一种基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法
【专利摘要】本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统，包括空地道路车辆测控网络层、空基道路车辆远程遥测与控制层、地基道路车辆宽带信息传输与控制层、道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层。本发明的控制方法，包括：a)设备布置；b)坐标采集；c)运行状态信息采集；d)判断无线通讯状态；e)无线网络传输；f)北斗数据传输；g)控制中心决策；h)地面车辆控制。本发明的车辆综合控制系统和方法，在无线通讯正常情况下，通过无线通讯网传输数据，成本低、数据传输量大、安全可高；当地面通讯网络遭受破坏或无信号时，则通过北斗卫星传输，保证了信息传输的连续性，有利于实现对车辆运行状态的不间断监测和控制。
【专利说明】一种基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种可对车辆的运行状态进行不间断监测和控制的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法。

【背景技术】
[0002]近年来发生的冰雪灾害及地震灾害，造成大面积道路阻塞和破坏，也造成大面积有线和无线通讯设施的损坏和失效，灾难发生时如果不能畅通地进行通信，将会严重影响求援工作的顺利进行。另外，如西部这样地域广袤、基础通信环境较差的区域，依据现有的通讯形式，也无法实现车辆运行状态的监控和控制，无法解决犹如“两危一客”运输车辆的安全控制问题。当前的GPS/GSM车辆定位与通信模式暴露出根本性技术缺陷，在诸多情况下会失去应有的作用，现有的通讯技术在节能减排和道路车辆安全高效的管理控制方面已不能满足新的技术要求。
[0003]北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，现在已成功发射四颗北斗导航试验卫星和七颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星导航系统，融入了“北斗”系统之后，可以采用新型车辆控制架构。


【发明内容】

[0004]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法。
[0005]本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统，包括空地道路车辆测控网络层、空基道路车辆远程遥测与控制层、地基道路车辆宽带信息传输与控制层、道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层，其特别之处在于:所述空地道路车辆测控网络层由北斗卫星和地面无线通讯网组成，地面无线通讯网用于传输地面车辆采集的车辆运行状态信息，北斗卫星将车辆运行状态信息发送至控制中心；所述空基道路车辆远程遥测与控制层由控制中心和北斗卫星组成，控制中心对北斗卫星发送的车辆运行状态信息进行存储和判断，并产生车辆控制信息；控制中心发出的车辆控制信息经北斗卫星进行传输；所述地基道路车辆带宽信息传输与控制层包括地面无线通讯网和道路控制节点，地面车辆通过道路控制节点接收控制中心发送的数据以及发送自身的测量状态信息；所述道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层由安装于车辆上的北斗定位模块、无线网络模块和车辆内的各种传感器组成，北斗定位模块用于接收北斗卫星发送的定位数据并确定车辆的地理位置坐标，地面车辆通过无线网络模块实现与道路控制节点之间的通讯，车辆内的传感器用于采集车辆的运行状态信息。
[0006]本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统，还包括设置于信息中心站和北斗信标节点，北斗卫星通过与信息中心站的通信来确定自身的空间坐标，北斗信标节点通过接收北斗卫星发送的数据来确定自身的地理位置信息。
[0007]本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统的控制方法，其特别之处在于，包括以下步骤:a).设备布置，在待控制的地面车辆上布设通讯模块，通讯模块包括北斗定位模块和无线网络模块；待带控制的区域内布设道路控制节点，通过道路控制节点接收和转发地面车辆上传的信息；b).坐标采集，地面车辆通过北斗定位模块接收北斗卫星发送的定位数据，通过运算确定出自身的位置坐标；c).运行状态信息采集，地面车辆通过自身布置的传感器确定出包括速度、行驶方向、油耗和轮胎气压在内的车辆运行状态信息；
d).判断无线通讯状态，设置于车辆上的通讯模块判断地面无线通讯网是否可用，如果可用，则执行步骤e);如果地面无线通讯网不可用，则执行步骤f) ；e).无线网络传输，在地面无线通讯网可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过地面无线通讯网传输至控制中心；f).北斗数据传输，在地面无线通讯网不可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过北斗卫星转发至控制中心；g).控制中心决策，控制中心通过对接收到的车辆运行状态信息和位置坐标的计算和分析，制定出控制车辆运行的决策信息；h).地面车辆控制，控制中心通过北斗卫星或地面无线通讯网将决策信息发送至地面车辆，地面车辆根据接收到的决策信息控制自身的运行。
[0008]本发明的有益效果是:本发明的车辆综合控制系统和方法，通过设置由空地道路车辆测控网络层、空基道路车辆远程遥测与控制层、地基道路车辆宽带信息传输与控制层、道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层组成的四层架构，在无线通讯网络正常情况下，车辆的运行状态信息和位置坐标可通过地面的无线通讯网进行传输，成本低、数据传输量大、安全可高；当地面通讯网络遭受破坏或无信号时，则通过利用北斗卫星的通信功能进行数据传输，保证了信息传输的连续性，有利于实现对车辆运行状态的不间断监测和控制。
[0009]发明的车辆综合控制系统和方法的有益效果体现在:
(I)、通过对道路车辆定位与控制平台的构成要素进行科学的层次划分，有效的发挥了每个要去的最大效能，可以更好的构建车辆定位和控制平台。
[0010](2)、采用在轨运行的北斗导航卫星技术为依托，建立空基全天候抗灾型道路车辆定位与控制平台。
[0011](3)、采用无线传感器网络技术(WSN)和无线通讯技术为主的地基综合道路车辆定位与测控系统，实现低成本、大范围交通测控，有利于危险品运输以及车辆节能环保在内的各种道路车辆问题的解决。
[0012](4)、采用Beidou卫星/WSN技术采集、提取、传输车辆状态数据信息，形成车辆状态信息的分布式智能化网络系统，使车辆状态信息准确、可靠传输。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1为本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统的原理图；
图2为本发明中地面车辆利用北斗卫星进行定位的原理图；
图3为本发明中地面车辆进行组网的原理图。
[0014]图中:1北斗卫星，2北斗信标节点，3传感器节点，4信息中心站，5地面无线通讯网，6 Internet网络，7用户，8地面车辆，9道路控制节点。

【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图1和图2所示，给出了本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统的原理图以及利用北斗卫星进行定位的原理图，其包括包括空地道路车辆测控网络层、空基道路车辆远程遥测与控制层、地基道路车辆宽带信息传输与控制层、道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层。空地道路车辆测控网络层由北斗卫星I和地面无线通讯网5组成，空基道路车辆远程遥测与控制层由控制中心和北斗卫星组成，地基道路车辆带宽信息传输与控制层包括地面无线通讯网5和道路控制节点9，道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层由安装于车辆上的北斗定位模块、无线网络模块和车辆内的各种传感器组成。
[0017]地面车辆8上布设有通讯模块，通讯模块由北斗定位模块和无线网络模块组成，地面车辆通过北斗定位模块接收北斗卫星发送的定位数据，实现自身定位；地面车辆通过自身的传感器采集车辆的运行状态信息，如速度、行驶方向、油耗和轮胎气压等。地面车辆通过无线网络模块可发送和接收数据。
[0018]所示的地面通讯网5可为3G网络，传感器节点3为布设有通讯模块的地面车辆，道路控制节点9为布设在一定区域范围内实现车辆组网的路由节点，用于转发和接收车辆与无线网络之间的数据。北斗卫星I通过信息中心站4确定自身的空间位置坐标，以保证北斗卫星定位的精确度；北斗信标节点2设置于地面上，对北斗卫星I的定位进行校准，进一步提高定位精度。
[0019]地面车辆8 (相当于传感器节点3)上待传输的数据，可依次通过道路控制节点9、地面无线通讯网5、Internet网络6上传至控制中心,也可通过北斗卫星1、Internet网络上传至控制中心。控制中心对接收到的车辆运行状态信息和位置信息进行处理，制定出控制车辆运行的决策，再通过相应的通信路径下发至地面车辆8，以对车辆的运行状态进行控制。
[0020]本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统的控制方法，通过以下步骤来实现:
a).设备布置，在待控制的地面车辆(8)上布设通讯模块，通讯模块包括北斗定位模块和无线网络模块；待带控制的区域内布设道路控制节点，通过道路控制节点接收和转发地面车辆上传的信息；
b).坐标采集，地面车辆通过北斗定位模块接收北斗卫星(I)发送的定位数据，通过运算确定出自身的位置坐标；
c).运行状态信息采集，地面车辆通过自身布置的传感器确定出包括速度、行驶方向、油耗和轮胎气压在内的车辆运行状态信息；
d).判断无线通讯状态，设置于车辆上的通讯模块判断地面无线通讯网是否可用，如果可用，则执行步骤e);如果地面无线通讯网不可用，则执行步骤f)；
e).无线网络传输，在地面无线通讯网可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过地面无线通讯网传输至控制中心；
f).北斗数据传输，在地面无线通讯网不可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过北斗卫星转发至控制中心；
g).控制中心决策，控制中心通过对接收到的车辆运行状态信息和位置坐标的计算和分析，制定出控制车辆运行的决策信息；
h).地面车辆控制，控制中心通过北斗卫星或地面无线通讯网将决策信息发送至地面车辆，地面车辆根据接收到的决策信息控制自身的运行。
[0021]本发明的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统及方法，在无线通讯网络正常情况下，车辆的运行状态信息和位置坐标可通过地面的无线通讯网进行传输，成本低、数据传输量大、安全可高；当地面通讯网络遭受破坏或无信号时，则通过利用北斗卫星的通信功能进行数据传输，保证了信息传输的连续性，有利于实现对车辆运行状态的不间断监测和控制。
【权利要求】
1.一种基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统，包括空地道路车辆测控网络层、空基道路车辆远程遥测与控制层、地基道路车辆宽带信息传输与控制层、道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层，其特征在于:所述空地道路车辆测控网络层由北斗卫星(I)和地面无线通讯网(5 )组成，地面无线通讯网用于传输地面车辆(8 )采集的车辆运行状态信息，北斗卫星将车辆运行状态信息发送至控制中心； 所述空基道路车辆远程遥测与控制层由控制中心和北斗卫星组成，控制中心对北斗卫星发送的车辆运行状态信息进行存储和判断，并产生车辆控制信息；控制中心发出的车辆控制信息经北斗卫星进行传输； 所述地基道路车辆带宽信息传输与控制层包括地面无线通讯网(5)和道路控制节点(9)，地面车辆通过道路控制节点接收控制中心发送的数据以及发送自身的测量状态信息； 所述道路及车辆测控部位的无线传感器网络系统层由安装于车辆上的北斗定位模块、无线网络模块和车辆内的各种传感器组成，北斗定位模块用于接收北斗卫星发送的定位数据并确定车辆的地理位置坐标，地面车辆通过无线网络模块实现与道路控制节点之间的通讯，车辆内的传感器用于采集车辆的运行状态信息。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统，其特征在于:还包括设置于信息中心站(4)和北斗信标节点(2)，北斗卫星通过与信息中心站的通信来确定自身的空间坐标，北斗信标节点通过接收北斗卫星发送的数据来确定自身的地理位置信息。
3.一种基于权利要求1所述的基于北斗卫星四层架构的车辆综合控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: a).设备布置，在待控制的地面车辆(8)上布设通讯模块，通讯模块包括北斗定位模块和无线网络模块；待带控制的区域内布设道路控制节点，通过道路控制节点接收和转发地面车辆上传的信息； b).坐标采集，地面车辆通过北斗定位模块接收北斗卫星(I)发送的定位数据，通过运算确定出自身的位置坐标； c).运行状态信息采集，地面车辆通过自身布置的传感器确定出包括速度、行驶方向、油耗和轮胎气压在内的车辆运行状态信息； d).判断无线通讯状态，设置于车辆上的通讯模块判断地面无线通讯网是否可用，如果可用，则执行步骤e);如果地面无线通讯网不可用，则执行步骤f)； e).无线网络传输，在地面无线通讯网可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过地面无线通讯网传输至控制中心； f).北斗数据传输，在地面无线通讯网不可用的情况下，地面车辆将自身的运行状态信息和位置坐标通过北斗卫星转发至控制中心； g).控制中心决策，控制中心通过对接收到的车辆运行状态信息和位置坐标的计算和分析，制定出控制车辆运行的决策信息； h).地面车辆控制，控制中心通过北斗卫星或地面无线通讯网将决策信息发送至地面车辆，地面车辆根据接收到的决策信息控制自身的运行。
【文档编号】G01C21/26GK104236559SQ201410459922
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】顾一中, 庞希愚, 王成 申请人:山东交通学院