CN114339636A - 一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法，水雨情监测系统包括水文采集模块、遥测终端机、北斗用户端、移动通信网络系统、用于北斗数据电文接收处理的北斗接收服务器，以及用于接收北斗接收服务器转发的水文监测数据报文的中心站接收平台；所述北斗用户端包括北斗用户发送端和北斗用户接收端；所述北斗卫星通信系统包括北斗卫星、北斗地面站；所述移动通信网络系统，北斗地面站与北斗卫星民用运营中心、北斗卫星民用运营中心与北斗接收服务器、以及北斗接收服务器与中心站接收平台之间的数据交互。本发明通过两种通信方式的结合提升北斗通信在水文数据监测方面的可靠性，避免通信中断时无法实时水雨情监测。

Description

一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及水雨情监测技术领域，特别涉及一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法。

背景技术

北斗短报文通信是利用北斗卫星系统传输短信息的一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法通信方式，在水雨情监测系统中，北斗短报文通信通常作为监测系统的单一信道或双信道中的备用信道与中心站交互数据，主要用于移动无线网络覆盖弱或无法覆盖的应用场合。北斗短报文通信通常由用户发送端发送而北斗短报文，并经过北斗卫星、地面站，再到北斗卫星，最后才到用户接收端接收北斗短报文，中间经历多个环节，因此，易受天气环境、用户接收端设备质量及其现场环境等因素的多重影响，导致北斗短报文通信成功率不高，一般只能达到90％～95％左右。另一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法北斗短报文传输方式是用户发送端发送而北斗短报文，并经过北斗卫星、地面站，再到北斗终端厂商的北斗民用运营中心，最后通过网络推送给用户；但由于要经过北斗终端厂商的北斗民用运营中心环节，以及需要北斗终端厂商及用户接收端网络均正常，一旦两边出现网络故障或机房维护等情况，则用户接收端无法接收到发送端发送的北斗电文。最后，由于北斗短报文通信受北斗传输频率的制约，发送端每次发送短报文有一定的间隔限制(根据北斗用户卡而定，一般是300s的北斗卡，即两次发送北斗短报文需要间隔5分钟)，一旦用户发送端发送一次北斗短报文后，接收端若没有接收到，则前一次监测数据对于中心站而言就丢失了，因此，采用单一的北斗短报文传输机制均不能很好的满足山洪灾害预警监测、农村基层预警及水库自动测报系统等水雨情监测系统对数据传输的及时性及可靠性要求。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法，所述水雨情监测系统包括水文采集模块、遥测终端机、北斗用户端、北斗卫星通信系统、北斗卫星民用运营中心、移动通信网络系统、北斗接收服务器，以及中心站接收平台；

所述水文采集模块，用于采集水雨情监测数据并上传；

所述遥测终端机，用于接收水文采集模块传输的数据形成北斗数据电文，以及通过提供的不同类型的采集接口，所述遥测终端机与水文采集模块的信号端连接；

所述北斗用户端包括连接于所述遥测终端机的北斗用户发送端和连接于北斗接收服务器的北斗用户接收端，所述北斗用户发送端和北斗用户接收端用于通过北斗卫星进行北斗数据电文通信；

所述北斗卫星通信系统包括北斗卫星和北斗地面站；

所述移动通信网络系统，用于北斗地面站与北斗卫星民用运营中心、北斗卫星民用运营中心与北斗接收服务器、以及北斗接收服务器与中心站接收平台之间的数据交互；

所述北斗接收服务器，用于分别对接收到的北斗用户端和移动通信网络系统传输的北斗数据电文接收处理；

所述中心站接收平台，用于接收经过解析后的北斗数据电文，实时对监测点的水雨情进行监测。

作为本发明的进一步的方案：水文采集模块包括雨量计、水位计、流速仪，以及流量计。

作为本发明的进一步的方案：遥测终端机的电路接口类型包括脉冲量、格雷码、开关量、4-20mA电流接口、0-5V电压接口、RS485接口，以及SD-12。

作为本发明的进一步的方案：遥测终端机设置串口连接于北斗用户发送端。

作为本发明的进一步的方案：所述移动通信网络系统依次对北斗地面站、北斗卫星民用运营中心和北斗接收服务器进行数据信号交互连接。

作为本发明的进一步的方案：北斗接收服务器部署北斗短报文处理软件对短报文进行解析，并与原始电文进行比对。

作为本发明的进一步的方案：北斗接收服务器设置有与北斗用户接收端连接的串口，以及与互联网连接的固定IP地址的公网。

一种包括如上述任一项所述的一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统的通信方法，具体步骤包括：

遥测终端机通过设置不同类型的采集接口与水文采集模块连接采集监测点的水雨情监测数据，并以预设格式形成北斗数据电文通过北斗用户发送端进行传输；

北斗卫星接收到北斗数据电文后，转发至北斗地面站进行加密，并以广播形式传输至北斗用户接收端，同时通过北斗卫星民用运营中心推送至北斗接收服务器；

北斗接收服务器通过串口连接接收北斗用户接收端的出站电文，同时通过公网接收北斗卫星民用运营中心的北斗数据电文，并通过预先部署的北斗短报文处理软件解析出原始的水雨情监测数据并进行存储；

北斗接收服务器根据预先配置的若干个中心站接收地址向中心站接收平台转发北斗数据电文进行实时监测。

作为本发明的进一步的方案：所述北斗短报文处理软件接收到出站电文和北斗数据电文的具体步骤包括：

先收到的电文作为原始电文导入原始电文库，并对电文解析导入实时监测数据库；

后收到的电文与数据库的历史电文进行比对；

若原始电文库已存在相同电文，则丢弃且不解析，若原始电文库无该条电文，则该条电文的导入原始电文库，进行转发和解析导入实时监测数据库。

作为本发明的进一步的方案：出站电文和北斗数据电文作为原始电文入库前，进行电文预解析以判断是否为合法电文，若不是合法电文，则丢弃。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

通过采用上述的技术方案，首先进行水雨情监测系统的设置，利用遥测终端机采集水文采集模块的水雨情监测数据信息，并通过北斗用户发送端经由北斗卫星进行传输，在经过北斗地面站时分别通过卫星广播形式传输至北斗用户接收端，再传输至北斗接收服务器，或利用公网直接传输至北斗接收服务器。在北斗接收服务器中进行导入、解析、转发等处理。最后通过预先配置的中心站IP地址发送至若干个中心站接收平台进行水雨情实时监测。实现了避免采用单一的北斗短报文通信方式是通信中断等缺点，有效提高基于北斗短报文通信方式的水雨情监测系统数据传输的可靠性，且没有额外增加的系统实施成本。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本申请公开的一些实施例的水雨情监测系统的结构示意图；

图2为本申请公开的一些实施例的水雨情监测系统的通信方法流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例中，一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统及其通信方法，所述水雨情监测系统包括水文采集模块、遥测终端机、北斗用户端、北斗卫星通信系统、北斗卫星民用运营中心、移动通信网络系统、北斗接收服务器，以及中心站接收平台；

所述水文采集模块，用于采集水雨情监测数据并上传；

所述遥测终端机，用于接收水文采集模块传输的数据形成北斗数据电文，以及通过提供的不同类型的采集接口，所述遥测终端机与水文采集模块的信号端连接；

所述北斗用户端包括连接于所述遥测终端机的北斗用户发送端和连接于北斗接收服务器的北斗用户接收端，所述北斗用户发送端和北斗用户接收端用于通过北斗卫星进行北斗数据电文通信；

所述北斗卫星通信系统包括北斗卫星和北斗地面站；

所述移动通信网络系统，用于北斗地面站与北斗卫星民用运营中心、北斗卫星民用运营中心与北斗接收服务器、以及北斗接收服务器与中心站接收平台之间的数据交互；

所述北斗接收服务器，用于分别对接收到的北斗用户端和移动通信网络系统传输的北斗数据电文接收处理；

所述中心站接收平台，用于接收经过解析后的北斗数据电文，实时对监测点的水雨情进行监测。

具体的，遥测终端机通过采集接口与水文采集模块连接进行原始监测数据的采集。通过对采集的数据依照特定格式处理形成含有北斗用户接收端ID的北斗数据电文。再通过串口连接传输数据至北斗用户发送端，然后北斗用户发送端将北斗数据电文发送到北斗卫星。

具体实施方式中，所述水文采集模块包括雨量计、水位计、流速仪，以及流量计。水文采集模块即为水文传感器，本实施例中，主要采用是雨量计、水位计、流速仪、流量计等水文监测仪表。

具体实施方式中，遥测终端机的电路接口类型包括脉冲量、格雷码、开关量、4-20mA电流接口、0-5V电压接口、RS485接口，以及SD-12。本实施例中，如雨量计采用翻斗式雨量计时，遥测终端机可通过脉冲输入接口与雨量计连接。

具体实施方式中，遥测终端机设置串口连接于北斗用户发送端，能够将北斗数据电文传输至北斗用户发送端。

具体实施方式中，所述移动通信网络系统依次对北斗地面站、北斗卫星民用运营中心和北斗接收服务器进行数据信号交互连接。能够通过将北斗数据电文通过北斗地面站和北斗卫星民用运营中心分别采用北斗卫星传输方式传输至北斗用户接收端和互联网连接方式公网传输至北斗接收服务器。两种通信方式来接收北斗用户发送端发送的北斗短报文，并在接收系统中比选两种路径接收的北斗短报文后，进行北斗短报文的解析、入库和转发。

具体实施方式中，北斗接收服务器部署北斗短报文处理软件对短报文进行解析，并与原始电文进行比对。

具体实施方式中，北斗接收服务器设置有与北斗用户接收端连接的串口，以及与互联网连接的固定IP地址的公网。

如图2所示，一种包括如上述任一项所述的一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统的通信方法，具体步骤包括：

遥测终端机通过设置不同类型的采集接口与水文采集模块连接采集监测点的水雨情监测数据，并以预设格式形成北斗数据电文通过北斗用户发送端进行传输；

北斗卫星接收到北斗数据电文后，转发至北斗地面站进行加密，并以广播形式传输至北斗用户接收端，同时通过北斗卫星民用运营中心推送至北斗接收服务器；

北斗接收服务器通过串口连接接收北斗用户接收端的出站电文，同时通过公网接收北斗卫星民用运营中心的北斗数据电文，并通过预先部署的北斗短报文处理软件解析出原始的水雨情监测数据并进行存储；

北斗接收服务器根据预先配置的若干个中心站接收地址向中心站接收平台转发北斗数据电文进行实时监测。

具体实施步骤中，所述北斗短报文处理软件接收到出站电文和北斗数据电文的具体步骤包括：

先收到的电文作为原始电文导入原始电文库，并对电文解析导入实时监测数据库；

后收到的电文与数据库的历史电文进行比对；

若原始电文库已存在相同电文，则丢弃且不解析，若原始电文库无该条电文，则该条电文的导入原始电文库，进行转发和解析导入实时监测数据库。

具体实施步骤中，出站电文和北斗数据电文作为原始电文入库前，进行电文预解析以判断是否为合法电文，若不是合法电文，则丢弃。

以下为本发明公开的一些实施例的工作原理及工作过程：

步骤Step1、遥测终端机把采集水文传感器的原始监测数据，按特定格式形成包含北斗用户接收端ID的北斗数据电文，通过与北斗用户发送端，即北斗用户发送端，连接的串口，发送给北斗用户发送端，然后北斗用户发送端把该北斗数据电文发送到北斗卫星；

步骤Step2、北斗卫星收到北斗用户发送端发送的北斗数据电文后，转发到地面站，地面站再把北斗数据电文经脱密和再加密后发送给北斗卫星以广播给北斗用户机B，即北斗用户接收端。

步骤Step3、北斗用户接收端通过串口与北斗接收服务器连接，当北斗用户接收端收到北斗卫星广播给自身的北斗数据电文后，经解调解密(出站电文)后传输给北斗接收服务器，北斗接收服务器中部署的北斗短报文处理软件通过串口接收北斗数据电文，再按特定格式解析出原始监测数据；

步骤Step4、北斗短报文处理软件除了解析北斗数据电文，还对北斗数据电文及解析后的原始监测数据进行入库存储，并根据配置的目的中心站网络地址，推送给中心站接收平台。

步骤Step5、在步骤Step3过程中，北斗卫星收到北斗用户发送端发送的北斗数据电文后，转发到地面站，地面站可以通过移动网络把北斗数据电文推送给北斗终端厂家的北斗运营管理中心，北斗运营管理中心再根据用户的需要直接把北斗数据电文通过移动网络推送给用户。

步骤Step6、北斗接收服务器包括可以与北斗用户接收端连接的串口，与互联网连接的具有固定IP地址的公网以及部署的北斗短报文处理软件。一方面，北斗短报文处理软件通过串口接收北斗用户接收端的出站电文，另一方面，通过公网接收北斗运营管理中心推送的北斗数据电文。

步骤Step7、北斗短报文处理软件接收到出站电文和北斗数据电文后，先收到的电文进行原始电文入库(原始电文库)、转发，再对原始电文解析入库(实时监测数据库)，后收到的原始电文与数据库中该站点的历史电文进行比对，若原始电文库已存在相同电文，则丢弃后收到的且不解析，若原始电文库无该条电文，则进行该条电文的入库(原始电文库)、转发及解析入库(实时监测数据库)。

步骤Step8、北斗短报文处理软件解析后的实时监测数据，再根据接收平台的通信规约重新打包进行推送；

同时，北斗短报文处理软件可以通过配置多个中心站接收地址往多个中心站接收平台转发北斗数据电文；

具体的，出站电文和北斗数据电文作为原始电文，入库前需预解析以判断是否为合法电文。

有益效果：

实际研发过程中，通常采用一种北斗短报文通信方式，并不容易想到将两种通信方式相结合加以应用来提升北斗通信可靠性；其次，同时采用两种通信方式时，对接收到的原始电文需要通过预解析判断合法后再与原始电文库进行比对，一方面可以避免重复对相同的北斗电文进入入库、转发，其次，也可以提升北斗短报文处理转发软件的运行效率。同时在一种方式出现中断情况时，平台依旧能够接收水雨情监测数据，进一步提升了系统应用的通信可靠性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述水雨情监测系统包括水文采集模块、遥测终端机、北斗用户端、北斗卫星通信系统、北斗卫星民用运营中心、移动通信网络系统、北斗接收服务器，以及中心站接收平台；

所述水文采集模块，用于采集水雨情监测数据并上传；

所述遥测终端机，用于接收水文采集模块传输的数据形成北斗数据电文，以及通过提供的不同类型的采集接口，所述遥测终端机与水文采集模块的信号端连接；

所述北斗用户端包括连接于所述遥测终端机的北斗用户发送端和连接于北斗接收服务器的北斗用户接收端，所述北斗用户发送端和北斗用户接收端用于通过北斗卫星进行北斗数据电文通信；

所述北斗卫星通信系统包括北斗卫星和北斗地面站；

所述移动通信网络系统，用于北斗地面站与北斗卫星民用运营中心、北斗卫星民用运营中心与北斗接收服务器、以及北斗接收服务器与中心站接收平台之间的数据交互；

所述北斗接收服务器，用于分别对接收到的北斗用户端和移动通信网络系统传输的北斗数据电文接收处理；

所述中心站接收平台，用于接收经过解析后的北斗数据电文，实时对监测点的水雨情进行监测。

2.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述水文采集模块包括雨量计、水位计、流速仪，以及流量计。

3.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述遥测终端机的电路接口类型包括脉冲量、格雷码、开关量、4-20mA电流接口、0-5V电压接口、RS485接口，以及SD-12。

4.根据权利要求1或3所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述遥测终端机设置串口连接于北斗用户发送端。

5.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述移动通信网络系统依次对北斗地面站、北斗卫星民用运营中心和北斗接收服务器进行数据信号交互连接。

6.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述北斗接收服务器部署北斗短报文处理软件对短报文进行解析，并与原始电文进行比对。

7.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统，其特征在于，所述北斗接收服务器设置有与北斗用户接收端连接的串口，以及与互联网连接的固定IP地址的公网。

8.一种包括如权利要求1至7任一项所述的一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统的通信方法，其特征在于，具体步骤包括：

遥测终端机通过设置不同类型的采集接口与水文采集模块连接采集监测点的水雨情监测数据，并以预设格式形成北斗数据电文通过北斗用户发送端进行传输；

北斗卫星接收到北斗数据电文后，转发至北斗地面站进行加密，并以广播形式传输至北斗用户接收端，同时通过北斗卫星民用运营中心推送至北斗接收服务器；

北斗接收服务器通过串口连接接收北斗用户接收端的出站电文，同时通过公网接收北斗卫星民用运营中心的北斗数据电文，并通过预先部署的北斗短报文处理软件解析出原始的水雨情监测数据并进行存储；

北斗接收服务器根据预先配置的若干个中心站接收地址向中心站接收平台转发北斗数据电文进行实时监测。

9.根据权利要求8所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统的通信方法，其特征在于，所述北斗短报文处理软件接收到出站电文和北斗数据电文的具体步骤包括：

先收到的电文作为原始电文导入原始电文库，并对电文解析导入实时监测数据库；

后收到的电文与数据库的历史电文进行比对；

若原始电文库已存在相同电文，则丢弃且不解析，若原始电文库无该条电文，则该条电文的导入原始电文库，进行转发和解析导入实时监测数据库。

10.根据权利要求8或9所述一种基于北斗短报文通信的水雨情监测系统的通信方法，其特征在于，出站电文和北斗数据电文作为原始电文入库前，进行电文预解析以判断是否为合法电文，若不是合法电文，则丢弃。

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