[发明专利]一种适用于野外无人值守站的多模式数据管理与通信系统

说明书

本发明公开了一种适用于野外无人值守站的多模式数据管理与通信系统，通过多种通信手段的互相备份以及在各个多模通信单元之间组建MESH网络，在多模通信单元与控制中心间组建星型网络，实现高可靠的数据通信能力，克服了现有RTU技术通信手段单一，容易出现数据终端，系统监测预警功能丧失的缺点；克服了传统通信信号感知算法对通信道质量评估容易出现虚警和漏警，通信模式切换时间过长，影响数据传输即时性和系统可靠性的缺点，通过设计一种基于心跳包数据平滑策略的信道质量快速感知算法和基于双预警门限的通信模式快速切换策略，可以有效提高对通信信道质量感知的灵敏度，并缩短通信模式切换时间。

技术领域

本发明属于自然灾害预防、预报技术领域，具体涉及一种适用于野外无人值守站的多模式数据管理与通信系统，主要应用方向为野外无人值守站的数据管理与通信。

背景技术

我国是一个受泥石流危害最为严重的国家之一，三分之二的有人居住山区都面临着滑坡、泥石流、滚石等自然灾害的威胁，国家对于地质灾害的监测预警需求迫切。此外，在边境无人值守站的安防监控、大坝涵洞等重大工程的安全监测领域，对于远程监测预警的需求也十分强烈。

这些监测预警的需求大多位于野外无人值守地区，设备维护人员不易到达，因此要求监测预警设备必须具有更高的通信可靠性和更强的故障自主恢复的能力。

常见的监测预警系统通常包括数据监测单元、数据采集与传输单元、控制中心三大部分。数据监测单元用于对关键区域的特定参数(如气象信息、坐标信息、视频信息等)进行持续的监测；数据采集与传输单元用于采集监测单元生成的监测数据，并发送给控制中心；控制中心通常位于用户办公区，用于对各个数据采集与传输单元回传的数据进行整合分析，实现对关键区域的远程监控。

现有的监测预警系统解决方案中，大多使用遥测终端单元(Remote TerminalUnit，RTU)作为数据采集与传输单元，实现监测点数据的采集和回传功能。这些RTU大多配备4G通信单元和北斗短报文单元。在现场移动信号环境良好时，通过移动运营商提供的无线上网服务，将监测数据发送给后端的控制中心；在移动信号不可用时，通过北斗短报文将监测数据发送给后端的控制中心。

该方案存在以下不足：

1)、现有RTU采用的4G+北斗短报文的通信方案，通信手段比较单一，在受灾期间局部气象和通信环境往往比较恶劣，常出现两种通信模式同时失效的情况，导致数据通信中断，系统监测预警功能丧失。

2)、现有4G通信方案中，通过定时发送心跳包感知通信信道质量，在心跳包应答失败后即判断4G通信模式失效，系统自动切换至北斗短报文模式。这种切换方法在野外通信信号不稳定的情况下，很可能因为偶然的心跳包丢失或偶然的心跳包应答成功即触发通信模式切换或保持操作，导致出现虚警或漏警情况。

3)、现有4G通信方案中，系统在判断4G通信模式失效后切换至北斗短报文模式，若将这种策略应用于卫星通信单元，由于卫星通信单元的启动和入网时间较长(超过5分钟)，在此过程中系统处于离线状态，将会导致通信即时性变差，系统可靠性降低。

4)、北斗短报文消息的长度和发送频度受限，每分钟只能向外发送1条消息，通信速率十分有限，通信延迟大，无法满足监测预警对于时效性的要求。

5)、北斗短报文卫星位于地球同步轨道，在泥石流监测需求最为强烈的高山地区，由于同步轨道卫星的北坡效应，导致卫星与短报文模块之间被高山遮挡，无法建立通信链路，短报文模块失效。制约了灾害监测点的选址。

6)、现有RTU仅能实现数据的采集和回传功能，不具有设备工作模式控制和自主健康管理能力，当设备出现故障时，需要设备维护人员到现场进行恢复，系统维护难度大，维护成本高。

发明内容