CN109413379A - 一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法和系统 - Google Patents

一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，通过设置在飞机机舱内的摄像头获取机舱内部状态信息，通过设置在飞机上北斗卫星导航模块获取飞机的导航信息；将摄像头获取的内部状态信息进行压缩；将压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议进行编排，在排列好的数据包序列的最后加上导航信息的数据包，得到待发送数据包序列；采用北斗卫星通讯模块发送待发送数据包序列；地面接收端接收待发送数据包序列中的各个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议将各个数据包的信息内容还原为状态信息和导航信息。本发明提高了地面人员对航空状态监管的效率，保障了航空运营的安全。

Description

一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法和系统
技术领域
本发明属于航空安全技术领域，具体涉及一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法和系统。
背景技术
马航MH370客机的失联引起了社会各界的密切关注，如何实现有效的航空监管，确保航空安全，是当前亟待解决的问题。影响航空安全的因素很多，其中恐怖活动是威胁航空安全的主要原因之一，严重威胁乘客的生命财产安全。当前，航空监管主要采用航空雷达技术，少数飞机可以使用通讯卫星，这种监控方式主要存在以下四个问题：
1、存在地面管制人员无法通过无线电与机组取得联系的情况。这是因为机组人员有意不应答或现场情况不允许应答地面管制人员发出的无线电信号，使得机组人员无法与地面管制人员取得联系。
2、存在雷达系统无法获取飞机位置的情况。这是因为飞机处于雷达盲区，应答机出现故障，都会导致雷达系统对飞机的监控失效。
3、地面管制人员无法全面了解飞机各舱室的真实情况。这是因为目前的监控方式主要通过航空雷达系统，其无法让地面管制人员清楚的看到机舱内部的真实情况，当机组遭遇突发事件时，地面人员无法及时了解事件的性质和类型，也就无法及时采取相应的对策。
4、使用通讯卫星进行监控的成本较高，后期维护费用昂贵，增加了客机的运营成本。
因此，有必要发明一种具有图像监视功能又能满足经济适用需求的智能航空反恐的监控系统。北斗卫星导航系统具有导航、定位、授时、短报文等功能，对其开发应用在航空领域将具有广阔的应用前景。
发明内容：
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法和系统，提高了地面人员对航空状态监管的效率，保障了航空运营的安全。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，包括：
步骤1，通过设置在飞机机舱内的摄像头获取机舱内部状态信息，通过设置在飞机上北斗卫星导航模块获取飞机的导航信息；
步骤2，将摄像头获取的内部状态信息进行压缩；
步骤3，将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议进行编排，在排列好的数据包序列的最后加上步骤1所得的导航信息的数据包，得到待发送数据包序列；
步骤4，采用北斗卫星通讯模块发送步骤3得到的待发送数据包序列；
步骤5，地面接收端接收待发送数据包序列中的各个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议将各个数据包的信息内容还原为状态信息和导航信息。
较佳地，状态信息包括飞机驾驶室和机舱内部场景、机组人员的图像，导航信息包括飞机的实时位置、航向、航速、时间信息。
较佳地，步骤2将摄像头获取的内部状态信息进行压缩包括：将飞机机舱内部场景、机组人员的图像采用JPEG压缩技术压缩图像数据。
较佳地，步骤3将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包中：步骤3将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔，是指将压缩后的信息按先后顺序进行分割；各个数据包的最大字节数为75个字节。
较佳地，待发送的数据包序列中的各个数据包末尾附有生成数据包的序列号。
较佳地，步骤4，发送步骤3得到的待发送数据包序列时：北斗卫星通讯模块为多卡共天线模式，采用并向方式依次发送待发送数据包序列中的各个数据包。
较佳地，地面接收端接收所述待发送数据包序列中的各个所述数据包，还包括进行防丢包验证的步骤，若存在缺包，则再次请求发送，直至数据包序列号检测为完整。
本发明还提供一种利用上述基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法的系统：
在飞机机舱内设有摄像头和北斗卫星导航模块，摄像头用于获取机舱内部状态信息，北斗卫星导航模块用于获取飞机的导航信息；
摄像头连接处理器，北斗卫星导航模块连接北斗短报文发射通讯模块，北斗短报文发射通讯模块连接处理器和发射天线；
在地面控制中心设有接收天线，接收天线连接北斗短报文接收通讯模块连接上位机。
较佳地，设有多个北斗短报文发射通讯模块，多个北斗短报文发射通讯模块连接于一个发射天线。
较佳地，摄像头设置在所述飞机的驾驶室和机舱内部；处理器为STM32处理器。
本发明的有益效果在于：本发明利用摄像头对飞机舱室内部场景和机组人员状态进行跟踪并附加导航信息，发送端采用图像压缩分包和多卡共天线策略发送数据信息，接收端采用防丢包验证，确保了地面监管人员能够及时准确的对飞机的飞行状态进行监控。该系统的通讯方式采用北斗全球卫星导航系统，可保证飞机端与地面端之间的实现全球化、全天候通信。基于北斗短报文的智能航空反恐监控系统不受地域、不受时间、不受人员限制，提高了地面人员对航空状态监管的效率，保障了航空运营的安全。
附图说明
图1为本发明实施例一的方法流程图；
图2为本发明实施例二的系统结构示意图；
图3为本发明实施例摄像头抓拍的场景状态信息数据；
图4为本发明实施例接收端还原图像；
图5为本发明实施例在地面接收端监控场景的显示示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一
一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，包括：
步骤1，通过设置在飞机机舱内的摄像头获取机舱内部状态信息，通过设置在飞机上北斗卫星导航模块获取飞机的导航信息，本发明中采用的北斗卫星导航模块为RD0538B1型北斗卫星导航模块；状态信息包括飞机机舱内部场景、机组人员的图像，导航信息包括飞机的实时位置、航向、航速、时间信息。
摄像头获取机舱内部场景、机组人员状态信息，同时利用北斗模块获取飞机的位置、航向、航速以及时间戳；将摄像头安装在飞机机舱内，能够实现机舱内部公共区域全覆盖以及机组人员状态的监控，设置合适的时间间隔，摄像头定时采集图像信息，摄像头每次采集图像的同时，触发北斗卫星导航模块采集此时飞机的位置、航向、航速、时间等导航信息。摄像头和北斗卫星导航模块每次采集完毕，即将数据通过有线的方式传输至核心处理器，供下一步处理。
步骤2，将摄像头获取的内部状态信息进行压缩；将摄像头获取的内部状态信息进行压缩包括：将飞机机舱内部场景、机组人员的图像采用JPEG压缩技术压缩图像数据。
由于图像数据量的庞大，在存储、传输、处理时非常困难，加之无线发送端与无线接收端之间的信息传输能力有限，将核心处理器接收经过步骤一摄像头抓拍的图像信息，采用JPEG压缩技术对其进行压缩，在确保图像信息不过于失真，将图像数据中冗余部分进行压缩。这样既可以提高无线传输效率，也保证了图像信息的可识别性。
步骤3，将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议进行编排，在排列好的数据包序列的最后加上步骤1所得的导航信息的数据包，得到待发送数据包序列；将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包中：步骤3将经步骤2压缩后的信息按顺序分隔，是指将压缩后的信息按先后顺序进行分割；各个数据包的最大字节数为75个字节。
本实施例步骤3对经步骤2后得到图像数据按一定顺序分割成每份最大75字节的数据包，得到的数据包并按照北斗卫星导航系统通用数据接口4.0协议进行编排，将步骤1中北斗模块获取到的导航信息作为最后一个数据包，并将每个数据包末尾附上生成数据包的序列号。将步骤2中压缩后的图像信息，由于北斗短报文每次通信能力的限制，一张图片信息必须通过北斗通讯模块发送多次才能发送完毕，故需将图像信息进行分包处理，并按照北斗卫星导航系统通用数据接口4.0协议进行编排。接收端为了正确的解析数据包的内容，准确的还原图像信息，需对每个数据包末尾附上序列号。采用数据分包发送方式，较好的解决了北斗短报文通讯能力受限的问题，同时确保了图像信息传输的完整性。
步骤4，采用北斗卫星导航模块发送步骤3得到的待发送数据包序列；待发送的数据包序列中的各个数据包末尾附有生成数据包的序列号。发送步骤3得到的待发送数据包序列时：北斗卫星通讯模块为多卡共天线模式，采用并向方式依次发送待发送数据包序列中的各个数据包。
配置北斗卫星通讯模块多卡共天线模式，采用并行发送方式依次发送步骤三中的数据包，数据包发送完成后，进行防丢包验证，若有缺包，再次请求发送，直至数据包序列号检测完整；
由于北斗短报文通讯能力的限制，若发送端和接收端采用一对一的方式进行数据传输，势必严重影响数据传输效率。为了提高数据传输效率，确保地面监管人员能够及时获取到飞机舱室内部情况以及机组人员状态信息，发送端与接收端采用多对一的方式，即在发送端，通过对多个北斗通讯模块进行设置，配置成多卡共天线数据发送模式，即将数据包依次分给各个北斗通讯模块通过同一根天线进行无线数据传输，接收端却只使用一个北斗通讯模块进行数据接收。这种多对一和多卡共天线的无线数据传输方式极大的提高了数据的传输效率，确保了地面监管人员获取飞机舱室内部情况以及机组人员状态信息的及时性。同时，无线传输过程中通过设计防丢包验证，即发送端发送一个查询包请求，接收端接收该信号后对所有接收到的数据包进行序列号的检测，当序列号检测完整，则表明数据包发送无丢失，进一步保证了数据传输的完整性和准确性。
步骤5，地面接收端接收待发送数据包序列中的各个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议将各个数据包的信息内容还原为状态信息和导航信息。地面接收端接收待发送数据包序列中的各个数据包，还包括进行防丢包验证的步骤，若存在缺包，则再次请求发送，直至数据包序列号检测为完整。
地面接收端接收到的数据包，按照北斗卫星导航系统通用数据接口4.0协议，还原步骤一中机舱内部场景和机组人员状态的图像信息，以及叠加最后一个数据包中所包含的导航信息，显示并记录。
地面接收端将接收到的完整数据包按照通信协议进行图像还原，并附上摄像时飞机的位置、航速、航向、时间信息，一并在显控端显示并记录，以供地面监管人员调用、查看和监管。
实施例二
一种利用上述基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法的系统，其特征在于：
在飞机机舱内设有摄像头和北斗卫星导航模块，摄像头用于获取机舱内部状态信息，北斗卫星导航模块用于获取飞机的导航信息；
摄像头连接处理器，北斗卫星导航模块连接北斗短报文发射通讯模块，北斗短报文发射通讯模块连接处理器和发射天线；
在地面控制中心设有接收天线，接收天线连接北斗短报文接收通讯模块连接上位机。
设有多个北斗短报文发射通讯模块，多个北斗短报文发射通讯模块连接于一个发射天线。
摄像头设置在所述飞机的驾驶室和机舱内部；处理器为STM32处理器。
本实施例所述系统的特性主要包括：飞机舱室内部场景和机组人员状态定期抓拍；图像压缩分包传输；多对一、多卡共天线数据发送；防丢包验证；图像叠加导航信息。
本发明提供了基于北斗短报文的智能航空反恐监管系统，基于以上构建的系统设计方案，为了本发明所述方法和系统的有效性，在以下条件下进行实验分析:
1、摄像头抓拍一张场景图片，如图3所示，北斗卫星导航模块采集此时的导航信息，将采集的数据有线传输至STM32核心处理器；
2、STM32核心处理器对接收到的图像信息进行压缩，并将其按照顺序和按照北斗卫星导航系统通用数据接口4.0协议进行数据分包，设置每个数据包最大为72字节，将导航信息作为最后一个数据包，数据包的末尾附上序列号；
3、对10个北斗通讯模块进行设置，将其配置成多卡共同一天线发送模式，实现多对一的数据无线传输；
4、接收端对接收的数据包进行防丢包验证，得到完整、准确的数据包；
5、对接收的数据包进行图像还原，如图4所示，将还原得到的图像叠加对应的导航信息，并在显控端进行显示，如图5所示。
由此可见：本文所使用的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控系统可有效实现地面人员对航空状态进行监控。本发明的系统可以为相关机场提供航空安全监管参考。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过设置在飞机驾驶室和机舱内的摄像头获取机舱内部状态信息，通过设置在飞机上北斗卫星导航模块获取所述飞机的导航信息；
步骤2，将所述摄像头获取的内部状态信息进行压缩；
步骤3，将经所述步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议进行编排，在排列好的数据包序列的最后加上所述步骤1所得的导航信息的数据包，得到待发送数据包序列；
步骤4，采用北斗卫星通讯模块发送所述步骤3得到的待发送数据包序列；
步骤5，地面接收端接收所述待发送数据包序列中的各个所述数据包，并按照北斗卫星导航方法通用数据接口4.0协议将各个所述数据包的信息内容还原为所述状态信息和所述导航信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于：
所述状态信息包括所述飞机机舱内部场景、机组人员的图像，所述导航信息包括飞机的实时位置、航向、航速、时间信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于，所述步骤2将所述摄像头获取的内部状态信息进行压缩包括：将所述飞机驾驶室和机舱内部场景、机组人员的图像采用JPEG压缩技术压缩图像数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于，所述步骤3将经所述步骤2压缩后的信息按顺序分隔为若干个数据包中：所述步骤3将经所述步骤2压缩后的信息按顺序分隔，是指将压缩后的信息按先后顺序进行分割；各个数据包的最大字节数为75个字节。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于：所述待发送的数据包序列中的各个数据包末尾附有生成数据包的序列号。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于，所述步骤4，发送所述步骤3得到的待发送数据包序列时：所述北斗卫星通讯模块为多卡共天线模式，采用并向方式依次发送所述待发送数据包序列中的各个数据包。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法，其特征在于：所述地面接收端接收所述待发送数据包序列中的各个所述数据包，还包括进行防丢包验证的步骤，若存在缺包，则再次请求发送，直至数据包序列号检测为完整。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法的系统，其特征在于：
在飞机机舱内设有摄像头和北斗卫星导航模块，所述摄像头用于获取机舱内部状态信息，所述北斗卫星导航模块用于获取飞机的导航信息；
所述摄像头连接处理器，所述北斗卫星导航模块连接北斗短报文发射通讯模块，所述北斗短报文发射通讯模块连接所述处理器和发射天线；
在地面控制中心设有接收天线，所述接收天线连接北斗短报文接收通讯模块连接上位机。
9.一种如权利要求8所述所述基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法的系统，其特征在于：设有多个所述北斗短报文发射通讯模块，多个所述北斗短报文发射通讯模块连接于一个所述发射天线。
10.一种如权利要求8所述所述基于北斗短报文的智能航空反恐监控方法的系统，其特征在于：摄像头设置在所述飞机的驾驶室和机舱内部；所述处理器为STM32处理器。
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