CN116208918B - 一种野外作业信息终端及野外作业指挥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种野外作业信息终端及野外作业指挥系统，终端包括相互独立设置的第一LoRa通信模组和移动智能终端，所述第一LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接；所述第一LoRa通信模组用于接收、发送数据；所述移动智能终端包括LoRa通信管理系统和三维地球系统，所述LoRa通信管理系统用于配置所述第一LoRa通信模组的参数，所述三维地球系统用于加载并显示地图，并根据所述第一LoRa通信模组传输的数据在所述地图上进行标注。本发明的野外作业信息终端和野外作业指挥系统，将LoRa通信作为无线通信的手段，大幅增加无线通信距离，更好地解决野外复杂环境中的通信难题。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统技术领域，具体涉及一种野外作业信息终端及野外作业指挥系统。
背景技术
当前，我国的公共移动通信网络人口覆盖率达到了99％以上，但国土覆盖率却不到40％，特别是中西部省份，其覆盖率更低。在森林灭火、抢险救灾、打击犯罪、科学考察、管线管理等大量的野外作业中，通常得不到公共移动通信网络的支持，其通信方式大多以卫星通信或传统无线通信为主。卫星通信成本高、不适合大规模人群使用；传统无线通信功耗大，通信距离近，只能进行语音通信，不能传递更多的作业场信息特别是人员装备的位置信息。远距离(1000米以上)智能终端信息交互目前只能在公共移动通信网络支持下实现，基于除公共移动通信网络外的其他远距离无线通信的智能化移动终端产品还没有面世。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种野外作业信息终端及野外作业指挥系统，以解决背景技术中所存在的技术问题。
为了达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种野外作业信息终端，包括相互独立设置的第一LoRa通信模组和移动智能终端，所述第一LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接；
所述第一LoRa通信模组用于接收、发送数据；
所述移动智能终端包括LoRa通信管理系统和三维地球系统，所述LoRa通信管理系统用于配置所述第一LoRa通信模组的参数，所述三维地球系统用于加载并显示地图，并根据所述第一LoRa通信模组传输的数据在所述地图上进行标注。
进一步，所述第一LoRa通信模组包括LoRa模块、定位模块、语音交互模块、数据格式转换模块和电池组，所述定位模块、语音交互模块和数据格式转换模块均与所述LoRa模块电信号连接；
所述数据格式转换模块通过数据线与所述移动智能终端进行数据交互连接。
进一步，所述语音交互模块包括第一交互子模块和第二交互子模块；其中，
所述第一交互子模块包括语音指令识别模块和麦克风，所述麦克风与所述语音指令识别模块电信号连接，所述语音指令识别模块与所述LoRa模块电信号连接；
所述第二交互子模块包括文字转语音模块和扬声器，所述扬声器与所述文字转语音模块电信号连接，所述文字转语音模块与所述LoRa模块电信号连接。
进一步，所述定位模块为北斗模块和/或GPS模块。
进一步，所述LoRa通信管理系统包括LoRa管理模块、定位管理模块和语音指令识别管理模块。
进一步，所述LoRa通信管理系统还包括身份标记模块，所述身份标记模块用于生成所述移动智能终端的身份标识。
进一步，所述三维地球系统包括地图加载显示模块、作业场要素录入模块、远程标注模块、图文视频通信模块、作业场要素查询模块以及作业场要素提醒模块。
第二方面，本发明还提供了一种野外作业指挥系统，包括多个单人终端、多个指挥员终端和指挥中心终端，所述单人终端与单人终端之间、所述单人终端与所述指挥员终端之间、所述指挥员终端与指挥员终端之间以及所述指挥员终端与所述指挥中心终端之间均通信连接；
所述单人终端和指挥员终端采用如第一方面所述的野外作业信息终端；
所述指挥员终端和指挥中心终端之间通过LoRa通信中继器通信连接。
进一步，所述LoRa通信中继器包括大功率LoRa模块和电池。
进一步，所述指挥中心终端包括相互独立设置的第二LoRa通信模组和移动智能终端，所述第二LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接；
所述第二LoRa通信模组用于接收、发送数据；
所述智能终端用于基于地理信息数据自动对野外作业数据进行计算处理，获得计算结果。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的野外作业信息终端和野外作业指挥系统，将LoRa通信作为无线通信的手段，实现了最低功耗下的超远距离信号传输，大幅增加无线通信距离，能更好地解决野外复杂环境中的通信难题，也减轻了野外作业人员负荷；实现在无需公共移动通信网络支持的情况下，将人员装备情况及位置、作业场动态信息、指令等通过LoRa传递给上下级和同伴，并在预先装载了最新三维作业场地图、标绘有作业场要素的移动智能终端上进行显示。实现实时语音交流、位置实时共享、目标情况与位置及时分享、及时获取其他作业场动态信息，并得到智能辅助和决策支持，使指挥员和作业人员具备在直观的可视化的条件下俯看当前作业场环境的视角，从而更加高效地完成野外作业任务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种野外作业指挥系统的系统架构图；
图2为本发明实施例提供的作为单人终端使用的野外作业信息终端的第一LoRa通信模组的结构框图；
图3为本发明实施例提供的作为单人终端使用的野外作业信息终端的移动智能终端的结构框图；
图4为本发明实施例提供的作为指挥员终端使用的野外作业信息终端的第一LoRa通信模组的结构框图；
图5为本发明实施例提供的作为指挥员终端使用的野外作业信息终端的移动智能终端的结构框图；
图6为本发明实施例提供的指挥中心终端的第二LoRa通信模组的结构框图；
图7为本发明实施例提供的指挥中心终端的智能终端的结构框图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1所示，本发明实施例提供的一种野外作业指挥系统，包括多个单人终端、多个指挥员终端和指挥中心终端，所述单人终端与单人终端之间、所述单人终端与所述指挥员终端之间、所述指挥员终端与指挥员终端之间以及所述指挥员终端与所述指挥中心终端之间均通信连接。
单人终端提供给单个作业人员使用，可以实现单人终端相互之间、单人终端与指挥员终端之间的通信。指挥员终端提供给指挥员使用，能同时实现对上级、同级和下级成员的信息收发。单人终端和指挥员终端都可以采用野外作业信息终端所述指挥员终端和指挥中心终端之间通过LoRa通信中继器通信连接。
具体的，如图2和图3所示，野外作业信息终端包括相互独立设置的第一LoRa通信模组和移动智能终端，所述第一LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接。
所述第一LoRa通信模组用于接收、发送数据。在一种实施方式中，如图2所示，第一LoRa通信模组包括LoRa模块、定位模块、语音交互模块、数据格式转换模块和电池组，所述定位模块、语音交互模块和数据格式转换模块均与所述LoRa模块电信号连接。所述数据格式转换模块通过数据线与所述移动智能终端进行数据交互连接。电池组用于供电，可以采用可重复充电的锂电池。
LoRa模块采用成都亿佰特公司基于阿里云公司的LoRa系统芯片开发的E22系列。LoRa通信技术具有耗电量低、传输距离远的优点，其数据传输速率也能满足野外作业的需求。LoRa模块在发射电流610mA、空中速率9.6Kbps时，实测平原地区传输距离大于10公里，有密集建筑的市区传输距离也可达3公里。
定位模块可以采用北斗模块和/或GPS模块，用于获取野外作业信息终端的定位数据。
所述语音交互模块包括第一交互子模块和第二交互子模块。通过第一交互子模块和第二交互子模块，不同的野外作业信息终端之间可以直接进行语音沟通交流。
其中，所述第一交互子模块包括语音指令识别模块和麦克风，所述麦克风与所述语音指令识别模块电信号连接，所述语音指令识别模块与所述LoRa模块电信号连接。麦克风用于采集使用人员的语音，语音指令识别模块用于将使用人员的语音指令转换为文字，然后通过LoRa模块发送出去。语音指令识别模块采用杭州天问五幺科技有限公司生产的离线语音指令识别模块。
所述第二交互子模块包括文字转语音模块和扬声器，所述扬声器与所述文字转语音模块电信号连接，所述文字转语音模块与所述LoRa模块电信号连接。文字转语音模块用于将LoRa模块接收到的文字信息转换为语音信号后通过扬声器输出。文字转语音模块可以采用北京宇音天下公司生产的文字转语音模块。
LoRa通信模组在无需连接移动智能终端的情况下，也可实现发送语音和本机位置信息、接收并播报语音和文字信息。
数据格式转换模块用于将数据进行格式转换，使LoRa模块接收的数据能够被数据线传输给移动智能终端，或者移动智能终端通过数据线传输的数据能够通过LoRa模块进行发送。数据线可以采用type-c接口的数据线。数据格式转换模块可以采用深圳微雪公司的数据格式转换模块。
在一种实施方式中，第一LoRa通信模组还可以包括加密模块和解密模块，加密模块用于对LoRa模块要发送的数据进行加密，解密模块用于对LoRa模块接收的数据进行解密。
具体的，在一种实施方式中，移动智能终端可以是智能手机、掌上电脑或者平板电脑等电子设备，如图3所示，在移动智能终端中运行有LoRa通信管理系统和三维地球系统。所述LoRa通信管理系统用于配置所述第一LoRa通信模组的参数，所述三维地球系统用于加载并显示地图，并根据所述第一LoRa通信模组传输的数据在所述地图上进行标注。
具体的，所述LoRa通信管理系统包括LoRa管理模块、定位管理模块和语音指令识别管理模块。
LoRa管理模块可以对野外作业信息终端本机的第一LoRa通信模组的LoRa模块的信道、地址、密钥、波特率、空中速率、发射功率等参数进行配置和管理，还可远程对下级成员的野外作业信息终端的LoRa模块的上述参数进行修改和管理，还可以实现全部或局部下级成员LoRa模块的关机或屏蔽。
定位管理模块用于对定位模块的波特率、定位更新率、NMEA语句等参数进行配置和管理。语音指令识别管理模块可以对语音指令识别模块的命令词进行编辑。
所述LoRa通信管理系统还可以包括身份标记模块，所述身份标记模块用于生成所述移动智能终端的身份标识，以实现不同终端的身份标识。
具体的，所述三维地球系统包括地图加载显示模块、作业场要素录入模块、远程标注模块、图文视频通信模块、作业场要素查询模块以及作业场要素提醒模块。
其中，地图加载显示模块可以加载最新的高清(如1比2000)卫星地图或更高清的航拍地图。
作业场要素录入模块可以提前在地图上标注最新的通过人工观察、无人机航拍等获得的作业场信息，并将标注信息通过第一LoRa通信模组的LoRa模块发送出去。
远程标注模块用于通过第一LoRa通信模组的LoRa模块接收并标注显示上级或同伴远程标注的作业场信息，为其他作业人员及时提供其不能直接观察的作业场信息。
图文视频通信模块可以进行图文视频通信，实现上下级之间的远距离高效通信指挥，实现同伴之间的高效沟通。
作业场要素查询模块可以分类查询并显示作业场要素信息以便更加及时高效地掌握作业场环境并采取有效行动。
作业场要素提醒模块用于当作业区域内有重要或危险的作业场要素信息出现时，对作业人员和指挥员进行提醒和警示。
为对用户登录进行管理，LoRa通信管理系统中还包括用户登录模块，用户登录模块采用数字字母特殊字符组合密码、图案密码和生物密码等方式来管理用户登录。
在一种实施方式中，如图2所示，作为单人终端使用的野外作业信息终端的第一LoRa通信模组中只设置有一个LoRa模块，如图4所示，作为指挥员终端使用的野外作业信息终端的第一LoRa通信模组中可以设置有两个LoRa模块，两个LoRa模块可实现在两个信道上并行通信，一个信道用于对上级和同级的通信，另一个信道用于对下级的通信，提高通信的稳定性和通信效率。
与之对应的，如图5所示，作为指挥员终端使用的野外作业信息终端的移动智能终端中的LoRa通信管理系统中还包括LoRa模块分配模块，用于根据发送信息目标所在的信道，自动选择相应信道的LoRa模块进行信息发送。
如果野外作业工作允许使用公共移动通信网络，智能手机等移动智能终端还可以自动选择手机自带的公共移动通信模组进行数据传输。
具体的，所述LoRa通信中继器包括大功率LoRa模块和电池，根据需要设置在指挥中心终端与指挥员终端之间。如果野外作业工作允许使用公共移动通信网络，LoRa通信中继器也可以直接实现LoRa通信数据与公共移动通信网络通信数据的互转，从而直接通过公共移动通信网络将信息传递给指挥中心终端。
指挥中心终端提供给指挥中心使用。具体的，所述指挥中心终端包括相互独立设置的第二LoRa通信模组和智能终端，所述第二LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接。例如，第二LoRa通信模组和移动智能终端通过type-c接口的数据线进行有线连接。
所述第二LoRa通信模组用于接收、发送数据，如图6所示，第二LoRa通信模组相比于第一LoRa通信模组，去掉了定位模块。
智能终端可以采用移动智能终端，也可以采用计算机、平板电脑或者服务器等终端。所述智能终端用于基于地理信息数据自动对野外作业数据进行计算处理，获得计算结果。如果野外作业工作允许使用公共移动通信网络，指挥中心的计算机和服务器还可以接入公共移动通信网络进行数据传输。
如图7所示，所述智能终端上也运行有LoRa通信管理系统和三维地球系统。其中，所述智能终端上运行的三维地球系统与移动智能终端上运行的三维地球系统相比，增加了地图标绘模块、作业能力筹划模块、人员部署规划模块、机动能力预算模块、保障能力预算模块、方案推演模块、作业场要素数据库等模块功能。
具体的，地图标绘模块可实现在二三维地图上进行作业场地理要素、人员装备和作业活动动的标注标绘。
作业能力筹划模块通过结合地理数据、人员数量和各种装备数量性能，智能判断和部署作业力量。
人员部署规划模块通过结合地理数据和作业能力，智能判断最佳的人员部署和配置位置。
机动能力预算模块通过结合地理数据和机动装备及能力进行机动能力、机动时机的预算和路程的优化。
保障能力预算模块通过结合地理数据和作业场环境计算保障需求和能力，智能判决保障方案。
方案推演模块在计算机上进行各种行动方案的推演，以评价方案优劣并完善方案；还可以对指挥员和作业人员进行高仿真的模拟训练，从而快速提高针对当前任务的作业能力。
作业场要素数据库用于长期搜集、整理存储的丰富的作业场相关要素数据。
综上所述，本发明提供的野外作业信息终端和野外作业指挥系统，将LoRa通信作为无线通信的手段，实现了最低功耗下的超远距离信号传输，能更好地解决野外复杂环境中的通信难题，大幅增加无线通信距离，也减轻了野外作业人员负荷；实现在无需公共移动通信网络支持的情况下，将人员装备情况及位置、作业场动态信息、指令等通过LoRa传递给上下级和同伴，并在预先装载了最新三维作业场地图、标绘有作业场要素的移动智能终端上进行显示。实现实时语音交流、位置实时共享、目标情况与位置及时分享、及时获取其他作业场动态信息，并得到智能辅助和决策支持，使指挥员和作业人员具备在直观的可视化的条件下俯看当前作业场环境的视角，从而更加高效地完成野外作业任务。
最后应说明的是：本申请技术方案的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请记载的范围。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种野外作业信息终端，其特征在于：包括相互独立设置的第一LoRa通信模组和移动智能终端，所述第一LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接；
所述第一LoRa通信模组用于接收、发送数据；所述第一LoRa通信模组包括两个LoRa模块，两个LoRa模块在两个信道上并行通信；
所述移动智能终端包括LoRa通信管理系统和三维地球系统，所述LoRa通信管理系统用于配置所述第一LoRa通信模组的参数，所述三维地球系统用于加载并显示地图，并根据所述第一LoRa通信模组传输的数据在所述地图上进行标注；所述LoRa通信管理系统包括LoRa模块分配模块，所述LoRa模块分配模块用于根据发送信息目标所在的信道，自动选择相应信道的LoRa模块进行信息发送；
所述三维地球系统包括地图加载显示模块、作业场要素录入模块、远程标注模块、图文视频通信模块、作业场要素查询模块以及作业场要素提醒模块；其中，
地图加载显示模块可以加载最新的高清卫星地图或航拍地图；
作业场要素录入模块可以提前在地图上标注最新的通过人工观察、无人机航拍获得的作业场信息，并将标注信息通过第一LoRa通信模组的LoRa模块发送出去；
远程标注模块用于通过第一LoRa通信模组的LoRa模块接收并标注显示上级或同伴远程标注的作业场信息，为其他作业人员及时提供其不能直接观察的作业场信息；
图文视频通信模块可以进行图文视频通信；
作业场要素查询模块可以分类查询并显示作业场要素信息；
作业场要素提醒模块用于当作业区域内有重要或危险的作业场要素信息出现时，对作业人员和指挥员进行提醒和警示。
2.如权利要求1所述的一种野外作业信息终端，其特征在于：所述第一LoRa通信模组包括LoRa模块、定位模块、语音交互模块、数据格式转换模块和电池组，所述定位模块、语音交互模块和数据格式转换模块均与所述LoRa模块电信号连接；
所述数据格式转换模块通过数据线与所述移动智能终端进行数据交互连接。
3.如权利要求2所述的一种野外作业信息终端，其特征在于：所述语音交互模块包括第一交互子模块和第二交互子模块；其中，
所述第一交互子模块包括语音指令识别模块和麦克风，所述麦克风与所述语音指令识别模块电信号连接，所述语音指令识别模块与所述LoRa模块电信号连接；
所述第二交互子模块包括文字转语音模块和扬声器，所述扬声器与所述文字转语音模块电信号连接，所述文字转语音模块与所述LoRa模块电信号连接。
4.如权利要求2所述的一种野外作业信息终端，其特征在于：所述定位模块为北斗模块和/或GPS模块。
5.如权利要求1所述的一种野外作业信息终端，其特征在于：所述LoRa通信管理系统包括LoRa管理模块、定位管理模块和语音指令识别管理模块。
6.如权利要求1所述的一种野外作业信息终端，其特征在于：所述LoRa通信管理系统还包括身份标记模块，所述身份标记模块用于生成所述移动智能终端的身份标识。
7.一种野外作业指挥系统，其特征在于，包括多个单人终端、多个指挥员终端和指挥中心终端，所述单人终端与单人终端之间、所述单人终端与所述指挥员终端之间、所述指挥员终端与指挥员终端之间以及所述指挥员终端与所述指挥中心终端之间均通信连接；
所述单人终端和指挥员终端采用如权利要求1所述的野外作业信息终端；
所述指挥员终端和指挥中心终端之间通过LoRa通信中继器通信连接。
8.如权利要求7所述的一种野外作业指挥系统，其特征在于，所述LoRa通信中继器包括大功率LoRa模块和电池。
9.如权利要求7所述的一种野外作业指挥系统，其特征在于，所述指挥中心终端包括相互独立设置的第二LoRa通信模组和智能终端，所述第二LoRa通信模组和移动智能终端通过数据线进行数据交互连接；
所述第二LoRa通信模组用于接收、发送数据；
所述智能终端用于基于地理信息数据自动对野外作业数据进行计算处理，获得计算结果。
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