CN113783930B - 基于野外可部署5g车载平台的空地网络系统及搭建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车载设备网络通信技术领域，涉及一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统及搭建方法，包括：云计算平台，对数据存储和处理；路由器设备，搭建局域网；搭建卫星导航定位模块；利用区块链构建分布式存储网络；利用天基物联网，将手机与卫星通信，与5G通信优势互补，保障信息传输的连续性、稳健性和可用性。本发明实现城市越野车与工程车组合，在户外测绘作业中实现车辆之间及车载终端设备间的网络连接与信息共享畅通无阻，保障半径3公里内区域的车载地面设备仪器互联互通。人工智能与物联网技术融合，智慧出行、智能服务，万物智慧互联天际物联网；最终实现智慧城市与绿色出行，破解大中城市交通堵塞，构建智能交通小镇。

Description

基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统及搭建方法
技术领域
本发明属于车载设备网络通信技术领域，涉及一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统及搭建方法，尤其涉及一种基于野外可部署5G车载平台及其交互式空地网络系统。
背景技术
5G技术是新一代移动互联网，为人们生活带来了良好的移动互联网体验，同时也为智能交通提供了有力的技术支撑。然而，传统的汽车车载设备的功能比较单一，使得汽车在野外的测绘工作效率低下。5G的大宽带特性可以使更多的车载传感器设备接入网络中，使得车与车之间的信息交互更加方便，5G的低时延特性，可以将车载设备的采集数据通过5G网络上传至区块链平台进行存储，云计算平台及信息数据中心接收原始数据进行分析和处理，与车载单元进行实时信息交互与数据共享。通过汽车与道路基础设施提供大宽带和低时延的网络，5G可以提供高精度的导航服务，保障车载单元的行车安全，加入区块链技术，保护数据传输过程中的可靠性，将天基物联网技术作为后备通信技术；即使在5G网络没有覆盖的地方，车载单元也可以接入互联网进行数据传输。为此，将5G技术、云计算平台、区块链和天基物联网应用于汽车车载设备，是提升车载野外高效和智能化测绘工作的一种重要手段。
发明内容
本发明的目的在于：针对汽车平台野外测绘工作的过程，提供一种基于5G移动网络的车载平台与交互式空地网络连接的方法，实现测绘数据实时处理与共享、紧急救援与预警等城市公共安全保障功能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种野外可部署5G车载平台及其交互式空地网络系统，具体技术方案如下：
一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，包括：云计算平台、5G移动通信网络、卫星、若干车载单元、海量传感器、车载终端设备、路由器设备、高精度多模卫星接收机、地面数据中心和各相关政府部门信息中心和Web端服务系统；
在每个车载单元上安装车载终端设备、路由器设备、高精度多模卫星接收机和海量传感器；
在车载单元上设置网络服务接口、采集数据接口和网络传输数据端口；
所述车载终端设备通过网络服务接口，利用5G移动通信网络与云计算平台连接；
所述车载终端设备从云计算平台下载数据，并对数据进行展示；
所述采集数据接口连接海量传感器，所述网络传输数据端口与地面数据中心、各相关政府部门信息中心、Web端服务系统均连接；
所述地面数据中心、各相关政府部门信息中心和Web端服务系统均通过网络传输数据端口下载数据，获取实时信息，实现数据的实时共享；
所述海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
所述Web端服务系统与云计算平台连接；
所述车载终端设备包括：电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机和车载终端显示器；
所述电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机、车载终端显示器和海量传感器均通过路由器设备进行无线和/或有线连接，形成车载局部区域网络，实现车载终端设备以及海量传感器的信息交互；
利用基于5G的天基物联网，将手机与卫星进行网络通信，通过卫星通信与地面5G通信优势互补，构建交互式的空地网络系统；
所述电脑包括：笔记本电脑和台式电脑；
所述台式电脑的主机连接其他车载终端设备，接收和处理采集到的其他车载终端设备的数据资源，并同时将处理后的数据通过网络服务接口，利用5G移动通信网络上传到云计算平台；
所述测绘设备在室外采集测绘数据，并通过车载局部区域网络发送至台式电脑的主机或手机；
所述手机通过无线连接与台式电脑的主机进行信息交互，并控制测绘设备进行数据资源采集，测绘设备采集的数据资源通过网络服务接口，利用5G移动通信网络传输到云计算平台；
所述手机通过蓝牙或者专用数据线与车载多媒体设备相连，利用手机控制车载多媒体设备，实现音频播放、车载单元导航以及蓝牙电话等功能；
所述高精度多模卫星接收机与卫星进行无线通信，所述高精度多模卫星接收机与电脑连接；
所述高精度多模卫星接收机接收卫星的信号，并实时传送给电脑；电脑实时处理高精度多模卫星接收机传送的数据，解算得到高精度位置坐标，并通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时传输给云计算平台，进行位置共享。
在上述技术方案的基础，所述卫星接收机包括：接收机装置和接收机天线；
所述接收机装置安装在车载单元内的后排机柜中，所述接收机天线安装于车载单元的车顶；
所述测绘设备在室外采集的测绘数据包括：温度、湿度、空气质量、风速和气压等气象环境数据，以及道路拥堵视频数据、道路拥堵图片数据和地形环境数据；
所述测绘数据的形式包括：文本数据、视频数据和图片数据；
所述文本数据按照固定的目录和文件名格式进行存储；
所述视频数据和图片数据通过5G移动通信网络传送到所述车载终端显示器进行显示；
备份图片数据和备份视频数据通过网络服务接口，利用5G移动通信网络发送到云计算平台；
由所述云计算平台的图像压缩模块采用LOCO-I算法对备份图片数据进行编码，所述云计算平台对备份视频数据进行H.264编码；
电脑、手机、车载多媒体设备、车载终端显示器和Web端服务系统从云计算平台上实时下载编码后的备份图片数据和备份视频数据，并在解码后观看；
所述车载单元结合AR技术添加虚拟场景和有用信息，并在车载终端显示器中合成输出；
所述卫星包括：北斗卫星和GPS卫星；
所述手机包括：智能手机；
所述海量传感器包括：车载传感器和路面传感器等；
所述路由器设备包括：5G无线路由器设备；
所述无人机包括：测绘无人机；
所述车载单元为：车辆；
所述测绘设备包括：测绘机器人终端设备。
在上述技术方案的基础上，所述智能手机包括：5G智能手机。
在上述技术方案的基础上，所述车辆为：汽车。
在上述技术方案的基础上，所述汽车为：越野车、医疗救护车、工程抢险车、小巴车和小轿车。
在上述技术方案的基础上，所述越野车包括：城市越野车。
一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统搭建方法，包括以下步骤：
S1、搭建使用云计算平台的网络；
在云计算平台配置车载终端设备的网络服务接口，海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
所述车载终端设备通过网络服务接口，利用5G移动通信网络与云计算平台连接；
所述车载终端设备从云计算平台下载数据，并对数据进行展示；
S2、搭建使用路由器设备的车载局部区域网络；
采用路由器设备对电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机、车载终端显示器和海量传感器进行无线和/或有线连接，实现信息交互；
S3、搭建使用卫星的卫星导航定位模块，具体通过以下方式实现：
所述高精度多模卫星接收机接收卫星的信号，并实时传送给电脑；电脑实时处理高精度多模卫星接收机传送的数据，解算得到高精度位置坐标，并通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时传输给云计算平台，进行位置共享；
S4、搭建使用海量传感器的车载平台，进行多维度数据采集，实现现场立体勘察；
所述海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
S5、构建分布式存储网络系统，形成车载区块链平台；
车载平台利用区块链技术，构建分布式存储网络系统，形成车载区块链平台，在不需要可信第三方参与的情况下，保证各个车载单元的信息在传播过程中的正确性；
测绘设备采集的测绘数据与海量传感器采集的环境和道路的原始数据，通过5G移动通信网络，上传至车载区块链平台，形成一个去中心化和分布式存储的大数据共享中台；上述测绘数据和原始数据在得到授权后，为智能交通和城市安全等领域提供相应的数据支持；
由云计算平台接收测绘数据和原始数据，对测绘数据和原始数据进行清洗和大数据分析，用于具体应用的分析和处理，向车载单元反馈处理结果，并进行数据共享，满足用户特定的使用需求；
S6、实现智能接入控制与管理；
车载平台依据网络状态、无线环境和车载终端设备的能力，结合智能业务感知，及时将不同的业务映射到最合适的接入技术上，以多种类型的数据实现多流并行传输，提升数据传输效率，实现多种业务数据的协调处理和提升用户体验；
S7、构建交互式的空地网络系统；
利用基于5G的天基物联网，将车载终端设备与卫星进行网络通信，通过卫星通信与地面5G通信优势互补，构建交互式的空地网络系统(又称为：空地一体的交互式网络环境)；
S8、搭建车载数据链，构建智能交通小镇；
将车载单元获得的文本、图像和视频数据在地面数据中心和云计算平台之间进行互相传输，实现共享；
车载单元之间采用通信中继方式通信，各车载单元接受远程控制；若干车载单元组成车队；
车队中车载单元的数量按照奇数法则进行排列与组合、组建与扩展，便于车队进行系统决策与科学管理，有利于指挥员统一指挥和协调调配，当扩展的车辆数目足够多时，可构建智能交通小镇，服务更广区域，更准确和高效地处理复杂问题。
在上述技术方案的基础上，所述云计算平台为：车载独立的云计算平台，包括：虚拟机、虚拟网络以及虚拟存储；
采用高级编程语言Java进行云计算平台的搭建；
在所述云计算平台分配足够的数据存储空间以及数据计算资源，实现对数据的存储和计算分析；
所述在云计算平台配置车载终端设备的网络服务接口包括：配置对应车载终端设备的IP地址、端口号、专有用户名和密码。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S2中，路由器设备利用SIM卡接收网络信号，与互联网连接；同时，由路由器设备设置车载局部区域网络；
所述路由器设备将5G移动通信网络信号转化为Wireless Fidelity信号，为车载终端设备提供网络服务；
所述车载局部区域网络通过互联网间接地访问实验室数据中心的信息资源，达到实验室数据中心与车载终端设备数据共享的目的。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S3中，在电脑上安装高精度多模卫星接收机控制软件；所述电脑实时处理高精度多模卫星接收机传输的定位数据和5G基站发送的差分数据，并以差分定位的方式计算车载单元行驶过程中的高精度位置坐标(B0,L0,H0)，其中，B0为：车载单元行驶位置的纬度信息，L0为：车载单元行驶位置的经度信息，H0为：位置高程信息；
电脑将所述高精度位置坐标(B0,L0,H0)作为车载单元的位置数据，通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时上传至云计算平台，云计算平台将所有车载单元的位置信息数据通过Web端服务系统分享给各车载单元，并在手机的地图上显示，以实现车载单元与车载单元之间的位置实时共享，方便指挥和管理；
所述车载单元的位置数据还包括：识别代码，以便区分各车载单元；
所述车载单元通过接收机天线同时接收北斗卫星和GPS卫星的信号，实现车载单元的双星定位。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S4中，采用分布式架构和大数据虚拟化技术，所述海量传感器将其采集的原始数据分布式存储在云计算平台分配的数据存储空间中；在云计算平台上开发云应用平台软件和大数据中台软件，对原始数据进行清洗、数据库存储以及算法分析，实现数据可视化、数据融合、数据预测与数据规划等任务；
云计算平台对原始数据处理分析完成之后，通过5G移动通信网络反馈给车载终端设备；
所述车载终端设备中的手机、电脑、车载多媒体设备和车载终端显示器显示原始数据处理后的结果。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S5中，所述区块链由各个车载单元的车载终端设备共同维护；
每个车载单元作为一个单独区块链节点，当车载单元获取到关键信息数据，车载单元对关键信息数据打包，形成区块进行存储；其他车载单元继续采集数据，形成监测信息链，监测信息链由云计算平台或地面数据中心处理；处理完成后，云计算平台再传输给各个车载单元；
所述关键信息数据包括：故障隐患参数数据和保密性数据等；
所述保密性数据包括：保密性文本数据、保密性图片数据、、保密性音频数据和保密性视频数据等；
区块链中传输的数据应用非对称加密算法，保证区块链网络的安全以及用户的隐私保护；
所述区块链为私有链，只针对特定的车载单元开发，以车辆识别号码为唯一账号，接入车载区块链平台，信息不公开，不需要激励机制，共识算法采用分布式一致性算法，使车载区块链平台达成共识；
所述分布式一致性算法包括：拜占庭容错算法；
所述区块链的区块结构包括：区块头和区块体；
所述区块头包括：时间戳、前一个区块的哈希值和数据信息的Merkel树根；
所述时间戳使得区块有序地连接成一条数据信息链；
前一个区块的哈希值包含前一区块有关的所有信息，以确保区块数据的完整性；
如果前一个区块中的某些数据信息被恶意篡改，则前一区块中数据信息的Merkle树根也将产生变化，进而导致其区块的哈希值改变；
上述变化将迭代地扩展到后续所有的区块，最后形成一条叉链；所述叉链并不是所有车载单元区块节点之前达成的共识，叉链不被认可，以此保证数据的可靠性传输；
车载单元作为区块链节点，数据分布式存储在各车载单元上，采用共识机制防止数据篡改与实现数据共享，对传输过程中的数据进行加密。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S7中，在所述车载终端设备(例如：手机)上安装卫星信号接收器，以便搜索卫星信号；
车载终端设备与基于5G的天基物联网的用户接口相连接；
通过卫星传输采集数据，不会受到天气和气候等因素的影响，即使在没有地面网络信号的极端情况下，车载终端设备依然能够实现限定内区域无障碍地实时互联互通。
在上述技术方案的基础上，在所述步骤S8中，所述车载单元通过5G微基站提供的5G移动通信网络与云计算平台、地面数据中心连接，进行安全和高效的数据传输；
云计算平台的数据处理结果通过5G移动通信网络反馈给车载单元，并向车载单元下发车载指挥控制指令以及测绘数据分析结果；
通过所述车载指挥控制指令对各车载单元进行远程控制；
相关政府部门信息中心和特定用户访问云计算平台的网络接口，实现数据共享与信息交互；
所述野外可部署5G车载平台以三个车载单元作为基本账户与组合单元。
本发明的有益技术效果如下：
本发明所述技术方案引入了5G移动通信网络技术，5G移动通信网络可以提供高容量、低时延和无缝覆盖的网络，将大规模的车载设备进行网络互联，进行信息交互，同时保证数据高效和实时的传输，方便了车辆指挥与管理，保证多台车辆组成的车队高效安全地进行测绘作业。在车载设备中搭建北斗卫星导航系统，为汽车提供实时的高精度定位，与5G移动通信网络共同为汽车提供导航服务，为汽车的野外出行安全提供保障。互联网行业的发展，使得市场对云计算服务的需求增加，车载平台有专属的云计算服务中心(即云计算平台)和大数据处理模块，可提供传统数据分析与数据咨询服务，对测绘数据的处理计算结果通过5G移动通信网络传输给车载显示终端(即车载终端显示器)进行展示。
本发明技术方案包括：云计算平台，对车载传输数据进行存储和计算处理；路由器设备，搭建车载局部区域网络，实现电脑、手机、测绘设备和无人机等的无线连接；搭建卫星导航定位模块；利用区块链技术，构建分布式存储网络系统；充分利用基于5G的天基物联网，将手机与卫星进行网络通信，与5G通信优势互补，保障信息传输过程的连续性、稳健性和可用性。本发明实现城市越野车与工程车的科学组合，在户外测绘作业过程中实现车辆之间以及车载终端设备间的网络连接与信息共享畅通无阻，保障半径3公里以内的区域的车载地面设备仪器的互联互通。即人工智能AI与物联网IoT技术交相融合，智慧出行、智能服务，万物智慧互联，形成AIoT，天际物联网；最终实现智慧城市与绿色出行，破解大中城市交通堵塞，构建数个智能交通小镇。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明实施例提供的一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统搭建方法流程示意图；
图2为数据采集和处理分析的流程示意图；
图3为车载局域网规划示意图；
图4为车载局域网连接示意图；
图5为车载单元信息共享示意图；
图6为车载平台定位模块系统结构示意图；
图7为基于野外可部署5G车载平台的组成架构示意图；
图8为基于野外可部署5G车载平台的总体网络能力架构演示示意图；
图9为基于区块链技术的分布式存储网络的系统结构示意图；
图10为空地一体的交互式网络的系统架构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。
如图1-图10所示，其中，图1为本发明实施例提供的一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统搭建方法流程示意图，参照图1，该方法包括以下步骤：
S1、搭建使用云计算平台的网络，配置车载终端设备可接入的无线接口(即网络服务接口)。
具体包括：
搭建车载独立的云计算平台，包括：虚拟机、虚拟网络以及虚拟存储；在所述云计算平台分配足够的数据存储空间以及数据计算资源，提供用于车载终端设备连接的专用接口(即网络服务接口)，包括：对应的IP地址与端口号，并配置好专有用户名和密码。
数据从采集到处理分析的流程示意如图2所示，本发明采用高级编程语言Java进行云计算平台的搭建，开发数据处理的程序，包括：数据清洗和算法分析功能软件，以实时处理车辆的测绘设备在测绘工作中采集到的参数数据。
测绘设备采集到的数据资源的形式包括：文本数据、视频数据和图片数据，其中，文本数据按照固定的目录和文件名格式进行存储；视频数据和图片数据通过5G移动通信网络传送到所述车载终端显示器(简称显示器)进行显示；将备份图片数据和备份视频数据通过网络服务接口，利用5G移动通信网络发送到云计算平台；由所述云计算平台的图像压缩模块采用LOCO-I算法对采集的备份图片数据进行编码，对备份视频数据进行H.264编码；编码后的备份图片数据和备份视频文件(即视频数据)存储至云计算平台；车载单元以及Web端服务系统可以实时下载编码后的备份图片数据和备份视频数据，并在解码后观看，车载单元可结合AR技术添加虚拟场景和有用信息，在车载终端显示器中合成输出。
S2、车辆内安装路由器设备(简称路由器)，搭建车载局域网络(即车载局部区域网络)，实现电脑、手机(包括：5G智能手机)和测绘机器人终端设备(简称测绘机器人)等的无线连接，形成无线局域网，5G智能手机又称为：5G手机终端。
车载路由器设备接收网络信号，与互联网连接；车载路由器设备将5G移动通信网络信号(简称5G通信网络信号或5G网络信号)转化为Wireless Fidelity(WIFI)信号，为车载终端设备提供网络服务。车载海量传感器采集到的原始数据通过5G移动通信网络(简称：5G通信网络)上传到云计算平台(又称为：云服务器)，云计算平台对原始数据处理分析完成之后，通过5G移动通信网络反馈给车载终端设备。
所述车载终端设备包括：智能手机、笔记本电脑和台式电脑等，智能手机、笔记本电脑和台式电脑用于：显示原始数据处理后的结果；5G移动通信网络传输数据延时短和容量大，可以快速地展示数据结果。5G移动通信网络将各个车载单元和车载设备终端进行无线连接，实现信息交互。车队中的越野车之间通过手机的终端进行信息交互，以“腾讯会议”客户端为例，各个车载单元分别通过5G移动通信网络连接互联网，利用“腾讯会议”客户端进行语音或者视频通话，方便指挥员指令的传达。
车载局域网络通过5G移动通信网络接入互联网，实现车-车间的信息交互，数据资源可以实现同步共享，同时可以通过互联网间接地访问实验室数据中心的信息资源，达到地面实验室数据中心与车载终端设备数据共享的目的。
具体包括：
5G车载平台的车载单元采用端对端方式进行数据传输，保证数据的安全和高效性。车内安装5G无线路由器设备，5G无线路由器设备将5G信号转化为有线和无线网络信号，将所有车载终端设备连接起来，同时设置车载局部区域网络(简称：车载局域网)，如图3和图4所示。
车载终端设备包括：测绘机器人终端设备、智能手机、笔记本电脑、台式电脑和打印机(又称为：共享打印机)等。
台式电脑的主机连接其他车载终端设备，其他车载终端设备包括：笔记本电脑、打印机以及测绘机器人终端设备等。
S3、车载安装高精度多模卫星接收机，接收北斗卫星和GPS卫星信号，接收机装置安装在汽车内的后排机柜中，接收机天线置于汽车的车顶，电脑实时处理卫星接收机传送的数据，解算得到高精度位置坐标，并实时传输给云计算平台，进行位置共享；
具体包括：
车载安装高精度多模卫星接收机，接收机天线置于车顶，同时接收北斗卫星导航信号和GPS卫星信号，在笔记本电脑上安装卫星接收机控制软件，实时处理传输的定位数据，接收到的数据还包含5G基站发送的差分数据，以差分定位的方式计算汽车行驶过程中的高精度位置坐标(B0,L0,H0)，其中，B0为汽车行驶位置的纬度信息，L0为汽车行驶位置的经度信息，H0为位置高程信息。
如图5所示，各台车载单元的位置信息通过5G通信网络上传给云计算平台(即云服务器)，按固定的格式存储；同时，位置数据还含有识别代码，以区分各台车载单元，车载终端设备通过5G移动通信网络从云计算平台获取所有车载单元的位置信息，并在手机终端(即手机)的地图上显示，以实现车载单元与车载单元之间的位置实时共享，方便指挥和管理。
图6展示了车载平台定位模块(即卫星导航定位模块)系统的结构，车载单元通过卫星天线(即接收机天线)同时接收北斗卫星和GPS卫星的信号，车载电脑收集卫星接收机的输出数据，通过位置解算算法模块解算出车载单元的位置信息，实现车载单元的双星定位，同时，电脑将位置信息传输给云计算平台，云计算平台处理各车载单元的位置信息，并分享给所有车载单元以及Web端服务系统，提供位置服务，实现位置共享，Web端服务系统根据车载单元的运行情况，实时与车载单元进行信息交互，实现调度控制的功能。
图7展示了基于野外可部署5G车载平台的组成架构，包括：信息感知层、网络传输层、信息存储层、信息处理层以及应用层；
信息感知层主要包括：测绘无人机、测绘终端设备和和北斗卫星接收机等；网络传输层包含：车载局域网(即车载局部区域网络或WLAN)、网线传输与5G移动通信网络，实现数据的快速、高效和安全的传输；
信息存储层包括：车载区块链平台和分布式存储网络系统(简称：分布式存储)；
信息处理层主要包括：云计算平台与云计算中心(合称云计算)、数据处理中心(即地面数据中心)、大数据处理和算法分析，主要对上传的数据进行存储和计算分析；应用层包括：浏览器显示、政府部门信息中心、监控预警和车载终端设备，如手机(主要是：手机终端应用)、笔记本电脑和LED显示屏(车载终端显示器的一种)等，主要展示数据处理的结果，同时接收指挥命令。
S4、测绘机器人终端设备采集的测绘数据与海量传感器采集的环境和道路相关的原始数据，通过5G移动通信网络，上传至车载区块链平台存储，由数据处理中心以及云计算平台接收测绘数据和原始数据，对测绘数据和原始数据进行清洗和大数据分析，用于具体应用的分析和处理，向车载单元反馈处理结果，并进行数据共享，满足用户特定的使用需求。
具体包括：
台式电脑的主机接收和处理采集到的其他车载终端设备的数据资源，并同时将处理后的数据通过5G移动通信网络上传到云计算平台；测绘机器人终端设备在室外采集测绘数据，数据类型多种多样，例如温度、湿度、空气质量、风速和气压等气象环境数据，以及道路拥堵视频数据、道路拥堵图片数据、地形环境数据；采集到的所有数据通过局域网发送至台式电脑的主机或手机；手机通过车载内部无线局域网(即车载局部区域网络)与台式电脑进行信息交互；同时也可以控制测绘机器人终端设备等数据采集设备，数据资源可以通过5G移动通信网络传输到云计算平台；云计算平台开发数据处理软件，得到分析结果以及生成车载指挥控制命令，反馈给车载单元的车载终端设备。笔记本电脑、台式电脑和手机终端应用通过5G移动通信网络从云计算平台上下载反馈的数据处理结果，并将数据处理结果在笔记本电脑、台式电脑或手机的显示屏上进行展示。
S5、车载平台利用区块链技术，构建分布式存储网络系统，在不需要可信第三方参与的情况下，保证各个车载单元的信息在传播过程中的正确性。在数据的传输过程中，利用区块链技术保证数据的可信性和安全性。
具体包括：
车载平台中基于区块链技术的分布式存储网络的系统结构示意如图9所示，每个车载单元都作为一个单独区块链节点，当车载单元获取到关键信息数据，例如：故障隐患参数数据和保密性音频数据等，车载单元就会对这些数据打包，形成区块进行存储，接下来其他车载单元继续采集数据形成监测信息链，该监测信息链由云计算平台或地面数据中心处理，完成后，云计算平台再传输给各个车载单元，区块链中传输的数据应用非对称加密算法，保证区块链网络的安全以及用户的隐私保护。车载平台的区块链为私有链，只针对特定的车载单元开发，以车辆VIN码(车辆识别号码)为唯一账号，接入车载区块链平台，信息不公开，不需要激励机制，共识算法采用分布式一致性算法，如拜占庭容错算法(PBFT)，使车载区块链平台达成共识。将车载单元采集的信息上传到车载区块链平台，形成一个去中心化和分布式存储的大数据共享中台，这些数据在得到授权后，可以应用于智能交通和城市安全等领域，提供相应的数据支持。
车载单元作为区块链节点，数据分布式存储在各车载单元上，采用共识机制防止数据篡改与实现数据共享，对传输过程中的数据进行加密，实现去中心化和分布式存储数据的一种车载区块链平台，保证数据的安全可靠传输。
S6、依据网络状态、无线环境和车载终端设备的能力，灵活采用合适的接入技术，多种类型的数据实现多流并行传输，提升数据传输效率，实现多种业务数据的协调处理，提升用户体验。
具体包括：
5G移动通信网络构建多个层次的异构网络，并且容纳了多种空口接入，具备较高的无线资源利用率，将车载终端设备分别处理，互不影响。以5G车载野外空地测绘数据采集功能为例，通过车载无人机、5G手机、北斗卫星接收机定位数据及海量传感器分别采集原始数据，数据类型多样，包括：图片、音频和文本等，不同格式数据分别通过5G移动通信网络，并行上传到云计算平台或地面数据中心，进行并行处理；处理方式和资源互不影响。各个处理模块计算分析的同时，将车载平台中的各模块的功能紧密地融合在一起，在应用层的数据共享和功能实现方面起到关键作用，最终形成灵活高效的空地交互式网络系统。
基于野外可部署5G车载平台的总体网络能力架构演示示意图如图8所示。野外可部署5G车载平台具有网络能力开放的功能，网络能力开放的目的在于：实现面向第三方应用服务提供商，提供所需的信息资源网络能力，车载平台需要将采集的信息根据具体的需求适配，提供给第三方使用。基于野外可部署5G车载开放平台包括：平台应用层、技术能力层、区域资源层以及5G通信网络层(简称5G通信网络)。其中，区域资源层实现车载平台架构与5G网络的交互，完成对底层网络资源抽象的定义，整合上层信息感知的需求，上报传输的数据类型，将上层制定的能力调用逻辑映射为对网络资源按需编排的控制信令。技术能力层主要对区域资源层的网络信息进行汇聚和分析，进行网络原子能力的封装和按需组合编排，同时生产相应的网络API接口；平台应用层是车载平台的需求方，例如相关政府部门信息中心，利用技术能力层提供的API接口来筛选所需的网络信息，实现信息共享。
S7、利用基于5G的天基物联网，将手机与卫星进行网络通信，卫星通信与地面5G通信优势互补，构建出空地一体的交互式网络环境(即交互式的空地网络系统)。
具体包括：
车载终端设备，例如手机，需要安装卫星信号接收器，以搜索卫星信号，与基于5G的天基物联网的用户接口相连接；通过卫星传输采集数据，不会受到天气和气候等因素影响，即使在没有地面5G网络信号的极端情况下，车载终端设备依然能够实现限定区域无障碍地实时互联互通，空地一体的交互式网络环境的系统架构示意如图10所示，服务于3公里服务区域。空地一体的交互式网络环境适用于地面5G网络信号无法覆盖的偏远地区和应急需要，例如：为应急救灾，快速建立通信链路和指挥系统；为户外运动遇险人员搭建生命保护线；为海洋渔政提供动态监测信息；为水利防汛系统管理防汛地区；以及为勘探科考野外作业提供通信保障等。
S8、搭建车载数据链，将车载单元采集测绘到的文本、图像和视频数据进行共享，与地面数据中心、云计算平台之间互相传输数据；
车载单元之间采用通信中继方式通信，各车载单元接受远程控制。
具体包括：
车载单元通过5G微基站提供的5G移动通信网络与云计算平台、地面数据中心连接，进行安全和高效的数据传输。
云计算平台的数据处理结果可以通过5G移动通信网络反馈给车载单元，并向车载单元下发车载指挥控制指令以及测绘数据分析结果。
相关政府部门和特定用户可以访问云计算平台网络接口，实现数据共享与信息交互。以哈弗H6都市版为例，车载5G手机终端可以通过蓝牙、Wireless Fidelity(WIFI)以及USB数据线与车载多媒体设备连接，对车载单元通过5G手机进行控制，例如：查看车载单元运行状态、控制车窗、空调和手机投屏等功能。
野外可部署5G车载平台以三台汽车作为基本账户与组合单元。
以一辆城市越野车为例，作为出发点；包括：一台城市越野车、一台轿车和一台工程抢险车，组成空天一体化服务基础平台，为方圆3公里以内的区域提供服务。以车载测绘无人机为例，无人机监测3公里范围以内的区域，将拍摄到的图像和视频实时传输给车载终端设备，包括：5G智能手机、笔记本电脑和台式电脑，车载指挥员对视频数据进行初步审核，判断是否为事故可疑发生地，将可疑的图像和视频上传至云计算平台，进行实时分析计算，反馈评估结果，生成相应的指挥命令。若判断为事故发生地，车载多媒体设备根据反馈的事故发生地坐标，快速生成导航路线，指挥车队快速和安全地到达事故发生地，第一时间进行处理事故。
在应急医疗与联勤保障方面，整个车队中车载单元的数目始终按照奇数法则，排列与组合，组建与扩展；动静相宜，在运行和静止的各种状态下保持一定的队形，保证安全和高效地执行相应任务。
例如：整个车队包括：2辆越野车与一辆应急救援车，应急救援车实现医疗信息化，可以接收周边3公里环境以内的用户请求，快速和高效地到达待救援位置实时救援。2辆越野车中的一台车辆作为指挥车，集中所有的测绘数据上传至云计算平台，并从云计算平台中下载数据，分析处理的结果，根据处理的结果下发相应的指令。当数据分析结果显示待救援位置坐标后，应急救援车会响应指令，前往事故位置，实施应急处置与野外救援，以实现快速、准确和高效地保证周边环境安全的功能。
上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例和附图所公开的内容。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于，包括：云计算平台、5G移动通信网络、卫星、若干车载单元、海量传感器、车载终端设备、路由器设备、卫星接收机、地面数据中心和政府部门信息中心和Web端服务系统；
在每个车载单元上安装车载终端设备、路由器设备、高精度多模卫星接收机和海量传感器；
在车载单元上设置网络服务接口、采集数据接口和网络传输数据端口；
所述车载终端设备通过网络服务接口，利用5G移动通信网络与云计算平台连接；
所述车载终端设备从云计算平台下载数据，并对数据进行展示；
所述采集数据接口连接海量传感器，所述网络传输数据端口与地面数据中心、政府部门信息中心、Web端服务系统均连接；
所述地面数据中心、政府部门信息中心和Web端服务系统均通过网络传输数据端口下载数据，获取实时信息，实现数据的实时共享；
所述海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
所述Web端服务系统与云计算平台连接；
所述车载终端设备包括：电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机和车载终端显示器；
所述电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机、车载终端显示器和海量传感器均通过路由器设备进行无线和/或有线连接，形成车载局部区域网络，实现车载终端设备以及海量传感器的信息交互；
利用基于5G的天基物联网，将手机与卫星进行网络通信，通过卫星通信与地面5G通信优势互补，构建交互式的空地网络系统；
所述电脑包括：笔记本电脑和台式电脑；
所述台式电脑的主机连接其他车载终端设备，接收和处理采集到的其他车载终端设备的数据资源，并同时将处理后的数据通过网络服务接口，利用5G移动通信网络上传到云计算平台；
所述测绘设备在室外采集测绘数据，并通过车载局部区域网络发送至台式电脑的主机或手机；
所述手机通过无线连接与台式电脑的主机进行信息交互，并控制测绘设备进行数据资源采集，测绘设备采集的数据资源通过网络服务接口，利用5G移动通信网络传输到云计算平台；
所述手机通过蓝牙或者专用数据线与车载多媒体设备相连，利用手机控制车载多媒体设备，实现音频播放、车载单元导航以及蓝牙电话功能；
所述卫星接收机与卫星进行无线通信，所述卫星接收机与电脑连接；
所述高精度多模卫星接收机接收卫星的信号，并实时传送给电脑；电脑实时处理高精度多模卫星接收机传送的数据，解算得到高精度位置坐标，并通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时传输给云计算平台，进行位置共享；
所述基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统的搭建方法，包括以下步骤：
S1、搭建使用云计算平台的网络；
在云计算平台配置车载终端设备的网络服务接口，海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
所述车载终端设备通过，利用5G移动通信网络网络服务接口与云计算平台连接；
所述车载终端设备从云计算平台下载数据，并对数据进行展示；
S2、搭建使用路由器设备的车载局部区域网络；
采用路由器设备对电脑、手机、测绘设备、无人机、车载多媒体设备、打印机、车载终端显示器和海量传感器进行无线和/或有线连接，实现信息交互；
S3、搭建使用卫星的卫星导航定位模块，具体通过以下方式实现：
所述卫星接收机接收卫星的信号，并实时传送给电脑；电脑实时处理卫星接收机传送的数据，解算得到高精度位置坐标，并通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时传输给云计算平台，进行位置共享；
S4、搭建使用海量传感器的车载平台，进行多维度数据采集，实现现场立体勘察；
所述海量传感器将其采集的原始数据通过5G移动通信网络上传至云计算平台；
S5、构建分布式存储网络系统，形成车载区块链平台；
车载平台利用区块链技术，构建分布式存储网络系统，形成车载区块链平台，在不需要可信第三方参与的情况下，保证各个车载单元的信息在传播过程中的正确性；
测绘设备采集的测绘数据与海量传感器采集的环境和道路的原始数据，通过5G移动通信网络，上传至车载区块链平台，形成一个去中心化和分布式存储的大数据共享中台；上述测绘数据和原始数据在得到授权后，为智能交通和城市安全领域提供相应的数据支持；
由云计算平台接收测绘数据和原始数据，对测绘数据和原始数据进行清洗和大数据分析，用于具体应用的分析和处理，向车载单元反馈处理结果，并进行数据共享，满足用户特定的使用需求；
S6、实现智能接入控制与管理；
车载平台依据网络状态、无线环境和车载终端设备的能力，结合智能业务感知，及时将不同的业务映射到最合适的接入技术上，以多种类型的数据实现多流并行传输，提升数据传输效率，实现多种业务数据的协调处理和提升用户体验；
S7、构建交互式的空地网络系统；
利用基于5G的天基物联网，将车载终端设备与卫星进行网络通信，通过卫星通信与地面5G通信优势互补，构建交互式的空地网络系统；
S8、搭建车载数据链，构建智能交通小镇；
将车载单元获得的文本、图像和视频数据在地面数据中心和云计算平台之间进行互相传输，实现共享；
车载单元之间采用通信中继方式通信，各车载单元接受远程控制；
若干车载单元组成车队；
车队中车载单元的数量按照奇数法则进行排列与组合、组建与扩展，构建智能交通小镇，服务更广区域，更准确和高效地处理复杂问题。
2.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：所述卫星接收机包括：接收机装置和接收机天线；
所述接收机装置安装在车载单元内的后排机柜中，所述接收机天线安装于车载单元的车顶；
所述测绘设备在室外采集的测绘数据包括：温度、湿度、空气质量、风速和气压气象环境数据，以及道路拥堵视频数据、道路拥堵图片数据和地形环境数据；
所述测绘数据的形式包括：文本数据、视频数据和图片数据；
所述文本数据按照固定的目录和文件名格式进行存储；
所述视频数据和图片数据通过5G移动通信网络传送到所述车载终端显示器进行显示；
备份图片数据和备份视频数据通过网络服务接口，利用5G移动通信网络发送到云计算平台；
由所述云计算平台的图像压缩模块采用LOCO-I算法对备份图片数据进行编码，所述云计算平台对备份视频数据进行H.264编码；
编码后的图片数据和视频数据上传至云计算平台；
电脑、手机、车载多媒体设备、车载终端显示器和Web端服务系统从云计算平台上实时下载编码后的备份图片数据和备份视频数据，并在解码后观看；
所述车载单元结合AR技术添加虚拟场景和有用信息，并在车载终端显示器中合成输出；
所述卫星包括：北斗卫星和GPS卫星；
所述手机包括：智能手机；
所述海量传感器包括：车载传感器和路面传感器；
所述路由器设备包括：5G无线路由器设备；
所述无人机包括：测绘无人机；
所述车载单元为：车辆；
所述测绘设备包括：测绘机器人终端设备。
3.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：所述云计算平台为：车载独立的云计算平台，包括：虚拟机、虚拟网络以及虚拟存储；
采用高级编程语言Java进行云计算平台的搭建；
在所述云计算平台分配数据存储空间以及数据计算资源，实现对数据的存储和计算分析；
所述在云计算平台配置车载终端设备的网络服务接口包括：配置对应车载终端设备的IP地址、端口号、专有用户名和密码。
4.如权利要求3所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S4中，采用分布式架构和大数据虚拟化技术，所述海量传感器将其采集的原始数据分布式存储在云计算平台分配的数据存储空间中；在云计算平台上开发云应用平台软件和大数据中台软件，对原始数据进行清洗、数据库存储以及算法分析，实现数据可视化、数据融合、数据预测与数据规划任务；
云计算平台对原始数据处理分析完成之后，通过5G移动通信网络反馈给车载终端设备；
所述车载终端设备中的手机、电脑、车载多媒体设备和车载终端显示器显示原始数据处理后的结果。
5.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S2中，路由器设备利用SIM卡接收网络信号，与互联网连接；同时，由路由器设备设置车载局部区域网络；
所述路由器设备将5G移动通信网络信号转化为Wireless Fidelity信号，为车载终端设备提供网络服务；
所述车载局部区域网络通过互联网间接地访问实验室数据中心的信息资源，达到实验室数据中心与车载终端设备数据共享的目的。
6.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S3中，在电脑上安装卫星接收机控制软件；所述电脑实时处理卫星接收机传输的定位数据和5G基站发送的差分数据，并以差分定位的方式计算车载单元行驶过程中的高精度位置坐标(B0，L0，H0)，其中，B0为：车载单元行驶位置的纬度信息，L0为：车载单元行驶位置的经度信息，H0为：位置高程信息；
电脑将所述高精度位置坐标(B0，L0，H0)作为车载单元的位置数据，通过网络服务接口，利用5G移动通信网络实时上传至云计算平台，云计算平台将所有车载单元的位置信息数据通过Web端服务系统分享给各车载单元，并在手机的地图上显示，以实现车载单元与车载单元之间的位置实时共享，方便指挥和管理；
所述车载单元的位置数据还包括：识别代码，以便区分各车载单元；
所述车载单元通过接收机天线同时接收北斗卫星和GPS卫星的信号，实现车载单元的双星定位。
7.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S5中，所述区块链由各个车载单元的车载终端设备共同维护；
每个车载单元作为一个单独区块链节点，当车载单元获取到关键信息数据，车载单元对关键信息数据打包，形成区块进行存储；其他车载单元继续采集数据，形成监测信息链，监测信息链由云计算平台或地面数据中心处理；处理完成后，云计算平台再传输给各个车载单元；
所述关键信息数据包括：故障隐患参数数据和保密性数据；
所述保密性数据包括：保密性文本数据、保密性图片数据、保密性音频数据和保密性视频数据；
区块链中传输的数据应用非对称加密算法，保证区块链网络的安全以及用户的隐私保护；
所述区块链为私有链，只针对特定的车载单元开发，以车辆识别号码为唯一账号，接入车载区块链平台，信息不公开，不需要激励机制，共识算法采用分布式一致性算法，使车载区块链平台达成共识；
所述分布式一致性算法包括：拜占庭容错算法；
所述区块链的区块结构包括：区块头和区块体；
所述区块头包括：时间戳、前一个区块的哈希值和数据信息的Merkel树根；
所述时间戳使得区块有序地连接成一条数据信息链；
前一个区块的哈希值包含前一区块有关的所有信息，以确保区块数据的完整性；
如果前一个区块中的某些数据信息被恶意篡改，则前一区块中数据信息的Merkle树根也将产生变化，进而导致其区块的哈希值改变；
上述变化将迭代地扩展到后续所有的区块，最后形成一条叉链；所述叉链并不是所有车载单元区块节点之前达成的共识，叉链不被认可，以此保证数据的可靠性传输；
车载单元作为区块链节点，数据分布式存储在各车载单元上，采用共识机制防止数据篡改与实现数据共享，对传输过程中的数据进行加密。
8.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S7中，在所述车载终端设备上安装卫星信号接收器，以便搜索卫星信号；
车载终端设备与基于5G的天基物联网的用户接口相连接。
9.如权利要求1所述的基于野外可部署5G车载平台的空地网络系统，其特征在于：在所述步骤S8中，所述车载单元通过5G微基站提供的5G移动通信网络与云计算平台、地面数据中心连接，进行安全和高效的数据传输；
云计算平台的数据处理结果通过5G移动通信网络反馈给车载单元，并向车载单元下发车载指挥控制指令以及测绘数据分析结果；
通过所述车载指挥控制指令对各车载单元进行远程控制；
政府部门信息中心和特定用户访问云计算平台的网络接口，实现数据共享与信息交互；
所述野外可部署5G车载平台以三个车载单元作为基本账户与组合元。
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