野外GNSS观测系统、无人值守测控装置及监测仪

本发明属于无线电设备，具体涉及一种野外gnss观测系统、无人值守测控装置及监测仪。

背景技术：

1、空间环境扰动的精细结构及其随经度、纬度的传播特征是当前的研究热点。近年来，沿同一经度或纬度等距离布设一系列有人（无人）值守野外探测站点进行gnss监测成为了趋势和热点。

2、由于站点近似等距离链式布局和gnss监测仪观测视场的要求，这些站点大部分位于农村或偏远地区，存在供电不稳、无空调控温、看护人员技术水平有限等问题，观测设备停记和死机现象频发，影响整个观测链网的数据完整性和相关科学研究的顺利开展。此外，野外gnss监测仪的远程调试和维护往往需要对设备进行硬复位（断电再上电）；设备出现卡死、停记故障时，仪器无法自恢复，也需要硬复位；目前，需要联系站点附近人员配合处理，时效性和可操作性受到很大影响，特别是无人值守站点，只能出差前往。

3、目前供电问题可以采用商业ups解决，但商用ups无法和gnss监测仪交互信息，实现对仪器的控制，尤其是主动检测控制，不适合野外站点。通过软件监控，当监控软件卡死后，就会造成长时间的记录停止，数据丢失；因此基于硬件智能监测操控就显得尤为重要。

4、因此，当前野外gnss观测站，缺少一种稳定的野外gnss观测系统和/或无人值守测控装置，来保障野外观测设备的运行稳定性和操控便利性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的野外gnss观测系统中的无人值守测控装置无法实现自动硬启动、供电的商用ups供电无法与gnss检测仪交互以及当监控软件卡死后，会长时间的记录停止，出现数据丢失，进而导致野外观测设备的运行稳定性和操控便利性较差的问题，本发明第一方面，提出了一种野外gnss观测系统，应用于野外gnss观测站，该系统包括：通过串口连接的无人值守测控装置与gnss监测仪；所述gnss监测仪通过网络与远程服务器通讯；所述gnss监测仪的接收板和记录主机单独供电；

2、所述无人值守测控装置，配置为当所述gnss监测仪上电启动正常运行后，接收所述gnss监测仪发送的喂狗信息字符；基于所述喂狗信息字符对应的接收时间以及当前系统时间，获取所述gnss监测仪通讯状态，若处于异常状态，则生成第一调控指令，调控供电输出，对所述记录主机和所述接收板断电硬复位；

3、计算所述接收板当前时间段与前一时间段内的电流消耗的超出百分比、电压波动的少于百分比，基于两百分比获取所述gnss监测仪第一供电状态，若处于异常状态，则生成第二调控指令，对所述接收板断电硬复位；

4、获取所述记录主机的供电输出电流、电压，并根据电流的变化值，获取所述gnss监测仪第二供电状态，若处于异常状态且异常状态持续设定时长，则读取存储的调控指令，若存在第三调控指令，则对所述记录主机断电硬复位，否则生成第三调控指令，调控所述gnss监测仪重启；

5、有市电时，使用市电为所述gnss监测仪和所述无人值守测控装置自身供电，市电断电时，自动切换为电池供电，并实时监测电池电压，低于设定时，通知所述gnss监测仪关机，并延时关闭供电输出；市电恢复，恢复供电，并对电池充电。

6、在一些优选的实施方式中，所述无人值守测控装置包括处理器、供电输出控制模块、数据分析模块、第一数据存储模块、充放电控制模块、第一通讯模块；

7、所述处理器，分别与所述充放电控制模块、所述供电输出控制模块、所述第一数据存储模块、所述数据分析模块、所述第一通讯模块相连，用于管理、协调各模块工作；

8、所述充放电控制模块，用于电池充电控制，交直流供电切换，放电保护和所述无人值守测控装置工作状态参数获取；

9、所述供电输出控制模块，用于控制对外供电的接通与断开；

10、所述第一数据存储模块，用于存储所述充放电控制模块、所述数据分析模块和所述通讯模块产生的数据；

11、所述数据分析模块，用于提取、分析所述数据存储模块中数据，生成发送数据和调控指令；

12、所述第一通讯模块，用于发送、接收数据和调控命令。

13、在一些优选的实施方式中，所述gnss监测仪包括：

14、第二通讯模块，用于和所述无人值守测控装置通讯，负责接收所述无人值守测控装置传来的数据和调控指令，发送所述喂狗信息字符和远程调控指令给所述无人值守测控装置；

15、远程传输模块，用于定时将所述gnss监测仪通过天线接收的卫星数据发送到所述远程服务器；还用于传输数据和所述无人值守测控装置工作状态参数到所述远程服务器，从所述远程服务器获取第四调控指令、第五调控指令；所述第四调控指令用于调控所述无人值守测控装置测控状态；所述第五调控指令用于所述gnss监测仪更新记录参数或重启软件；

16、第二数据存储模块，用于存储所述第二通讯模块传输的数据和指令以及所述远程传输模块传输的指令；

17、数据处理调控模块与所述第二通讯模块、所述第二数据存储模块和所述远程传输模块相连；所述数据处理调控模块，用于读取所述第二数据存储模块存储的数据，调用所述远程传输模块发送数据到所述远程服务器并下载调控指令；根据所述调控指令更新所述gnss监测仪记录参数或重启软件。

18、在一些优选的实施方式中，当所述gnss监测仪上电启动正常运行后，接收所述gnss监测仪发送的喂狗信息字符；基于所述喂狗信息字符对应的接收时间以及当前系统时间，获取所述gnss监测仪通讯状态，若处于异常状态，则生成第一调控指令，调控供电输出，对所述记录主机和所述接收板断电硬复位，其方法为：

19、当所述gnss监测仪上电启动后，所述数据处理调控模块根据设定的第一时长定时检测一次所述gnss监测仪的记录主机是否正常运行，若正常运行，通过所述第二通讯模块按设定的第一时长发送一次喂狗信息字符至所述无人值守测控装置的第一数据存储模块进行存储；

20、所述处理器通过所述数据分析模块按设定的第一时长提取一次所述第一数据存储模块中存储的喂狗信息字符接收时间，并分析判断所述喂狗信息字符对应的接收时间与当前系统时间的时间差是否大于设定的第一时长阈值，若大于，则认为所述gnss监测仪出现故障，生成第一调控指令，调控所述供电输出模块断开所述记录主机和所述接收板电源第一时长后，恢复供电，硬启动所述记录主机和所述接收板。

21、在一些优选的实施方式中，计算所述接收板当前时间段与前一时间段内的电流消耗的超出百分比、电压波动的少于百分比，基于两百分比获取所述gnss监测仪第一供电状态，若处于异常状态，则生成第二调控指令，对所述接收板断电硬复位，其方法为：

22、当所述gnss监测仪上电启动正常运行设定第二时长后，每设定第三时长测量一次所述gnss监测仪的接收板的供电输出电流、电压并保存，每设定第一时长，所述数据分析模块读取所述供电输出电流、电压并计算均值，基于电流均值、电压均值，计算当前时间段与前一时间内的电流消耗的超出百分比、前一时间段与当前时间段的电压波动的少于百分比；

23、若所述超出百分比大于设定第一百分比、所述少于百分比小于设定第二百分比，认为所述接收板异常，生成第二调控指令，根据所述第二调控指令，调控所述供电输出模块断开所述接收板电源第一时长后，恢复供电，硬复位所述接收板。

24、在一些优选的实施方式中，获取所述记录主机的供电输出电流、电压，并根据电流的变化值，获取所述gnss监测仪第二供电状态，若处于异常状态且异常状态持续设定时长，则读取存储的调控指令，若存在第三调控指令，则对所述记录主机断电硬复位，否则生成第三调控指令，调控所述gnss监测仪重启，其方法为：

25、当所述gnss监测仪上电启动正常运行后，每设定第一时长启动硬盘记录数据，从所述gnss监测仪上电启动正常运行设定第二时长后，每设定第三时长测量一次所述gnss监测仪的供电输出电流、电压并保存，每设定第一时长所述数据分析模块读取所述供电输出电流的变化值，若所述变化值大于设定第三百分比，则认为记录正常，读取所述第一数据存储模块中调控指令，如果存在所述第三调控指令，则删除所述第三调控指令；

26、否则认为所述记录主机工作异常，此时，若所述第一数据存储模块中存储有所述第三调控指令，则认为上次调控后软件调控无效，生成所述第二调控指令，调控所述供电输出控制模块给所述记录主机断电设定第一时长后恢复供电，硬复位；否则通过所述第一数据存储模块存储所述第三调控指令并通过所述第一通讯模块发送到gnss监测仪，调控所述gnss监测仪软件重启。

27、在一些优选的实施方式中，有市电时，使用市电为所述gnss监测仪和所述无人值守测控装置自身供电，市电断电时，自动切换为电池供电，并实时监测电池电压，低于设定时，通知所述gnss监测仪关机，并延时关闭供电输出；市电恢复，恢复供电，并对电池充电，其方法为：

28、所述无人值守测控装置上电自启，有交流电时，交流供电，交流断电时，硬件自动切换成电池供电；所述处理器每设定第一时长调用所述充放电控制模块测量一次输入电压和电池电压，若所述输入电压大于设定输入电压阈值，所述电池电压低于设定电池电压阈值，开始给电池充电，当所述电池电压达到设定电池电压阈值，结束充电；

29、当交流断电电池供电时，每分钟检测电池电压，若电池电压高于设定保护电压，正常供电，低于设定保护电压时，发送格式固定的关机命令给所述gnss监测仪，所述数据处理调控模块提取到关机指令后，调控所述gnss监测仪保存设置，主动关机；所述处理器调用所述供电输出控制模块延时设定第二时长后关闭所有供电输出，保护电池不放干；同时，记录停电日期和电池供电时长到所述第一数据存储模块，覆盖原停电日期和电池供电时长数据，所述处理器待机；市电恢复，自动开始供电并给电池充电；

30、所述处理器每设定第一时长调用所述数据分析模块，从所述第一数据存储模块读取停电日期并和当前日期进行比较，如果日期间隔大于等于设定维护间隔，断开交流电，使用电池供电，当电池电压小于等于设定放电维护电压时，切回交流供电，并给电池充电；

31、每当整点时，所述处理器调用所述充放电控制模块测量一次所述无人值守测控装置各节点电压和电流值，并通过所述第一通讯模块发送到所述gnss监测仪进行存储、发送到所述远程服务器，同时发送的还有存储在所述第一数据存储模块的电池供电时长和停电日期信息；所述远程服务器统计软件统计出用供电情况和电池待机时长，根据当地停电时长频率，合理配置电池容量大小；电池待机时长低于设定的待机时长阈值时，提醒更换电池。

32、在一些优选的实施方式中，所述gnss监测仪实现远程控制的方法为：

33、所述远程传输模块每设定第四时长登录一次所述远程服务器，扫描服务器固定目录，查看是否存在调控指令；存在，下载调控指令，并通过所述第二数据存储模块保存，删除服务器端调控指令；不存在，退出；针对所述gnss监测仪的调控指令为第五调控指令，针对所述无人值守测控装置的调控指令为第四调控指令；

34、所述数据处理调控模块每设定第一时长从所述第二数据存储模块读取一次调控指令，如果调控指令不存在，退出；如果调控指令存在，根据调控指令分别调控；如果是所述第五调控指令，调控所述gnss监测仪的状态，更新配置，如果是所述第四调控指令，调用所述第二通讯模块，发送所述第四调控指令到所述无人值守测控装置，所述数据分析模块读取所述第四调控指令并完成对所述无人值守测控装置的调控，调控或传输完成，删除所述第二数据存储模块中所述第四调控指令、所述第五调控指令。

35、本发明的第二方面，提出了一种无人值守测控装置，应用于野外gnss观测站，所述无人值守测控装置通过串口与gnss监测仪连接；所述gnss监测仪的接收板和记录主机单独供电：

36、所述无人值守测控装置，配置为当所述gnss监测仪上电启动正常运行后，接收所述gnss监测仪发送的喂狗信息字符；基于所述喂狗信息字符对应的接收时间以及当前系统时间，获取所述gnss监测仪通讯状态，若处于异常状态，则生成第一调控指令，调控供电输出，对所述记录主机和所述接收板断电硬复位；

37、计算所述接收板当前时间段与前一时间段内的电流消耗的超出百分比、电压波动的少于百分比，基于两百分比获取所述gnss监测仪第一供电状态，若处于异常状态，则生成第二调控指令，对所述接收板断电硬复位；

38、获取所述记录主机的供电输出电流、电压，并根据电流的变化值，获取所述gnss监测仪第二供电状态，若处于异常状态且异常状态持续设定时长，则读取存储的调控指令，若存在第三调控指令，则对所述记录主机断电硬复位，否则生成第三调控指令，调控所述gnss监测仪重启；

39、有市电时，使用市电为所述gnss监测仪和所述无人值守测控装置自身供电，市电断电时，自动切换为电池供电，并实时监测电池电压，低于设定时，通知所述gnss监测仪关机，并延时关闭供电输出；市电恢复，恢复供电，并对电池充电。

40、本发明的第三方面，提出了一种监测仪，应用于野外gnss观测站；所述监测仪为gnss监测仪，所述gnss监测仪通过网络与远程服务器通讯；所述gnss监测仪的接收板和记录主机单独供电；所述gnss监测仪包括：

41、第二通讯模块，用于和无人值守测控装置通讯，负责接收所述无人值守测控装置传来的数据和调控指令，发送喂狗信息字符和远程调控指令给所述无人值守测控装置；

42、远程传输模块，用于定时将所述gnss监测仪通过天线接收的卫星数据发送到所述远程服务器；还用于传输数据和所述无人值守测控装置工作状态参数到所述远程服务器，从所述远程服务器获取第四调控指令、第五调控指令；所述第四调控指令用于调控所述无人值守测控装置测控状态；所述第五调控指令用于所述gnss监测仪更新记录参数或重启软件；

43、第二数据存储模块，用于存储所述第二通讯模块传输的数据和指令以及所述远程传输模块传输的指令；

44、数据处理调控模块与所述第二通讯模块、所述第二数据存储模块和所述远程传输模块相连；所述数据处理调控模块，用于读取所述第二数据存储模块存储的数据，调用所述远程传输模块发送数据到所述远程服务器并下载调控指令；根据所述调控指令更新所述gnss监测仪记录参数或重启软件。

45、本发明的有益效果：

46、本发明实现了野外观测设备的运行稳定性和操控便利性。

47、1）本发明的无人值守测控装置不仅实现了不间断供电（ups）功能，还能通过监测串口通讯，实现看门狗功能，在gnss监测仪记录机卡死时硬复位gnss监测仪；更好地保证野外复杂环境下gnss监测仪长期稳定工作；

48、2）本发明对gnss监测仪信号接收板和记录仪分别使用不同通道供电，实时监测二者用电电流、电压，从而根据用电情况分析gnss监测仪工作状态，并在故障时进行调控，从而实现无人干预的连续自动记录和故障自恢复功能，极大保障了数据获取的连续稳定性；

49、3）本发明的无人值守测控装置通过配置设置电池低压保护和定时放电维护电池，避免了电池放干或长时间保持充满状态对电池的损坏，同时也定期检测了电池供电时长，了解了电池状态；无人值守测控装置工作状态参数实时传输到服务器，可以了解当地供电情况，根据断电频次和时长，配置合适容量的电池，最大限度减少供电对记录的影响；

50、4）本发明在服务器固定目录放置更新的调控指令，gnss监测仪远程传输模块定时下载调控指令，实现远程控制；也可以从远程服务器通过远程软件，直接操控gnss监测仪记录机，远程传送调控指令，实现远程控制。