一種基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法
【專利摘要】本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統，包括空地道路車輛測控網絡層、空基道路車輛遠程遙測與控制層、地基道路車輛寬帶信息傳輸與控制層、道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層。本發明的控制方法，包括：a)設備布置；b)坐標采集；c)運行狀態信息采集；d)判斷無線通訊狀態；e)無線網絡傳輸；f)北斗數據傳輸；g)控制中心決策；h)地面車輛控制。本發明的車輛綜合控制系統和方法，在無線通訊正常情況下，通過無線通訊網傳輸數據，成本低、數據傳輸量大、安全可高；當地面通訊網絡遭受破壞或無信號時，則通過北斗衛星傳輸，保證了信息傳輸的連續性，有利于實現對車輛運行狀態的不間斷監測和控制。
【專利說明】一種基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法，更具體的說，尤其涉及一種可對車輛的運行狀態進行不間斷監測和控制的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]近年來發生的冰雪災害及地震災害，造成大面積道路阻塞和破壞，也造成大面積有線和無線通訊設施的損壞和失效，災難發生時如果不能暢通地進行通信，將會嚴重影響求援工作的順利進行。另外，如西部這樣地域廣袤、基礎通信環境較差的區域，依據現有的通訊形式，也無法實現車輛運行狀態的監控和控制，無法解決猶如“兩危一客”運輸車輛的安全控制問題。當前的GPS/GSM車輛定位與通信模式暴露出根本性技術缺陷，在諸多情況下會失去應有的作用，現有的通訊技術在節能減排和道路車輛安全高效的管理控制方面已不能滿足新的技術要求。
[0003]北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，現在已成功發射四顆北斗導航試驗衛星和七顆北斗導航衛星，將在系統組網和試驗基礎上，逐步擴展為全球衛星導航系統。北斗衛星導航系統建設目標是建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的衛星導航系統，融入了“北斗”系統之后，可以采用新型車輛控制架構。
【發明內容】
[0004]本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法。
[0005]本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統，包括空地道路車輛測控網絡層、空基道路車輛遠程遙測與控制層、地基道路車輛寬帶信息傳輸與控制層、道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層，其特別之處在于:所述空地道路車輛測控網絡層由北斗衛星和地面無線通訊網組成，地面無線通訊網用于傳輸地面車輛采集的車輛運行狀態信息，北斗衛星將車輛運行狀態信息發送至控制中心；所述空基道路車輛遠程遙測與控制層由控制中心和北斗衛星組成，控制中心對北斗衛星發送的車輛運行狀態信息進行存儲和判斷，并產生車輛控制信息；控制中心發出的車輛控制信息經北斗衛星進行傳輸；所述地基道路車輛帶寬信息傳輸與控制層包括地面無線通訊網和道路控制節點，地面車輛通過道路控制節點接收控制中心發送的數據以及發送自身的測量狀態信息；所述道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網絡模塊和車輛內的各種傳感器組成，北斗定位模塊用于接收北斗衛星發送的定位數據并確定車輛的地理位置坐標，地面車輛通過無線網絡模塊實現與道路控制節點之間的通訊，車輛內的傳感器用于采集車輛的運行狀態信息。
[0006]本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統，還包括設置于信息中心站和北斗信標節點，北斗衛星通過與信息中心站的通信來確定自身的空間坐標，北斗信標節點通過接收北斗衛星發送的數據來確定自身的地理位置信息。
[0007]本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統的控制方法，其特別之處在于，包括以下步驟:a).設備布置，在待控制的地面車輛上布設通訊模塊，通訊模塊包括北斗定位模塊和無線網絡模塊；待帶控制的區域內布設道路控制節點，通過道路控制節點接收和轉發地面車輛上傳的信息；b).坐標采集，地面車輛通過北斗定位模塊接收北斗衛星發送的定位數據，通過運算確定出自身的位置坐標；c).運行狀態信息采集，地面車輛通過自身布置的傳感器確定出包括速度、行駛方向、油耗和輪胎氣壓在內的車輛運行狀態信息；
d).判斷無線通訊狀態，設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網是否可用，如果可用，則執行步驟e);如果地面無線通訊網不可用，則執行步驟f) ；e).無線網絡傳輸，在地面無線通訊網可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過地面無線通訊網傳輸至控制中心；f).北斗數據傳輸，在地面無線通訊網不可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過北斗衛星轉發至控制中心；g).控制中心決策，控制中心通過對接收到的車輛運行狀態信息和位置坐標的計算和分析，制定出控制車輛運行的決策信息；h).地面車輛控制，控制中心通過北斗衛星或地面無線通訊網將決策信息發送至地面車輛，地面車輛根據接收到的決策信息控制自身的運行。
[0008]本發明的有益效果是:本發明的車輛綜合控制系統和方法，通過設置由空地道路車輛測控網絡層、空基道路車輛遠程遙測與控制層、地基道路車輛寬帶信息傳輸與控制層、道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層組成的四層架構，在無線通訊網絡正常情況下，車輛的運行狀態信息和位置坐標可通過地面的無線通訊網進行傳輸，成本低、數據傳輸量大、安全可高；當地面通訊網絡遭受破壞或無信號時，則通過利用北斗衛星的通信功能進行數據傳輸，保證了信息傳輸的連續性，有利于實現對車輛運行狀態的不間斷監測和控制。
[0009]發明的車輛綜合控制系統和方法的有益效果體現在:
(I)、通過對道路車輛定位與控制平臺的構成要素進行科學的層次劃分，有效的發揮了每個要去的最大效能，可以更好的構建車輛定位和控制平臺。
[0010](2)、采用在軌運行的北斗導航衛星技術為依托，建立空基全天候抗災型道路車輛定位與控制平臺。
[0011](3)、采用無線傳感器網絡技術(WSN)和無線通訊技術為主的地基綜合道路車輛定位與測控系統，實現低成本、大范圍交通測控，有利于危險品運輸以及車輛節能環保在內的各種道路車輛問題的解決。
[0012](4)、采用Beidou衛星/WSN技術采集、提取、傳輸車輛狀態數據信息，形成車輛狀態信息的分布式智能化網絡系統，使車輛狀態信息準確、可靠傳輸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統的原理圖；
圖2為本發明中地面車輛利用北斗衛星進行定位的原理圖；
圖3為本發明中地面車輛進行組網的原理圖。
[0014]圖中:1北斗衛星，2北斗信標節點，3傳感器節點，4信息中心站，5地面無線通訊網，6 Internet網絡，7用戶，8地面車輛，9道路控制節點。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0016]如圖1和圖2所示，給出了本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統的原理圖以及利用北斗衛星進行定位的原理圖，其包括包括空地道路車輛測控網絡層、空基道路車輛遠程遙測與控制層、地基道路車輛寬帶信息傳輸與控制層、道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層。空地道路車輛測控網絡層由北斗衛星I和地面無線通訊網5組成，空基道路車輛遠程遙測與控制層由控制中心和北斗衛星組成，地基道路車輛帶寬信息傳輸與控制層包括地面無線通訊網5和道路控制節點9，道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網絡模塊和車輛內的各種傳感器組成。
[0017]地面車輛8上布設有通訊模塊，通訊模塊由北斗定位模塊和無線網絡模塊組成，地面車輛通過北斗定位模塊接收北斗衛星發送的定位數據，實現自身定位；地面車輛通過自身的傳感器采集車輛的運行狀態信息，如速度、行駛方向、油耗和輪胎氣壓等。地面車輛通過無線網絡模塊可發送和接收數據。
[0018]所示的地面通訊網5可為3G網絡，傳感器節點3為布設有通訊模塊的地面車輛，道路控制節點9為布設在一定區域范圍內實現車輛組網的路由節點，用于轉發和接收車輛與無線網絡之間的數據。北斗衛星I通過信息中心站4確定自身的空間位置坐標，以保證北斗衛星定位的精確度；北斗信標節點2設置于地面上，對北斗衛星I的定位進行校準，進一步提高定位精度。
[0019]地面車輛8 (相當于傳感器節點3)上待傳輸的數據，可依次通過道路控制節點9、地面無線通訊網5、Internet網絡6上傳至控制中心,也可通過北斗衛星1、Internet網絡上傳至控制中心?？刂浦行膶邮盏降能囕v運行狀態信息和位置信息進行處理，制定出控制車輛運行的決策，再通過相應的通信路徑下發至地面車輛8，以對車輛的運行狀態進行控制。
[0020]本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統的控制方法，通過以下步驟來實現:
a).設備布置，在待控制的地面車輛(8)上布設通訊模塊，通訊模塊包括北斗定位模塊和無線網絡模塊；待帶控制的區域內布設道路控制節點，通過道路控制節點接收和轉發地面車輛上傳的信息；
b).坐標采集，地面車輛通過北斗定位模塊接收北斗衛星(I)發送的定位數據，通過運算確定出自身的位置坐標；
c).運行狀態信息采集，地面車輛通過自身布置的傳感器確定出包括速度、行駛方向、油耗和輪胎氣壓在內的車輛運行狀態信息；
d).判斷無線通訊狀態，設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網是否可用，如果可用，則執行步驟e);如果地面無線通訊網不可用，則執行步驟f)；
e).無線網絡傳輸，在地面無線通訊網可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過地面無線通訊網傳輸至控制中心；
f).北斗數據傳輸，在地面無線通訊網不可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過北斗衛星轉發至控制中心；
g).控制中心決策，控制中心通過對接收到的車輛運行狀態信息和位置坐標的計算和分析，制定出控制車輛運行的決策信息；
h).地面車輛控制，控制中心通過北斗衛星或地面無線通訊網將決策信息發送至地面車輛，地面車輛根據接收到的決策信息控制自身的運行。
[0021]本發明的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統及方法，在無線通訊網絡正常情況下，車輛的運行狀態信息和位置坐標可通過地面的無線通訊網進行傳輸，成本低、數據傳輸量大、安全可高；當地面通訊網絡遭受破壞或無信號時，則通過利用北斗衛星的通信功能進行數據傳輸，保證了信息傳輸的連續性，有利于實現對車輛運行狀態的不間斷監測和控制。
【權利要求】
1.一種基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統，包括空地道路車輛測控網絡層、空基道路車輛遠程遙測與控制層、地基道路車輛寬帶信息傳輸與控制層、道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層，其特征在于:所述空地道路車輛測控網絡層由北斗衛星(I)和地面無線通訊網(5 )組成，地面無線通訊網用于傳輸地面車輛(8 )采集的車輛運行狀態信息，北斗衛星將車輛運行狀態信息發送至控制中心； 所述空基道路車輛遠程遙測與控制層由控制中心和北斗衛星組成，控制中心對北斗衛星發送的車輛運行狀態信息進行存儲和判斷，并產生車輛控制信息；控制中心發出的車輛控制信息經北斗衛星進行傳輸； 所述地基道路車輛帶寬信息傳輸與控制層包括地面無線通訊網(5)和道路控制節點(9)，地面車輛通過道路控制節點接收控制中心發送的數據以及發送自身的測量狀態信息； 所述道路及車輛測控部位的無線傳感器網絡系統層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網絡模塊和車輛內的各種傳感器組成，北斗定位模塊用于接收北斗衛星發送的定位數據并確定車輛的地理位置坐標，地面車輛通過無線網絡模塊實現與道路控制節點之間的通訊，車輛內的傳感器用于采集車輛的運行狀態信息。
2.根據權利要求1所述的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統，其特征在于:還包括設置于信息中心站(4)和北斗信標節點(2)，北斗衛星通過與信息中心站的通信來確定自身的空間坐標，北斗信標節點通過接收北斗衛星發送的數據來確定自身的地理位置信息。
3.一種基于權利要求1所述的基于北斗衛星四層架構的車輛綜合控制系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: a).設備布置，在待控制的地面車輛(8)上布設通訊模塊，通訊模塊包括北斗定位模塊和無線網絡模塊；待帶控制的區域內布設道路控制節點，通過道路控制節點接收和轉發地面車輛上傳的信息； b).坐標采集，地面車輛通過北斗定位模塊接收北斗衛星(I)發送的定位數據，通過運算確定出自身的位置坐標； c).運行狀態信息采集，地面車輛通過自身布置的傳感器確定出包括速度、行駛方向、油耗和輪胎氣壓在內的車輛運行狀態信息； d).判斷無線通訊狀態，設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網是否可用，如果可用，則執行步驟e);如果地面無線通訊網不可用，則執行步驟f)； e).無線網絡傳輸，在地面無線通訊網可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過地面無線通訊網傳輸至控制中心； f).北斗數據傳輸，在地面無線通訊網不可用的情況下，地面車輛將自身的運行狀態信息和位置坐標通過北斗衛星轉發至控制中心； g).控制中心決策，控制中心通過對接收到的車輛運行狀態信息和位置坐標的計算和分析，制定出控制車輛運行的決策信息； h).地面車輛控制，控制中心通過北斗衛星或地面無線通訊網將決策信息發送至地面車輛，地面車輛根據接收到的決策信息控制自身的運行。
【文檔編號】G01C21/26GK104236559SQ201410459922
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】顧一中, 龐希愚, 王成 申請人:山東交通學院
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