一種基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng),包括空地道路車輛測控網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)層。本發(fā)明的控制方法,包括:a)設備布置;b)坐標采集;c)運行狀態(tài)信息采集;d)判斷無線通訊狀態(tài);e)無線網(wǎng)絡傳輸;f)北斗數(shù)據(jù)傳輸;g)控制中心決策;h)地面車輛控制。本發(fā)明的車輛綜合控制系統(tǒng)和方法,在無線通訊正常情況下,通過無線通訊網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù),成本低、數(shù)據(jù)傳輸量大、安全可高;當?shù)孛嫱ㄓ嵕W(wǎng)絡遭受破壞或無信號時,則通過北斗衛(wèi)星傳輸,保證了信息傳輸?shù)倪B續(xù)性,有利于實現(xiàn)對車輛運行狀態(tài)的不間斷監(jiān)測和控制。
【專利說明】一種基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法,更具體的說,尤其涉及一種可對車輛的運行狀態(tài)進行不間斷監(jiān)測和控制的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]近年來發(fā)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(fā)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(huán)境較差的區(qū)域,依據(jù)現(xiàn)有的通訊形式,也無法實現(xiàn)車輛運行狀態(tài)的監(jiān)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(xiàn)有的通訊技術在節(jié)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(wèi)星導航系統(tǒng)是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),現(xiàn)在已成功發(fā)射四顆北斗導航試驗衛(wèi)星和七顆北斗導航衛(wèi)星,將在系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗基礎上,逐步擴展為全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設目標是建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的衛(wèi)星導航系統(tǒng),融入了“北斗”系統(tǒng)之后,可以采用新型車輛控制架構。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明為了克服上述技術問題的缺點,提供了一種基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法。
[0005]本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng),包括空地道路車輛測控網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)層,其特別之處在于:所述空地道路車輛測控網(wǎng)絡層由北斗衛(wèi)星和地面無線通訊網(wǎng)組成,地面無線通訊網(wǎng)用于傳輸?shù)孛孳囕v采集的車輛運行狀態(tài)信息,北斗衛(wèi)星將車輛運行狀態(tài)信息發(fā)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(wèi)星組成,控制中心對北斗衛(wèi)星發(fā)送的車輛運行狀態(tài)信息進行存儲和判斷,并產(chǎn)生車輛控制信息;控制中心發(fā)出的車輛控制信息經(jīng)北斗衛(wèi)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(wǎng)和道路控制節(jié)點,地面車輛通過道路控制節(jié)點接收控制中心發(fā)送的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的測量狀態(tài)信息;所述道路及車輛測控部位的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網(wǎng)絡模塊和車輛內(nèi)的各種傳感器組成,北斗定位模塊用于接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)并確定車輛的地理位置坐標,地面車輛通過無線網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)與道路控制節(jié)點之間的通訊,車輛內(nèi)的傳感器用于采集車輛的運行狀態(tài)信息。
[0006]本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng),還包括設置于信息中心站和北斗信標節(jié)點,北斗衛(wèi)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(jié)點通過接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定自身的地理位置信息。
[0007]本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)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(wǎng)絡模塊;待帶控制的區(qū)域內(nèi)布設道路控制節(jié)點,通過道路控制節(jié)點接收和轉發(fā)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(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù),通過運算確定出自身的位置坐標;c).運行狀態(tài)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(nèi)的車輛運行狀態(tài)信息;
d).判斷無線通訊狀態(tài),設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網(wǎng)是否可用,如果可用,則執(zhí)行步驟e);如果地面無線通訊網(wǎng)不可用,則執(zhí)行步驟f) ;e).無線網(wǎng)絡傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過地面無線通訊網(wǎng)傳輸至控制中心;f).北斗數(shù)據(jù)傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)不可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過北斗衛(wèi)星轉發(fā)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(tài)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(wèi)星或地面無線通訊網(wǎng)將決策信息發(fā)送至地面車輛,地面車輛根據(jù)接收到的決策信息控制自身的運行。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的車輛綜合控制系統(tǒng)和方法,通過設置由空地道路車輛測控網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)層組成的四層架構,在無線通訊網(wǎng)絡正常情況下,車輛的運行狀態(tài)信息和位置坐標可通過地面的無線通訊網(wǎng)進行傳輸,成本低、數(shù)據(jù)傳輸量大、安全可高;當?shù)孛嫱ㄓ嵕W(wǎng)絡遭受破壞或無信號時,則通過利用北斗衛(wèi)星的通信功能進行數(shù)據(jù)傳輸,保證了信息傳輸?shù)倪B續(xù)性,有利于實現(xiàn)對車輛運行狀態(tài)的不間斷監(jiān)測和控制。
[0009]發(fā)明的車輛綜合控制系統(tǒng)和方法的有益效果體現(xiàn)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(fā)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(wèi)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(wǎng)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(tǒng),實現(xiàn)低成本、大范圍交通測控,有利于危險品運輸以及車輛節(jié)能環(huán)保在內(nèi)的各種道路車輛問題的解決。
[0012](4)、采用Beidou衛(wèi)星/WSN技術采集、提取、傳輸車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)信息,形成車輛狀態(tài)信息的分布式智能化網(wǎng)絡系統(tǒng),使車輛狀態(tài)信息準確、可靠傳輸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)的原理圖;
圖2為本發(fā)明中地面車輛利用北斗衛(wèi)星進行定位的原理圖;
圖3為本發(fā)明中地面車輛進行組網(wǎng)的原理圖。
[0014]圖中:1北斗衛(wèi)星,2北斗信標節(jié)點,3傳感器節(jié)點,4信息中心站,5地面無線通訊網(wǎng),6 Internet網(wǎng)絡,7用戶,8地面車輛,9道路控制節(jié)點。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]如圖1和圖2所示,給出了本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)的原理圖以及利用北斗衛(wèi)星進行定位的原理圖,其包括包括空地道路車輛測控網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)層??盏氐缆奋囕v測控網(wǎng)絡層由北斗衛(wèi)星I和地面無線通訊網(wǎng)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(wèi)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(wǎng)5和道路控制節(jié)點9,道路及車輛測控部位的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網(wǎng)絡模塊和車輛內(nèi)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(wǎng)絡模塊組成,地面車輛通過北斗定位模塊接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù),實現(xiàn)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(tài)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(wǎng)絡模塊可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
[0018]所示的地面通訊網(wǎng)5可為3G網(wǎng)絡,傳感器節(jié)點3為布設有通訊模塊的地面車輛,道路控制節(jié)點9為布設在一定區(qū)域范圍內(nèi)實現(xiàn)車輛組網(wǎng)的路由節(jié)點,用于轉發(fā)和接收車輛與無線網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)。北斗衛(wèi)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(wèi)星定位的精確度;北斗信標節(jié)點2設置于地面上,對北斗衛(wèi)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(jié)點3)上待傳輸?shù)臄?shù)據(jù),可依次通過道路控制節(jié)點9、地面無線通訊網(wǎng)5、Internet網(wǎng)絡6上傳至控制中心,也可通過北斗衛(wèi)星1、Internet網(wǎng)絡上傳至控制中心??刂浦行膶邮盏降能囕v運行狀態(tài)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(fā)至地面車輛8,以對車輛的運行狀態(tài)進行控制。
[0020]本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)的控制方法,通過以下步驟來實現(xiàn):
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(wǎng)絡模塊;待帶控制的區(qū)域內(nèi)布設道路控制節(jié)點,通過道路控制節(jié)點接收和轉發(fā)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(wèi)星(I)發(fā)送的定位數(shù)據(jù),通過運算確定出自身的位置坐標;
c).運行狀態(tài)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(nèi)的車輛運行狀態(tài)信息;
d).判斷無線通訊狀態(tài),設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網(wǎng)是否可用,如果可用,則執(zhí)行步驟e);如果地面無線通訊網(wǎng)不可用,則執(zhí)行步驟f);
e).無線網(wǎng)絡傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過地面無線通訊網(wǎng)傳輸至控制中心;
f).北斗數(shù)據(jù)傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)不可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過北斗衛(wèi)星轉發(fā)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(tài)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(wèi)星或地面無線通訊網(wǎng)將決策信息發(fā)送至地面車輛,地面車輛根據(jù)接收到的決策信息控制自身的運行。
[0021]本發(fā)明的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)及方法,在無線通訊網(wǎng)絡正常情況下,車輛的運行狀態(tài)信息和位置坐標可通過地面的無線通訊網(wǎng)進行傳輸,成本低、數(shù)據(jù)傳輸量大、安全可高;當?shù)孛嫱ㄓ嵕W(wǎng)絡遭受破壞或無信號時,則通過利用北斗衛(wèi)星的通信功能進行數(shù)據(jù)傳輸,保證了信息傳輸?shù)倪B續(xù)性,有利于實現(xiàn)對車輛運行狀態(tài)的不間斷監(jiān)測和控制。
【權利要求】
1.一種基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng),包括空地道路車輛測控網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)層,其特征在于:所述空地道路車輛測控網(wǎng)絡層由北斗衛(wèi)星(I)和地面無線通訊網(wǎng)(5 )組成,地面無線通訊網(wǎng)用于傳輸?shù)孛孳囕v(8 )采集的車輛運行狀態(tài)信息,北斗衛(wèi)星將車輛運行狀態(tài)信息發(fā)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(wèi)星組成,控制中心對北斗衛(wèi)星發(fā)送的車輛運行狀態(tài)信息進行存儲和判斷,并產(chǎn)生車輛控制信息;控制中心發(fā)出的車輛控制信息經(jīng)北斗衛(wèi)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(wǎng)(5)和道路控制節(jié)點(9),地面車輛通過道路控制節(jié)點接收控制中心發(fā)送的數(shù)據(jù)以及發(fā)送自身的測量狀態(tài)信息; 所述道路及車輛測控部位的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)層由安裝于車輛上的北斗定位模塊、無線網(wǎng)絡模塊和車輛內(nèi)的各種傳感器組成,北斗定位模塊用于接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)并確定車輛的地理位置坐標,地面車輛通過無線網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)與道路控制節(jié)點之間的通訊,車輛內(nèi)的傳感器用于采集車輛的運行狀態(tài)信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于北斗衛(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng),其特征在于:還包括設置于信息中心站(4)和北斗信標節(jié)點(2),北斗衛(wèi)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(jié)點通過接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)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(wèi)星四層架構的車輛綜合控制系統(tǒng)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(wǎng)絡模塊;待帶控制的區(qū)域內(nèi)布設道路控制節(jié)點,通過道路控制節(jié)點接收和轉發(fā)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(wèi)星(I)發(fā)送的定位數(shù)據(jù),通過運算確定出自身的位置坐標; c).運行狀態(tài)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(nèi)的車輛運行狀態(tài)信息; d).判斷無線通訊狀態(tài),設置于車輛上的通訊模塊判斷地面無線通訊網(wǎng)是否可用,如果可用,則執(zhí)行步驟e);如果地面無線通訊網(wǎng)不可用,則執(zhí)行步驟f); e).無線網(wǎng)絡傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過地面無線通訊網(wǎng)傳輸至控制中心; f).北斗數(shù)據(jù)傳輸,在地面無線通訊網(wǎng)不可用的情況下,地面車輛將自身的運行狀態(tài)信息和位置坐標通過北斗衛(wèi)星轉發(fā)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(tài)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(wèi)星或地面無線通訊網(wǎng)將決策信息發(fā)送至地面車輛,地面車輛根據(jù)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(yōu)先權日:2014年9月11日
【發(fā)明者】顧一中, 龐希愚, 王成 申請人:山東交通學院