机RS-232串口相连；供电模块分别和断电重启控制电路、输入直流电源相连，断电重启控制电路分别和计算机RS-232串口、直流电源输入端相连。当需要启动北斗发送数据时，通过计算机RS-232串口的RTS、DTR控制其上电；当北斗异常时，通过计算机RS-232串口的RTS、DTR将其断电再上电，实现复位重启。该装置有助于系统长时间稳定运行和低功耗设计。
2.应急通讯控制方法：
存在一个定时器0，定时的时间范围为：500～3000毫秒；存在一个定时器1，定时的时间范围为：60～6000秒；定时器1的开启、关闭是在定时器0中断服务程序中完成的；
存在一个如表1结构的数据表BD_FIFO。
字段名称 说明
Time 首选通讯通道发送失败时数据的入表时间
Data 一条完整的原始报文
总剂量率 本条原始报文中的总剂量率数据
伽玛 本条原始报文中的伽玛数据
BD_Try 本条原始报文通过北斗发送的次数
当一条数据报文通过首选通讯通道发送失败后，将当前时间、完整的原始报文、总剂量率、伽玛数据保存到这个表BD_FIFO对应字段中，第一次写表时字段BD_Try为最大值N，根据报文的属性，N范围为：1～5。
存在一个如表2结构的数据表BD_CONFIG。
字段名称 说明
对象名称 监测对象的具体名称，如总剂量率、伽玛
本底值 历史数据中计算获得
门限值1 历史数据中计算获得
门限值2 历史数据中计算获得
门限值3 历史数据中计算获得
BD_CONFIG表中，至少有两条数据记录，一个是总剂量率，一个是伽玛；表中各对象的本底值、限值1、门限值2、门限值3在首选通讯通道正常时进行修改保存。
存在一个参数状态权重矩阵。
Figure BDA0001624319570000041
本发明的具体方法包括如下步骤：
S1：对BD_FIFO表中的数据记录以字段Time排序，得到Tn；
S2：对BD_FIFO表中的数据记录以字段总剂量率和BD_CONFIG表中总剂量率的本底值、门限值1、门限值2、门限值3对比获得ξ0、ξ1、ξ2、ξ3；
S3：对BD_FIFO表中的数据记录以字段伽玛和BD_CONFIG表中伽玛的本底值、门限值1、门限值2、门限值3对比获得α0、α1、α2、α3；
S4：然后，将获得的各个数据记录之Tn、BD_Try字段数据N和ξ0、ξ1、ξ2、ξ3、α0、α1、α2、α3构成一个参数属性矩阵，如下：
Figure BDA0001624319570000042
S5：将参数属性矩阵和参数状态权重矩阵进行计算，公式如下：
Figure BDA0001624319570000043
S6：由此得到了表BD_FIFO中各数据记录的评分K值，取优先级别高者优先发送。
本发明所述的北斗应急通讯控制装置中的断电重启控制电路由二极管D1、电阻R1、R2、R3、R5、R6，电容C2，三极管Q1组成。其中，电阻R5一端网络标号为RTS1，电阻R6一端网络标号为DTR1，RTS1和DTR1同时连接到二极管D1一端；二极管D1的另一端和R1相连，R1的另一端同时连接三极管Q1的基极、电容C2的一端和电阻R2一端，三极管Q1的发射极、电容C2另一端和电阻R2另一端接地；三极管Q1的集电极同时和电阻R3的一端、北斗的供电模块的En端相连，电阻R3的另一端同时和电源直流输入端、北斗的供电模块的In端相连。
本发明所述的北斗应急通讯控制装置中的计算机RS-232串口的第4引脚DTR、第7引脚RTS分别和断电重启控制电路中电阻R6、电阻R5相连，电阻R6另一端的网络标号为DTR1，电阻R5另一端的网络标号为RTS1。
本发明所述的北斗应急通讯控制装置中的电阻R1的阻值范围为：1KΩ～500KΩ，电阻R3的阻值范围为：2KΩ～500KΩ，电阻R1、R2的电阻值比范围为1：10～5000。
本发明所述的北斗应急通讯控制装置中的输入直流电源参数范围为：电压+12V～+30V，电流3.5～10A。
采用本发明的有益效果是：当需要启动北斗发送时，能有效根据数据参数特点与轻重缓急，把优先的数据发送出去，发挥北斗作为应急通讯通道的作用。
本发明的目的、特征及优点将通过实施例并结合附图进行详细说明。本发明中的所有元件均可采用具有相同或相似功能的其他型号代替，代替后的电路也属于本专利保护范围。
附图说明
图1是本发明的硬件框图。
图2是本发明实施例的一个电路原理图。
图3是本发明定时器0中断服务程序北斗通讯模块控制流程图。
图4是本发明定时器1中断服务程序北斗报文发送排队流程图。
图5是本发明评估算法流程图。
具体实施方式
图1中，U101是北斗，U102是北斗的电流检测模块，U103是北斗的供电模块，U104是电平转换芯片，U105是，U106是计算机RS-232串口，U107是直流电源输入端。北斗(U101)分别和北斗(U101)的电流检测模块(U102)、电平转换芯片(U104)相连，电平转换芯片(U104)和计算机RS-232串口(U106)相连；北斗(U101)的电流检测模块(U102)分别和北斗U101、北斗(U101)的供电模块(U103)相连，北斗(U101)的供电模块(U103)分别和控制电路(U105)、直流电源输入端(U107)相连，控制电路(U105)分别和计算机RS-232串口(U106)、直流电源输入端(U107)相连。
图2中，U101是北斗，U102是北斗(U101)的电流检测模块，U103是北斗(U101)的供电模块，U104是电平转换芯片，U106是计算机RS-232串口。北斗(U101)的VCC端和电流检测模块(U102)的PI-相连，北斗(U101)的Iad端和北斗(U101)的电流检测模块(U102)的Vio相连；北斗(U101)的电流检测模块(U102)的IP+同时和电容C3的正极、北斗(U101)的供电模块(U103)的Out端相连接，北斗(U101)的供电模块(U103)的GND端同时和电容C3负极、北斗(U101)的供电模块(U103)的GND相连接。直流电源输入端(U107)中的DC+同时和电容C1的一端、电阻(R3)的一端和北斗(U101)的供电模块(U103)的In端相连，电容C1另一端连接到地。计算机RS-232串口(U106)的第2引脚、第3引脚、第8引脚分别连接到电平转换芯片(U104)的To脚、Ri脚、Do脚，电平转换芯片(U104)的Ti脚、Ro、Di脚分别和北斗(U101)的Tx、Rx、1PPS相连。计算机RS-232串口(U106)的第4引脚DTR、第7引脚RTS分别和电阻R6、电阻R5相连，电阻R6另一端的网络标号为DTR1，电阻R5另一端的网络标号为RTS1。DTR1和RTS1同时连接到二极管D1一端，二极管D1另一端和电阻R1相连，电阻R1另一端同时和电容C2、电阻R2和三极管Q1基极相连，电容C2另一端同时和电阻R2另一端、三极管Q1发射极并联接地。三极管Q1的集电极同时和供电模块(U103)的En端和电阻R3一端相连。
为了进一步说明本发明的具体实施方式，结合图3、图4所示的流程图，对应用本发明所述的的应急控制方法作具体描述，包括以下步骤：
步骤301：定时器0中断，中断服务程序开始，执行步骤302；
步骤302：检查BD_FIFO表中是否有数据记录，如果没有就执行步骤303，否则有则执行步骤305；
步骤303：控制串口的RTS、DTR为ON状态，将北斗通讯模块断电关机，随后执行步骤304；
步骤304：关闭定时器1，随后执行步骤307；
步骤305：控制串口的RTS、DTR为OFF状态，北斗通讯模块上电工作，随后执行步骤306；
步骤306：开启定时器1，随后执行步骤307；
步骤307：定时器0中断服务程序结束。
步骤401：定时器1中断，中断服务程序开始，执行步骤402；
步骤402：删除BD_FIFO表中满足字段BD_try＝0的所有数据记录，然后执行步骤403；
步骤403：根据评估算法，对BD_FIFO表中的数据记录进行计算排序，然后执行步骤404；
步骤404：首先取出BD_FIFO表中计算排序优先级最高的数据记录，读取该记录字段Data的原始数据报文，其次启动北斗发送这个原始数据报文，然后把该记录字段BD_Try的数据进行减一操作后更新该记录字段BD_Try数据，随后执行步骤405；
步骤405：定时器1中断服务程序结束。
步骤501：评估分析算法开始；
步骤502：生成参数属性矩阵；
步骤503：和权重矩阵计算每条记录的评估分数；
步骤504：得到所有数据记录的评估分数。

Claims (1)

1.一种核辐射自动监测站的北斗应急通讯控制方法，北斗应急通讯控制方法中的基于北斗应急通讯控制装置由北斗通讯模块、北斗通讯模块的电流检测模块、北斗通讯模块的供电模块、电平转换芯片、断电重启控制电路、计算机RS-232串口和输入直流电源组成，其中，北斗通讯模块分别和北斗通讯模块的电流检测模块、电平转换芯片相连，北斗通讯模块的电流检测模块和北斗通讯模块的供电模块相连，电平转换芯片和计算机RS-232串口相连；北斗通讯模块的供电模块分别和断电重启控制电路、输入直流电源相连，断电重启控制电路分别和计算机RS-232串口、输入直流电源相连，其特征在于：
①存在一个数据表BD_FIFO，其中：
字段Time首选通讯通道发送失败时数据的入表时间；
字段Data为一条完整的原始报文；
字段总剂量率为本条原始报文中的总剂量率数据；
字段伽玛为本条原始报文中的伽玛数据；
字段BD_Try为本条原始报文通过北斗发送的次数；
当一条数据报文通过首选通讯通道发送失败后，将当前时间、完整的原始报文、原始报文中的总剂量率、原始报文中的伽玛数据保存到这个表BD_FIFO对应字段Time、Data、总剂量率和伽玛中，第一次写表时字段BD_Try为最大值N，根据报文的属性，N范围为：1～5；
②存在一个数据表BD_CONFIG；
其中:
字段对象名称为监测对象的具体名称，总剂量率、伽玛；
字段本底值为历史数据中计算获得；
字段门限值1、门限值2和门限值3为历史数据中计算获得；
BD_CONFIG表中，至少有两条数据记录，一个是总剂量率，一个是伽玛；
③存在一个参数状态权重矩阵P；
④具体方法包括如下步骤：
S1：对BD_FIFO表中的数据记录以字段Time排序，得到Tn；
S2：对BD_FIFO表中的数据记录以字段总剂量率和BD_CONFIG表中总剂量率的本底值、门限值1、门限值2、门限值3对比获得ξ0、ξ1、ξ2、ξ3；
S3：对BD_FIFO表中的数据记录以字段伽玛和BD_CONFIG表中伽玛的本底值、门限值1、门限值2、门限值3对比获得α0、α1、α2、α3；
S4：然后，将获得的各个数据记录之Tn、BD_Try字段数据N和ξ0、ξ1、ξ2、ξ3、α0、α1、α2、α3构成一个参数属性矩阵A；
S5：将参数属性矩阵A和参数状态权重矩阵P进行计算，公式如下：
Figure FDA0002589784360000021
其中，i为参数属性矩阵A的行数；
S6：由此得到了表BD_FIFO中各数据记录的评分K值，取优先级别高者即K值最大者的数据记录Data字段内容优先发送。
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