一种基于LORA技术的船舶运行控制方法及其系统与流程

本发明涉及信息通信技术领域，尤其涉及的是一种基于lora技术的船舶运行控制方法及其系统。

背景技术：

物联网iot是继计算机、互联网、移动通讯之后的又一次信息产业浪潮，是今后移动互联的发展方向。随着物联网的发展，诸如蓝牙、zigbee这种短距离通讯或者诸如wifi、3g/4g这种高功耗通讯已经不能满足要求。而lora无线技术却可以结合优点摈弃确定，能做到长距离并且低功耗传输，因此lora无线技术便应运而生。

lora是由semtech研发的低功耗联网技术，采用直序扩频技术，利用全球共用的ism公共频率137-1020mhz进行无线数据传输。由于它使用sub-ghz频段，使其更易于较低功耗远距离通讯，并且具有较强的穿墙技能。低功耗也使电池的使用寿命大幅提升。基于这些优势，使得lora技术在物联网中得到大规模开发应用。

运船只就像在太空中旅行，需要停靠最近的港口获得不断的食物和淡水补给，也需要清楚自身航行到的位置、到达目的地的距离以及附近其它船只的动向。寻找最近的港口、获取到达目的地的距离、其它船只的动向都需要与外界（总部或者其它船只）有通讯联系，现有技术中，通常使用3g或者4g网络建立船只与外界的联系，但是由于处于海域之中，若3g或者4g的网络可能因为信号较弱，无法建立有效的连接。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种基于lora技术的船舶运行控制方法及其系统，克服现有技术海域中无法建立有效的通讯连接，或者建立的无线数据传输高能耗的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于lora技术的船舶运行控制方法，其中，包括以下步骤：

步骤a、各个船只终端获取自身预定时间内的航行信息，并通过安装在内部lora通讯模块发出；

步骤b、lora网关获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器；

步骤c、所述总部服务器获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息；

步骤d、lora网关接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上；

步骤e、各个船只终端的微控制器根据所述航线指示信息控制船只航行。

所述的基于lora技术的船舶运行控制方法，其中，所述步骤a中还包括：

步骤a1、安装在各个船只终端内部的gps模块获取当前船只终端的位置信息和预设时间内的航行轨迹，将所述位置信息和预设时间内的航行轨迹作为该船只在预设时间内的航行信息发送至船只终端的微控制器；

步骤a2、所述船只终端的微控制器获取所述航行信息，并将所述航行信息扩频为无线信号发出。

所述的基于lora技术的船舶运行控制方法，其中，所述步骤c中还包括：

步骤c1、与总部服务器相连接的lora通讯接收端获取lora网关发出的无线信号，并将所述无线信号转化成数字信号发送至总部服务器。

所述的基于lora技术的船舶运行控制方法，其中，所述指示信息包括：接下来的航行安排、最近船只位置信息和最近停泊港口信息。

所述的基于lora技术的船舶运行控制方法，其中，所述步骤c还包括:

步骤c2、lora通讯接收端将总部服务器发出的指示信息扩频为无线信号发送给lora网关。

一种基于lora技术的船舶运行控制系统，其中，包括：至少一个船只终端、至少一个lora网关和总部服务器；

所述船只终端包括：lora通讯模块、微控制器模块和gps定位模块；

所述gps定位模块，用于获取各个船只终端在预定时间内的航行信息；

所述lora通讯模块，用于将船只终端的预定时间内的航行信息和位置信息发出；

所述lora网关，用于获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器；

所述总部服务器，用于获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息；

所述lora网关，还用于接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上；

各个船只终端的微控制器模块，用于根据所述航线指示信息控制船只航行。

所述的基于lora技术的船舶运行控制系统，其中，所述预设时间内的航行信息包括：当前船只终端的位置信息和预设时间内的航行轨迹；

所述船只终端的微控制模块，还用于获取所述航行信息，并将所述航行信息扩频为无线信号发出。

所述的基于lora技术的船舶运行控制系统，其中，还包括：lora通讯接收端；

所述lora通讯接收端与总部服务器相连接，还用于将所述无线信号转化成数字信号发送至总部服务器。

所述的基于lora技术的船舶运行控制系统，其中，所述航线指示信息包括：接下来的航行安排、最近船只位置信息和最近停泊港口信息。

所述的基于lora技术的船舶运行控制系统，其中，所述lora通讯接收端还包括：控制模块；

所述控制模块，用于将总部服务器发出的指示信息扩频为无线信号发送给lora网关。

有益效果，本发明提供了一种基于lora技术的船舶运行控制方法及其系统，各个船只终端获取自身预定时间内的航行信息，并通过安装在内部lora通讯模块发出；lora网关获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器；所述总部服务器获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息；lora网关接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上；各个船只终端的微控制器根据所述航线指示信息控制船只航行。本发明所公开的方法及系统应用在广袤的海域通讯，lora网关组成比较简单，易于建设，可以实现水运船只与总部服务器之间的相互通讯，为船舶的行驶安全提供保障。

附图说明

图1是本发明所述的基于lora技术的船舶运行控制方法的步骤流程图。

图2是本发明所述的方法具体应用实施例的方法步骤流程图。

图3是本发明所述的基于lora技术的船舶运行控制系统的原理结构示意图。

图4是本发明所述船只终端的原理结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种基于lora技术的船舶运行控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤s1、各个船只终端获取自身预定时间内的航行信息，并通过安装在内部lora通讯模块发出。

航行在海域中的多个船只上均安装有终端，所述终端可以为任何一种智能终端，比如：可以为智能电脑，由于在海域中，为了使用方便优选的，为手机或者智能穿戴设备。

所述船只终端内安装有gps定位模块，用于随时根据当前终端所处的坐标位置进行定位，实时获取船只的位置信息和预设时间内的航行轨迹。进一步的，所述船只终端内部还安装有lora通讯模块，所述船只终端通过使用lora通讯模块将其获取的位置信息及预设时间内的航行轨迹发送出去。

为了保证对航行信息的准确发送和lora网关对信息的顺利接收，所述步骤s1中还包括：

步骤s11、安装在各个船只终端内部的gps模块获取当前船只终端的位置信息和预设时间内的航行轨迹，将所述位置信息和预设时间内的航行轨迹作为该船只在预设时间内的航行信息发送至船只终端微控制器；

步骤s12、所述船只终端微控制器获取所述航行信息，并将所述航行信息扩频为无线信号发出。

为了保证lora网关可以接收到来自多个不同船只终端发出的航行信息，首先通过lora技术实现与各个船只终端之间的通讯连接，并且船只终端的微控制器对接收到的航行信息进行扩频处理，以无线信号的形式发出。由于对航行信息进行扩频处理，从而使得船只终端与lora网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，不同传输速率的通信不会互相干扰，且还会创建一组虚拟化的频段来增加网关容量。因此可以取得更好的信息交互效果。

步骤s2、lora网关获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器。

分布在海域内的多个lora网关用于接收分别来自船只终端和总部服务器发出的信息，并依次将信息传递到相邻的lora网关，依次经过多个lora网关的传递，将信息分别传递到总部服务器和船只终端。

步骤s3、所述总部服务器获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息。

总部服务器获取到各个船只终端发出的航行信息后，解析出各个船只终端当前所处位置信息及该船只终端的最新动向，并根据预先设计好的船只航行布局，针对当前船只所在的位置分别对船只进行航行控制，即给出最新的航线指示信息。

具体的，所述航线指示信息包括：接下来的航行安排、最近船只位置信息和最近停泊港口信息。

为了实现总部服务器发出的航线指示信息可以顺利的被船只终端接收，所述步骤s3中还包括：

步骤s31、与总部服务器相连接的lora通讯接收端获取lora网关发出的无线信号，并将所述无线信号转化成数字信号发送至总部服务器。

步骤s32、lora通讯接收端将总部服务器发出的指示信息扩频为无线信号发送给lora网关。

步骤s4、lora网关接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上。

相同的，lora网关从总部服务器接收到的航线指示信息依次经过多个lora网关的转发，发送到各个船只终端上，各个船只终端的lora通讯模块接收所述航线指示信息。

步骤s5、各个船只终端的微控制器根据所述航线指示信息控制船只航行。

每个船只终端的微控制器从lora通讯模块获取到所述航线指示信息后，根据所述航线指示信息对船只航行进行控制。

可以想到的，各个船只终端还可以通过提醒模块对接收到的新信息进行提醒，还可以通过显示模块实时的对当前船只所在位置信息及航行的轨迹等信息进行显示。

为了对本发明所述的方法进行更为详细的说明，下面以其具体应用实施例进行解析。

如图2所示，在使用本发明所述的方法进行船舶运行控制时，包括以下步骤：

h1，船只终端中的微控制器模块（即mcu）从gps定位模块获取船只自身的坐标信息，微控制器模块将获取的船只自身坐标信息一方面在显示屏上显示，一方面与船只的最新动向发送给lora通讯模块，lora通讯模块，接收船只自身的坐标信息以及船只最新动向，扩频为无线信号实时发送给最近的lora网关。

船只终端与lora网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，由于采用了扩频技术，不同传输速率的通信不会互相干扰，且还会创建一组虚拟化的频段来增加网关容量。lora广域网的数据传输速率范围为0.3kbps至37.5kbps，为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量，lora广域网网络服务器通过一种速率自适应方案来控制数据传输速率和每一定位器设备的射频输出功率。

h2，lora网关在其内部的控制模块控制下接收船只坐标信息以及船只最新动向信息，然后将信息发送给下一级网关或者总部控制端或者其它船只。

h3，lora通讯接收端获取船只的坐标信息以及船只最新动向信息，解调出数字信号，发送给总部服务器。

h4，总部服务器接收船只坐标信息以及船只最新动向信息，总部工作人员用于掌握水运船只的运行情况，并将总部的指示信息，比如船只接下来的航向、距离船只最近的可停靠港口、距离目的港口的距离和需要了解的其它船只的动向等发送给lora通讯接收端。

h5，lora通讯接收端将总部工作人员的指示信息扩频为无线信号发送给lora网关。

h6，lora网关接收总部工作人员的指示信息最终发送给水运船只。

h7，水运船只终端接收lora网关发送来的总部工作人员的指示信息或者其它船只的动向信息，发送给控制模块。控制模块将信息利用显示屏上显示给船上的工作人员，帮助船上工作人员了解船只的情况，清楚距离船只最近的可停靠港口，以便停靠补充食物和淡水；同时了解船只自身到达目的港口的距离等或者其它船只的动向信息。

利用lora无线技术的低功耗远距离传输的特点组成lora低功耗广域网，使用微处理器进行信息处理，由于lora无线技术传输距离较远，并有较强的穿墙能力，抗干扰性能良好，并且使用gps模块获取位置信息，定位更加准确快捷，技术易于实现，成本也较低。

本发明在公开上述方法的基础上，还公开一种基于lora技术的船舶运行控制系统，如图3所示，包括：至少一个船只终端10、至少一个lora网关30和总部服务器201；

结合图4所示，所述船只终端10包括：lora通讯模块101、微控制器模块102和gps定位模块104；可以想到的是，每个终端还会含有一个显示模块103。

所述gps定位模块104，用于获取各个船只终端在预定时间内的航行信息；

所述lora通讯模块101，用于将船只终端的预定时间内的航行信息和位置信息发出；

所述lora网关30，用于获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器；

所述总部服务器201，用于获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息；

所述显示模块103，用于对船只终端接收到的信息进行显示，以提示用户接收到新信息。

所述lora网关30，还用于接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上；

各个船只终端的微控制器模块，用于根据所述航线指示信息控制船只航行。

所述预设时间内的航行信息包括：当前船只终端的位置信息和预设时间内的航行轨迹；

所述船只终端的微控制模块，还用于获取所述航行信息，并将所述航行信息扩频为无线信号发出。

如图3所示，所述的基于lora技术的船舶运行控制系统，还包括：lora通讯接收端202；所述lora通讯接收端与总部服务器相连接，还用于将所述无线信号转化成数字信号发送至总部服务器。

所述航线指示信息包括：接下来的航行安排、最近船只位置信息和最近停泊港口信息。

所述lora通讯接收端还包括：控制模块；

所述控制模块，用于将总部服务器发出的指示信息扩频为无线信号发送给lora网关。

为了更好的进行系统组装，还可以在总部服务器内直接按照lora模块，便于直接进行总部服务器的信息接收和发出。

可以想到，在上述方法及系统的前提下，为了保证较好的信息传输效果，船只终端和总部服务器可以对发出的信息进行加密处理，对接收到的信息根据预先设定的解密算法进行解密处理。为了保证较好的识别各个船只终端发出的信息，可以通过每个船只终端的唯一识别码进行识别。

有益效果，本发明提供了一种基于lora技术的船舶运行控制方法及其系统，各个船只终端获取自身预定时间内的航行信息，并通过安装在内部lora通讯模块发出；lora网关获取各个船只终端发出的所述航行信息，将所述航行信息发送至相邻lora网关，并依次经过相邻lora网关的转发，传送至总部服务器；所述总部服务器获取各个船只终端在预设时间内的航行信息，并根据预设的各个船只航线布局，为各个船只终端发送航线指示信息；lora网关接收所述航线指示信息，并将所述航线指示信息经过相邻lora网关的依次转发，传送到与所述航线指示信息相对应的船只终端上；各个船只终端的微控制器根据所述航线指示信息控制船只航行。本发明所公开的方法及系统应用在广袤的海域通讯，lora网关组成比较简单，易于建设，可以实现水运船只与总部服务器之间的相互通讯，为船舶的行驶安全提供保障。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。