CN112433232A - 一种基于北斗高精度定位ais终端的搜救系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及救援技术领域，具体公开了一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统及方法，系统包括用于获取差分电文信息的北斗高精度定位AIS终端，还包括通讯模块和智能救生衣；智能救生衣包括救生衣本体和AIS功能模块；AIS功能模块包括处理单元、射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元；北斗高精度定位AIS终端用于将获取的差分电文信息通过通讯模块发送至433M收发单元；北斗定位单元用于获取北斗定位数据，还基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，生成修正后的北斗定位数据；处理单元还用于校验并打包修正后的北斗定位数据，生成AIS系列电文，并发送至射频发射单元。采用本发明的技术方案能够提高落水船员的救援成功率。

Description

一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统及方法
技术领域
本发明涉及救援技术领域，特别涉及一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统及方法。
背景技术
船舶的定位导航主要依赖于卫星导航系统。目前全球卫星导航系统有GPS系统、伽利略卫星导航系统、GLONASS系统以及北斗系统。而在北斗三号全球系统准备就绪的当下，利用差分定位模块与北斗系统之间的通信，并利用与地面的差分数据进行差分定位，提高船舶定位精度的工作也在逐步推进的过程中。
为了配合北斗系统使用，出现了北斗高精度定位AIS(Automatic IdentificationSystem，船舶自动识别系统)终端，北斗高精度定位AIS终端可以实时发射自身信息的AIS报文，接收其他设备发出的AIS报文，对报文解算处理后，根据自身所在位置以及航速航向，监测其他设备的位置以及航速航向，发送显控终端进行实时图像显示。在高精度定位方面，北斗高精度定位AIS终端可以将接收到的地面差分数据，以此提高定位精度。
在内河、航道、港口等船舶密度高的水域内，或者在近海范围的水域内，AIS播发系统部署已经趋近于完全，利用AIS播发系统进行救援的工作也在逐步推进的过程中，比如通过发射AIS报文上报情况的船载终端，AIS搜救发射机等。除此之外，参与船舶报警求救的还有卫星紧急无线电示位标，雷达应答器等，但这些方式大多应用于船舶等明显目标的求救，针对船员等小目标的求救方式比较少。
目前主要的装备只有携带AIS发射功能的救生衣，它们通过播发1号电文以及14号电文内容，向基站或者其他船舶发送求援信息，但是缺乏差分定位信息使得定位精度比较差，搜救过程比较困难。同时在船舶遇险的时候，部分船员落水或者随着海流漂远的情况一直存在，进一步增加了获取船员准确位置的难度，容易错失黄金救援时间，会降低救援成功率。
因此，如何提高落水船员的救援成功率成为目前亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提供了一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统及方法，能够提高落水船员的救援成功率。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，包括用于获取差分电文信息的北斗高精度定位AIS终端，其特征在于，还包括通讯模块和智能救生衣；
智能救生衣包括救生衣本体和AIS功能模块；AIS功能模块包括处理单元、射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元；
433M收发单元用于向通讯模块发送请求差分电文信息；
通讯模块用于将接收的请求差分电文信息发送至北斗高精度定位AIS终端；
北斗高精度定位AIS终端在接收到请求差分电文信息后，用于将获取的差分电文信息通过通讯模块发送至433M收发单元；
433M收发单元还用于将差分电文信息发送至处理单元；
处理单元用于对差分电文信息进行区别校验后发送至北斗定位单元；
北斗定位单元用于获取北斗定位数据，还基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，生成修正后的北斗定位数据，并发送至处理单元；
处理单元还用于校验并打包修正后的北斗定位数据，生成AIS系列电文，并发送至射频发射单元；
射频发射单元用于将AIS系列电文播发。
基础方案原理及有益效果如下：
本方案中，利用北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息，并作为中转节点，将差分电文信息通过通讯模块传送给AIS功能模块，AIS功能模块基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，实现高精度定位。后续营救人员可以接收AIS系列电文，准确知晓落水船员的准确位置，便于快速找到落水船员，提高落水船员的救援成功率。
进一步，还包括差分服务器、AIS基站和北斗短报文模块；北斗短报文模块用于接收高精度定位信息；
北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息时，先访问差分服务器获取差分电文信息；如果无法从差分服务器获取差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端还用于接收AIS基站播发的17号电文，基于17号电文解析出差分电文信息；如果无法接收17号电文，北斗高精度定位AIS终端还用于从北斗短报文模块接收高精度定位信息，基于高精度定位信息解算出差分电文信息。
北斗高精度定位AIS终端通过三种方式获取差分电文信息，能够提高获取差分电文信息的成功率。
进一步，所述斗高精度定位AIS终端在接收到请求差分电文信息后，如果没有差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端通过通讯模块向433M收发单元发送没有差分电文信息的信息。
进一步，所述射频发射单元播发AIS系列电文后，433M收发单元还用于每隔第一预设时间向通讯模块发送请求差分电文信息；如果433M收发单元接收到没有差分电文信息的信息或者第二预设时间内没有收到差分电文信息，433M收发单元关闭。
433M收发单元每隔第一预设时间向通讯模块发送请求差分电文信息，有助于后续更新落水船员的准确位置。433M收发单元在没有差分电文信息的信息或者第二预设时间内没有收到差分电文信息时关闭，可以有效节约能耗，延长整个AIS功能模块的续航。
进一步，所述AIS功能模块还包括启动单元，启动单元用于在落水后，或接收到人工启动信息后，向处理单元发送启动信号，处理单元用于接收到启动信号后，控制射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元启动。
进一步，还包括数据中心平台，数据中心平台与北斗高精度定位AIS终端通信；北斗高精度定位AIS终端还用于获取船员落水的信息，并发送至数据中心平台。
能及时上报船员落水的信息，便于数据中心平台及时知晓，指挥救援。
进一步，还包括传感器模块，传感器模块用于采集环境信息，并将环境信息发送至北斗高精度定位AIS终端，北斗高精度定位AIS终端还用于将环境信息发送至数据中心平台。
便于根据事发地的环境参数指挥救援，提高救援的成功率。
进一步，所述环境信息包括温度、湿度、风速、风向和浪高。
进一步，所述第一预设时间为5-15分钟，第二预设时间为30-240秒。
一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救方法，使用上述基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统。
本方案中，利用北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息，并作为中转节点，将差分电文信息通过通讯模块传送给AIS功能模块，AIS功能模块中的基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，实现高精度定位。后续营救人员可以接收1号电文和14号电文，准确知晓落水船员的准确位置，便于快速找到落水船员，提高落水船员的救援成功率。
附图说明
图1为实施例一基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统逻辑框图；
图2为实施例一基于北斗高精度定位AIS终端的搜救方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
如图1所示，本实施例的一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，包括数据中心平台、北斗高精度定位AIS终端、通讯模块、传感器模块、北斗短报文模块、差分服务器、AIS基站和智能救生衣。
数据中心平台与北斗高精度定位AIS终端通信。具体的，数据中心平台可以通过卫星地面接收站、AIS基站或者互联网连接北斗高精度定位AIS终端。
北斗高精度定位AIS终端分别与北斗短报文模块、通讯模块和传感器模块连接。
北斗短报文模块用于接收高精度定位信息。具体的，北斗短报文模块用于向北斗卫星发送高精度定位请求信息，通过北斗卫星转发给北斗地面站后，接收北斗地面站的高精度定位信息。
北斗高精度定位AIS终端用于获取船员落水的信息，并发送至数据中心平台。本实施例中，船员落水的信息由工作人员输入。
传感器模块用于采集温度、湿度、风速、风向、浪高等环境信息，并将环境信息发送至北斗高精度定位AIS终端，北斗高精度定位AIS终端用于将环境信息发送至数据中心平台。温度、湿度、风速、风向、浪高等环境信息可以由具体的传感器进行采集，例如温度和湿度可以通过温湿度传感器进行采集，这属于现有技术，这里不再赘述。
北斗高精度定位AIS终端还用于获取差分电文信息，基于差分电文信息生成高精度定位数据。北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息时，先访问差分服务器获取差分电文信息；如果无法从差分服务器获取差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端还用于接收AIS基站播发的17号电文，基于17号电文解析出差分电文信息；如果无法接收17号电文，北斗高精度定位AIS终端还用于从北斗短报文模块接收高精度定位信息，基于高精度定位信息解算出差分电文信息。
智能救生衣包括救生衣本体和AIS功能模块。AIS功能模块用于AIS系列的1号电文和14号电文的发射。
具体的，AIS功能模块包括处理单元、射频发射单元、北斗定位单元、433M收发单元和启动单元。
433M收发单元使用433MHz无线频段,在中国属于专用频段。相对于其他频段，有着自身独特的优势，如距离远、穿透力强、绕射能力出众等。本实施例中，433M收发单元具体采用433MHz的LoRa模块，特点是灵敏度高、传输距离远、工作功耗低、组网节点多等，非常有利于模块与模块之间的通信和组网。本实施例中，处理单元采用MCU。
启动单元用于在落水后，或接收到人工启动信息后，向处理单元发送启动信号，处理单元用于接收到启动信号后，控制射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元启动。
本实施例中，启动单元具有水敏传感器，水敏传感器通过电路与MCU相连接，默认情况下，连接的MCU引脚口为上拉高电平，遇水后，引脚变成低电平，从而可以判断救生衣处于落水状态。
通讯模块与433M收发单元连接，433M收发单元用于向通讯模块发送请求差分电文信息；
通讯模块用于将接收的请求差分电文信息发送至北斗高精度定位AIS终端；
北斗高精度定位AIS终端在接收到请求差分电文信息后，用于将获取的差分电文信息通过通讯模块发送至433M收发单元。如果没有差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端通过通讯模块向433M收发单元发送没有差分电文信息的信息。
433M收发单元用于在接收到差分电文信息后，停止发送请求差分电文信息。
433M收发单元还用于将差分电文信息发送至处理单元；
处理单元对差分电文信息进行区别校验后发送至北斗定位单元；本实施例中，区别效验时，差分电文信息具体采用BCC(Block Check Character/信息组校验码)异或校验，验证传输的数据是否出现丢失。
北斗定位单元用于获取北斗定位数据，还基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，生成修正后的北斗定位数据，并发送至处理单元。北斗定位单元以此实现智能救生衣的高精度定位。
处理单元用于校验并打包修正后的北斗定位数据以及静态数据，生成AIS系列电文,并发送至射频发射单元。AIS系列电文包括1号电文和/或14号电文，本实施例中，包括上述全部。本实施例中，静态数据包括船舶名称、船员信息、船舶启航地、航行目的地以及航行到达时间；静态数据通过AIS的5号报文获取，这属于现有技术，这里不再赘述。
射频发射单元用于在启动后将1号电文和14号电文调制放大后，进行播发。
射频发射单元播发的1号电文和14号电文会被AIS基站接收，由AIS基站发送至数据中心平台。
播发后，433M收发单元还用于每隔第一预设时间向通讯模块发送请求差分电文信息。如果433M收发单元接收到没有差分电文信息的信息或者第二预设时间内没有收到差分电文信息，433M收发单元关闭。第一预设时间为5-15分钟，本实施中为10分钟。第二预设时间为30-240秒，本实施中为60秒。
如图2所示，基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，本实施还提供一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救方法，包括如下步骤：
步骤一：北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息，基于差分电文信息生成高精度定位数据。
具体的，北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息的顺序为：先访问差分服务器获取差分电文信息，再接收AIS基站播发的17号电文解析出差分电文信息、最后通过北斗短报文模块接收高精度定位信息，基于高精度定位信息解算出差分电文信息，若均没有差分电文信息，则以北斗高精度定位AIS终端自主定位信息为准。
步骤二：通讯模块将接收的请求差分电文信息发送至北斗高精度定位AIS终端，然后北斗高精度定位AIS终端将获取的差分电文信息通过通讯模块发送至智能救生衣。本实施例中，具体以433MHz的电文发送至智能救生衣的AIS功能模块。
如果没有差分电文信息，则北斗高精度定位AIS终端通过通讯模块向AIS功能模块发送没有差分电文信息的信息。
同时，北斗高精度定位AIS终端向数据中心平台发送船员落水的信息以及事发地的环境信息、并发送船员落水的AIS的14号报文。北斗高精度定位AIS终端还通过外部的北斗短报文模块发送船员落水的信息，本实施中，北斗短报文模块发送船员落水的信息由北斗卫星接收。
步骤三：智能救生衣的AIS功能模块启动后，获取北斗定位数据，还通过通讯模块从北斗高精度定位AIS终端接收差分电文信息，基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，生成修正后的北斗定位数据；AIS功能模块校验并打包修正后的北斗定位数据和静态数据，生成AIS系列的1号电文和14号电文进行播发。
步骤四：1号电文和14号电文进行播发后，每隔第一预设时间AIS功能模块向通讯模块发送请求差分电文信息。如果AIS功能模块接收到没有差分电文信息的信息或者第二预设时间没有收到差分电文信息，AIS功能模块停止发送请求差分电文信息。
实施例二
本实施例和实施例一的区别在于，本实施例的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救方法，步骤二中：北斗高精度定位AIS终端还用于在自检存在故障时，向数据中心平台发送错误报告。数据中心平台接收到错误报告后，将发送错误报告的北斗高精度定位AIS终端标记为故障终端。数据中心平台还用于将另外的北斗高精度定位AIS终端作为临时节点，以继续进行上述步骤。具体的，搭载有临时节点北斗高精度定位AIS终端的船只需要前往船员落水的事发地。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于,本实施例中，AIS功能模块还包括加速度传感器、陀螺仪和温度传感器。加速度传感器、陀螺仪和温度传感器均固定在救生衣本体上，其中，温度传感器固定在救生衣本体前胸的位置。
处理单元还用于分别从加速度传感器、陀螺仪和温度传感器获取加速度数据、偏转角度数据和温度数据。
当第二预设时间内，加速度数据的变化大于加速度阈值，偏转角度数据大于角度阈值，而且，温度数据从高于第一阈值变化到低于第二阈值，处理单元缩短第一预设时间。本实施例中，将第一预设时间缩短50％。
当船员落水后，由于海况的不同，同一时间内在海中漂泊的距离也不相同，例如风浪大，海况恶劣的情况下，同一时间内，船员会在海浪的带动下漂泊更远。如果全部按照第一预设时间来获取差分电文信息，更新船员的位置，当船员的位置变化大的情况下，会导致位置更新不及时，影响救援。本实施例中，当加速度数据的变化大于加速度阈值，偏转角度数据大于角度阈值，表明海浪大，船员在海浪的影响下，随着海浪摆动，而且横向，纵向的位置也在快速变化，因此，通过加速度数据和偏转角度数据，可以表征海况恶劣的情况。
远海航行的船员通常受过专业培训，会在落水后保持help姿势等待救援。“help姿势”也就是两腿弯曲并拢,两肘紧贴身旁,两臂交叉抱在救生衣本体前。当船员两臂交叉抱在救生衣本体前时，位于救生衣本体前胸的温度传感器可以检测到两臂带来的温度升高。而海浪大的情况下，船员在大浪的冲击下，容易脱离这样的姿势，双手拍水让头部重新露出水面，此时温度传感器可以检测到温度变低，也就是温度数据从高于第一阈值变化到低于第二阈值。
因此，通过加速度传感器、陀螺仪和温度传感器结合进行综合检测，能提高对海况准确性的检测，便于在海况恶劣，海浪大的情况下，缩短船员位置的更新时间，提高救援成功率。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，包括用于获取差分电文信息的北斗高精度定位AIS终端，其特征在于，还包括通讯模块和智能救生衣；
智能救生衣包括救生衣本体和AIS功能模块；AIS功能模块包括处理单元、射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元；
433M收发单元用于向通讯模块发送请求差分电文信息；
通讯模块用于将接收的请求差分电文信息发送至北斗高精度定位AIS终端；
北斗高精度定位AIS终端在接收到请求差分电文信息后，用于将获取的差分电文信息通过通讯模块发送至433M收发单元；
433M收发单元还用于将差分电文信息发送至处理单元；
处理单元用于对差分电文信息进行区别校验后发送至北斗定位单元；
北斗定位单元用于获取北斗定位数据，还基于差分电文信息对北斗定位数据进行修正，生成修正后的北斗定位数据，并发送至处理单元；
处理单元还用于校验并打包修正后的北斗定位数据，生成AIS系列电文，并发送至射频发射单元；
射频发射单元用于将AIS系列电文播发。
2.根据权利要求1所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：还包括差分服务器、AIS基站和北斗短报文模块；北斗短报文模块用于接收高精度定位信息；
北斗高精度定位AIS终端获取差分电文信息时，先访问差分服务器获取差分电文信息；如果无法从差分服务器获取差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端还用于接收AIS基站播发的17号电文，基于17号电文解析出差分电文信息；如果无法接收17号电文，北斗高精度定位AIS终端还用于从北斗短报文模块接收高精度定位信息，基于高精度定位信息解算出差分电文信息。
3.根据权利要求2所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：所述斗高精度定位AIS终端在接收到请求差分电文信息后，如果没有差分电文信息，北斗高精度定位AIS终端通过通讯模块向433M收发单元发送没有差分电文信息的信息。
4.根据权利要求3所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：所述射频发射单元播发AIS系列电文后，433M收发单元还用于每隔第一预设时间向通讯模块发送请求差分电文信息；如果433M收发单元接收到没有差分电文信息的信息或者第二预设时间内没有收到差分电文信息，433M收发单元关闭。
5.根据权利要求4所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：所述AIS功能模块还包括启动单元，启动单元用于在落水后，或接收到人工启动信息后，向处理单元发送启动信号，处理单元用于接收到启动信号后，控制射频发射单元、北斗定位单元和433M收发单元启动。
6.根据权利要求5所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：还包括数据中心平台，数据中心平台与北斗高精度定位AIS终端通信；北斗高精度定位AIS终端还用于获取船员落水的信息，并发送至数据中心平台。
7.根据权利要求6所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：还包括传感器模块，传感器模块用于采集环境信息，并将环境信息发送至北斗高精度定位AIS终端，北斗高精度定位AIS终端还用于将环境信息发送至数据中心平台。
8.根据权利要求7所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：所述环境信息包括温度、湿度、风速、风向和浪高。
9.根据权利要求8所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统，其特征在于：所述第一预设时间为5-15分钟，第二预设时间为30-240秒。
10.一种基于北斗高精度定位AIS终端的搜救方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的基于北斗高精度定位AIS终端的搜救系统。
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