基于双链路通信的水沙远程监测系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于双链路通信的水沙远程监测系统和方法，包括远端监测子系统，用于采集河流流域的水情数据，音频数据，视频数据；将所述水情数据经由卫星通信链路发送至近端演示子系统；并将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路发送至近端演示子系统；所述近端演示子系统根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演示。
【专利说明】基于双链路通信的水沙远程监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及河道监测领域，尤其涉及一种基于双链路通信的水沙远程监测系统和方法。
【背景技术】
[0002]水沙输移监测在我国一直受到高度重视，它是建设水利工程以及研究水库调度方式的重要基础，也是防洪救灾的基本依托。目前，国内对水沙输移的监测大部分仍采用现场人工监测的方式，仅有部分地区采用了较为先进的自动监测系统。
[0003]现有的自动监测系统主要采用电缆或GSM/GPRS方式对数据进行上传，无法满足用户对大数据和类型丰富的需求。并且，由于监测点大多设置在环境较恶劣的地区，在恶劣天气的影响之下监测链路性能下降容易引起误报，致使水沙监测数据失真。一旦发生紧急情况，造成数据传输链路中断，导致自动监测系统瘫痪，无法满足防洪应急的要求。
[0004]因此，亟需提供一种能够保证监测数据有效传输的水沙远程实时监测系统和方法来解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于双链路通信的水沙远程监测系统，包括:
[0006]远端监测子系统，用于采集河流流域的水情数据，音频数据，视频数据；将所述水情数据经由卫星通信链路发送至近端演示子系统；并将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路发送至近端演示子系统；
[0007]所述近端演示子系统根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演示。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述近端演示子系统包括:
[0009]检测模块，以经由卫星通信链路接收的水情数据为基准比对经由主用通信链路接收的水情数据，检测主用通信链路处于正常状态或者故障状态，得到检测结果；
[0010]调度模块，根据检测结果调度经由卫星通信链路或者主用通信链路传送的数据；当主用通信链路处于正常状态时，以经由主用通信链路接收的数据做为演算数据；当主用通信链路处于故障状态时，以经由卫星通信链路接收的数据做为演算数据；
[0011]演示模块，对所述演算数据进行分析预测，在计算机图形界面演示。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据中的时间要素数据以及经由主用通信链路接收的水情数据中的时间要素数据，计算时间差值；根据所述时间差值判断主用通信链路为失步或者同步；
[0013]若主用通信链路为同步，检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据和经由主用通信链路接收的水情数据中相同时间要素数据对应的水情要素数据值，以经由卫星通信链路接收的水情要素数据值为基准比对经由主用通信链路接收的水情要素数据值，根据比对结果判断主用通信链路为失效或者有效；
[0014]若主用通信链路为有效，则所述检测结果为主用通信链路处于正常状态；
[0015]若主用通信链路为失步或者失效，则所述检测结果为主用通信链路处于故障状态。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述远端监测子系统包括:
[0017]设置在河流流域的若干监测装置，分别连接至预处理模块；所述监测装置包括水情监测装置，音频监测装置以及视频监测装置，用于采集河流流域的环境信息；所述预处理模块对所述环境信息进行预处理，得到所述水情数据，音频数据，视频数据；
[0018]编码模块，对所述水情数据进行编码生成卫星链路监测报文，以及对所述水情数据，音频数据，视频数据进行编码生成主用链路监测报文。
[0019]根据本发明的一个实施例，所述卫星链路监测报文和主用链路监测报文中的报文数据为json格式，所述报文数据中的水情数据、音频数据、视频数据采用键值对的结构进行编码。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述预处理模块对所述环境信息进行预处理，包括:
[0021]读取所述环境信息中的水情信息并转化为所述水情数据；
[0022]读取所述环境信息中的音频信息，通过高频采样，并采用小波变换进行滤波，利用Base64加密算法加密，得到所述音频数据；
[0023]读取所述环境信息中的视频信息，转化为BITMAP格式的离散图片，利用Base64加密算法加密，得到所述视频数据。
[0024]根据本发明的另一方面，提出一种基于双链路通信的水沙远程监测方法，包括:
[0025]在远端监测子系统和近端演示子系统之间建立卫星通信链路以及主用通信链路；
[0026]采集河流流域的环境信息；对所述环境信息进行预处理，得到水情数据，音频数据，视频数据；
[0027]将所述水情数据经由卫星通信链路传送至近端演示子系统；并将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路传送至近端演示子系统；
[0028]根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演
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[0029]根据本发明的一个实施例，所述根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，包括:
[0030]以经由卫星通信链路接收的水情数据为基准比对经由主用通信链路接收的水情数据，检测主用通信链路处于正常状态或者故障状态，得到检测结果。
[0031]根据本发明的一个实施例，所述检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据中的时间要素数据以及经由主用通信链路接收的水情数据中的时间要素数据，计算时间差；根据所述时间差判断主用通信链路为失步或者同步；
[0032]若主用通信链路为同步，检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据和经由主用通信链路接收的水情数据中相同时间要素数据对应的水情要素数据值，以经由卫星通信链路接收的水情要素数据值为基准比对经由主用通信链路接收的水情要素数据值，根据比对结果判断主用通信链路为失效或者有效；
[0033]若主用通信链路为有效，则所述检测结果为主用通信链路处于正常状态；
[0034]若主用通信链路为失步或者失效，则所述检测结果为主用通信链路处于故障状态。
[0035]根据本发明的一个实施例，所述根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，包括:
[0036]根据检测结果调度经由卫星通信链路或者主用通信链路传送的数据；当主用通信链路处于正常状态时，以经由主用通信链路接收的数据做为演算数据；当主用通信链路处于故障状态时，以经由卫星通信链路接收的数据做为演算数据。
[0037]本发明提供卫星通信链路和主用通信链路同时传送河流环境监测数据，并将双通信链路传送的数据做比对，保证河道环境监测数据准确度。利用json数据格式的环境监测报文以及主用通信链路高速传输的特点，兼容水情要素和音频数据、视频数据，丰富数据传输的信息内容。在危机状况下，当主用通信链路性能降低时可通过卫星通信链路提供监测数据的实时传输。
[0038]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是根据本发明实施例一基于双链路通信的水沙远程监测系统结构示意图；
[0040]图2是根据本发明实施例一的远端监测子系统结构示意图；
[0041]图3是根据本发明实施例一的近端演示子系统结构示意图；
[0042]图4是根据本发明实施例一的检测模块对主用通信链路进行检测的工作流程图；
[0043]图5是根据本发明实施例二基于双链路通信的水沙远程监测方法流程图。
【具体实施方式】
[0044]以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明各实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0045]实施例一
[0046]图1是根据本发明实施例一基于双链路通信的水沙远程监测系统100的结构示意图。
[0047]系统100包括远端监测子系统101，用于采集河流流域的水情数据，音频数据，视频数据；将所述水情数据经由卫星通信链路102发送至近端演示子系统104 ;并将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路103发送至近端演示子系统104 ；
[0048]近端演示子系统104根据卫星通信链路102接收的水情数据检测主用通信链路103的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路102或者主用通信链路103接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演示。
[0049]本实施例中，卫星通信链路102由北斗卫星网络提供；主用通信链路103可以是由LTE、WCDMA, CDMA2000、TD-CDMA, WLAN、GPRS中的任一种通信网络提供的通信链路，或者为使用近距离无线通信技术，例如W1-F1、Zigbee，并结合因特网提供的通信链路。
[0050]图2是根据本发明实施例一的远端监测子系统101的结构示意图，远端监测子系统101集成了河流环境监测数据的采集、存储、预处理、传输的功能。包括设置在河流流域的若干监测装置201，分别连接至预处理模块202 ;监测装置201包括水情监测装置，音频监测装置以及视频监测装置，用于采集河流流域的环境信息，包括水情信息、音频信息和视频信息；预处理模块202对环境信息进行预处理，得到相应的水情数据，音频数据，视频数据。
[0051]优选地，水情监测装置可以是水位传感器、流量计、流速计、水沙传感器中的一种或几种，用于采集河流的水情数据，包括水位、流量、流速、泥沙、冰凌等等；音频监测装置使用麦克风，用于采集河流的音频信息；视频监测装置使用摄像头等的视频监测装置，用于采集河流的视频信息。
[0052]水位传感器，流量计，水沙传感器，麦克风，摄像头等等通过RS485总线、微波、USB缆线等方式与预处理模块202连接。
[0053]预处理模块202对河流的环境信息进行预处理，读取水情传感数据并转化为水情要素数据,例如,将物位传感器的距离数据转换为水位数据。
[0054]具体地，物位传感器输出的数值是传感器到水面的距离，水位是水面到标准海平面的距离。在安装物位传感器时，已设置物位传感器到标准海平面距离，因此物位传感器输出的数值与物位传感器到标准海平面距离之差为水位数据。
[0055]预处理模块202对河流的环境信息进行预处理，还包括读取环境信息中由音频监测装置采集的音频信息，通过高频采样，并采用小波变换进行滤波，利用Base64加密算法加密，得到音频数据。其中，对音频信息利用小波变换进行滤波，可以大量的减小音频数据的数据量，有效利用通信链路传输容量。
[0056]预处理模块202对河流的环境信息进行预处理，还包括读取环境信息中由视频监测装置采集的视频信息，转化为BITMAP格式的离散图片，利用Base64加密算法加密，得到视频数据。
[0057]优选地，在远端监测子系统中还可设置远端工作设备用于工作人员在现场维护数据。预处理模块202将水情数据、音频数据、视频数据推送至远端工作设备并存储为文本形式，有利于河流环境信息的共享和维护。
[0058]编码模块203对水情数据进行编码生成卫星链路监测报文，以及对水情数据，音频数据，视频数据进行编码生成主用链路监测报文。
[0059]本实施例提供一种基于json (Javascript Object Notation)数据格式的河流环境监测报文编码方式，兼容现有水文监控工程规范，并能够处理多种水情传感装置、麦克风、摄像头所产生的复杂监控信息。
[0060]该河流环境监测报文格式如表I所示。
[0061]表I
[0062]
【权利要求】
1.一种基于双链路通信的水沙远程监测系统，其特征在于，包括: 远端监测子系统，用于采集河流流域的水情数据，音频数据，视频数据；将所述水情数据经由卫星通信链路发送至近端演示子系统；将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路发送至近端演示子系统； 所述近端演示子系统根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演示。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述近端演示子系统包括: 检测模块，以经由卫星通信链路接收的水情数据为基准比对经由主用通信链路接收的水情数据，检测主用通信链路处于正常状态或者故障状态，得到检测结果； 调度模块，根据检测结果调度经由卫星通信链路或者主用通信链路传送的数据；当主用通信链路处于正常状态时，以经由主用通信链路接收的数据做为演算数据；当主用通信链路处于故障状态时，以经由卫星通信链路接收的数据做为演算数据； 演示模块，对所述演算数据进行分析预测，在计算机图形界面演示。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据中的时间要素数据以及经由主用通信链路接收的水情数据中的时间要素数据，计算时间差值；根据所述时间差值判断主用通信链路为失步或者同步； 若主用通信链路为同步，检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据和经由主用通信链路接收的水情数据中相同时间要素数据对应的水情要素数据值，以经由卫星通信链路接收的水情要素数据值为基准比对经由主用通信链路接收的水情要素数据值，根据比对结果判断主用通信链路为失效或者有效； 若主用通信链路为有效，则所述检测结果为主用通信链路处于正常状态； 若主用通信链路为失步或者失效，则所述检测结果为主用通信链路处于故障状态。
4.如权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述远端监测子系统包括: 设置在河流流域的若干监测装置，分别连接至预处理模块；所述监测装置包括水情监测装置，音频监测装置以及视频监测装置，用于采集河流流域的环境信息；所述预处理模块对所述环境信息进行预处理，得到所述水情数据，音频数据，视频数据； 编码模块，对所述水情数据进行编码生成卫星链路监测报文，以及对所述水情数据，音频数据，视频数据进行编码生成主用链路监测报文。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述卫星链路监测报文和主用链路监测报文中的报文数据为json格式，所述报文数据中的水情数据、音频数据、视频数据采用键值对的结构进行编码。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预处理模块对所述环境信息进行预处理，包括: 读取所述环境信息中的水情信息并转化为所述水情数据； 读取所述环境信息中的音频信息，通过高频采样，并采用小波变换进行滤波，利用Base64加密算法加密，得到所述音频数据； 读取所述环境信息中的视频信息，转化为BITMAP格式的离散图片，利用Base64加密算法加密，得到所述视频数据。
7.一种基于双链路通信的水沙远程监测方法，其特征在于，包括: 在远端监测子系统和近端演示子系统之间建立卫星通信链路以及主用通信链路； 采集河流流域的环境信息；对所述环境信息进行预处理，得到水情数据，音频数据，视频数据； 将所述水情数据经由卫星通信链路传送至近端演示子系统；并将所述水情数据，音频数据，视频数据经由主用通信链路传送至近端演示子系统； 根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，并根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，在计算机图形界面演示。
8.如权利要求7中所述的方法，其特征在于，所述根据卫星通信链路接收的水情数据检测主用通信链路的工作状态，包括: 以经由卫星通信链路接收的水情数据为基准比对经由主用通信链路接收的水情数据，检测主用通信链路处于正常状态或者故障状态，得到检测结果。
9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于， 所述检测模块分别提取 经由卫星通信链路接收的水情数据中的时间要素数据以及经由主用通信链路接收的水情数据中的时间要素数据，计算时间差；根据所述时间差判断主用通信链路为失步或者同步； 若主用通信链路为同步，检测模块分别提取经由卫星通信链路接收的水情数据和经由主用通信链路接收的水情数据中相同时间要素数据对应的水情要素数据值，以经由卫星通信链路接收的水情要素数据值为基准比对经由主用通信链路接收的水情要素数据值，根据比对结果判断主用通信链路为失效或者有效； 若主用通信链路为有效，则所述检测结果为主用通信链路处于正常状态； 若主用通信链路为失步或者失效，则所述检测结果为主用通信链路处于故障状态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据检测结果选择卫星通信链路或者主用通信链路接收的数据做为演算数据，包括: 根据检测结果调度经由卫星通信链路或者主用通信链路传送的数据；当主用通信链路处于正常状态时，以经由主用通信链路接收的数据做为演算数据；当主用通信链路处于故障状态时，以经由卫星通信链路接收的数据做为演算数据。
【文档编号】H04L1/22GK103763384SQ201410041370
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】方红卫, 张岳峰, 赵慧明, 何国建, 徐兴亚 申请人:清华大学