一种基于bds短报文的车辆安全信息数据交换方法
阅读说明：本技术 一种基于bds短报文的车辆安全信息数据交换方法 (BDS short message-based vehicle safety information data exchange method ) 是由 段晶 王翔 杨一峰 王思洁 崔纪鹏 马成 宋程 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法。它为通信基站故障或车辆遭遇紧急情况下的应急救援通信提供了方法参考。它包括建立车辆安全信息数据模型；定义车辆安全信息数据模型的按位编码模式；基于BDS短报文的车辆安全信息通信物理拓扑。本发明的优点在于：实现了基于BDS短报文通信的车辆安全信息数字化服务,充分发挥BDS短报文在应急救援领域的特有功能；建立的车辆安全信息数据模型具有可扩展性,并且可为国内车载紧急呼叫系统的建设提供数据交换模式参考；按位紧凑编码模式的报文结构大大压缩了数据传输量,能够有效提高BDS短报文的通信效率。(The invention relates to a BDS short message-based vehicle safety information data exchange method. The method provides method reference for emergency rescue communication under the condition that a communication base station fails or a vehicle encounters an emergency. The method comprises the steps of establishing a vehicle safety information data model; defining a bitwise encoding mode of a vehicle safety information data model; vehicle safety information communication physical topology based on BDS short message. The invention has the advantages that: the BDS short message communication-based vehicle safety information digital service is realized, and the special function of the BDS short message in the emergency rescue field is fully exerted; the established vehicle safety information data model has expandability and can provide data exchange mode reference for the construction of a domestic vehicle-mounted emergency call system; the message structure of the bit-wise compact coding mode greatly compresses the data transmission quantity, and can effectively improve the communication efficiency of the BDS short message.)
技术领域
本发明涉及交通安全保障领域，具体涉及一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法。
背景技术
随着4G、5G无线传输技术的快速发展，大众通信日趋便利。然而，当出现供电障碍、自然灾害、战争等原因导致基站损毁、瘫痪时，卫星通信是极其重要的联络方式。其中，北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS)是我国自主研发的全球卫星导航系统，它具有导航、定位和授时功能，同时还支持独特的双向短报文通信服务。短报文双向通信能力包括点对点的双向交互和点对多点的单向传递，在定位用户的同时还能将信息发送给另一方或用户将信息发送给多人，能够将定位和通信功能有效结合。BDS短报文的通信链路性能好，数据传输成功率高，能够保证在正常、意外或特殊环境下的交互通信。另外，当发生交通事故需要紧急救援时，现场人员一般通过电话报警。但人处于慌乱甚至失去意识的情况下，难以保证通过口述方式及时、准确地发出求救信息。
为应对上述状况，亟需优化车辆通信方式和交通事故应急救援手段。当出现通信基站故障或车辆遭遇紧急情况时，车辆能够自动或通过用户主动触发BDS短报文通信功能，对外进行紧急呼救。救援中心基于BDS短报文求救信息能够获得突发事件现场的重要数据，便于能够及时、准确的开展救援行动，快速抵达事故现场，最大程度降低人员伤亡。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法，为车辆在紧急状况下对外呼救以及传输必要救援信息提供方法参考。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法，本方法包括以下步骤：
S1、建立车辆安全信息数据模型；分析车辆安全信息要素类型，设计要素属性结构和关系模型，借助UML建模语言建立车辆安全信息数据模型，统一数据结构；统一数据结构便于救援中心接收信息后能够进行解码分析，从而及时、精准地开展救援行动。
S2、定义车辆安全信息数据模型的按位编码模式；从数据模型中提取出信息元素，定义信息元素的按位编码模式，确定具体交换格式和信息长度，车端BDS短报文发送端和救援中心信息接收端基于统一的数据格式进行交流，解析交换信息的语义和语法规则。
S3、基于BDS短报文的车辆安全信息通信物理拓扑；车端BDS短报文发送端将包含通信内容和信息接收方ID的数据包加密发送至北斗卫星，北斗卫星将数据包转发至北斗地面中心站；数据包经北斗地面中心站处理后再发送至北斗卫星，由北斗卫星将数据包播发至相应的信息接收端。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，在步骤S1中，车辆安全信息要素类型包括报头、正文和附言。车辆安全信息的内容全面，便于救援人员了解更多信息，有利于救援行动的开展。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，报头包括索引号；索引号由年份和索引号构成且用于救援中心检索车辆安全信息的唯一标识符。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，正文包括上报时间、车辆位置、车牌信息、人员数量和事件类型；上报时间由年、月、日及小时、分钟、秒钟构成，且采用北京时间表示；车辆位置通过一个坐标点表示，坐标点由经度和纬度构成；车牌信息由机动车登记机构代号和号牌编号构成；人员数量表示需要救援的人员数量。正文内容详细，能够有效概括事件的详细情况。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，附言包括补充说明，补充说明内容为可选，附言通用属性说明为复杂属性，多重性为0或多个，且该属性为可选项。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，索引号为简单属性，且多重性为1；上报时间为简单属性，且多重性为1；车辆位置为简单属性，且多重性为1；车牌信息为简单属性，且多重性为1；人员数量为简单属性，且多重性为1；事件类型为简单属性，且多重性为1或多个。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，在步骤S2中，车辆安全信息交换格式为车辆安全信息在传输过程中的编码格式，即用户层的通信协议。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，车辆信息发送端的数据传输协议遵循RDSS协议。RDSS传输协议可以对车辆安全信息荷载数据传输格式进行特殊处理，即简化报文和压缩编码格式，通过按位紧凑编码格式压缩数据提高BDS短报文通信效率。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，索引号信息占用字节长度为37bit，上报时间信息占用字节长度为33bit，车辆位置信息占用字节长度为49bit，车牌信息占用字节长度为72bit，人员数量信息占用字节长度为7b it，事件类型信息占用字节长度为8bit。
在上述的一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法中，事件类型分为导航故障、车辆损毁和人员受伤，各自属性值为0或者1，0代表无，1代表有；车辆安全信息报文的有效载荷总长度为206bit。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：实现了基于BDS短报文通信的车辆安全信息数字化服务，充分发挥BDS短报文在应急救援领域的特有功能，建立的车辆安全信息数据模型具有可扩展性，并且可为国内车载紧急呼叫系统的建设提供数据交换模式参考，同时，按位紧凑编码模式的报文结构大大压缩了数据传输量，能够有效提高BDS短报文的通信效率。
附图说明
图1是本发明中的车辆安全信息数据模型图；
图2是本发明的车辆安全信息传输处理流程图；
图3是基于本发明的救援流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-3所示，一种基于BDS短报文的车辆安全信息数据交换方法，本方法包括以下步骤：
S1、建立车辆安全信息数据模型；分析车辆安全信息要素类型，设计要素属性结构和关系模型，借助UML建模语言建立车辆安全信息数据模型，统一数据结构；建立车辆安全信息数据模型可以使救援中心接收信息后能够进行解码分析，从而及时、精准地开展救援行动。
S2、定义车辆安全信息数据模型的按位编码模式；从数据模型中提取出信息元素，定义信息元素的按位编码模式，确定具体交换格式和信息长度，车端BDS短报文发送端和救援中心信息接收端基于统一的数据格式进行交流，解析交换信息的语义和语法规则。将不可再分的信息单位称为信息元素，在进行数据交换时只需对发生变化的信息元素进行转换，能有效提高数据交换效率；且车辆安全信息荷载数据编码对象即车辆安全信息报文。因此，根据车辆安全信息数据模型中车辆安全信息报文特征提取6项信息元素，从而定义车辆安全信息报文结构。
S3、基于BDS短报文的车辆安全信息通信物理拓扑；车端BDS短报文发送端将包含通信内容和信息接收方ID的数据包加密发送至北斗卫星，北斗卫星将数据包转发至北斗地面中心站；数据包经北斗地面中心站处理后再发送至北斗卫星，由北斗卫星将数据包播发至相应的信息接收端(即救援中心)。当救援中心信息接收端接收到数据包并进行解密，即完成一次通信过程。
显然地，在步骤S1中，车辆安全信息要素类型包括报头、正文和附言。
可见地，报头包括索引号；索引号由年份和索引号构成且用于救援中心检索车辆安全信息的唯一标识符。其中，年份的取值范围为[2021,2121]，索引号的取值范围为[000000001-999999999]，例举“2021000000001”，表示2021年第一起上报事件。
进一步地，正文包括上报时间、车辆位置、车牌信息、人员数量和事件类型；上报时间由年、月、日及小时、分钟、秒钟构成，年份的取值范围为[2021,2121]，采用时间戳的方式表示；车辆位置通过一个坐标点表示，坐标点由经度和纬度构成；车牌信息由机动车登记机构代号和号牌编号构成，字符采用UTF-8编码；人员数量表示需要救援的人员数量。上报时间例如：1631591671，则表示2021年9月14日11时54分31秒；经度表示为DDD-MM.mmE，纬度表示为DD-MM.mmN，DDD和DD代表度，MM.mm代表分的整数位与小数位，例如：120-75.00E 30-75.00N，则表示为东经120°75′，北纬30°75′；机动车登记机构代号有2位字符数，由1个汉字和1个英文字母组成；号牌编号有5位字符数，由阿拉伯数字或阿拉伯数字与英文字母组合。
其中，附言包括补充说明，补充说明内容为可选，附言通用属性说明为复杂属性，多重性为0或多个，且该属性为可选项。
更进一步地，索引号为简单属性，且多重性为1；上报时间为简单属性，且多重性为1；车辆位置为简单属性，且多重性为1；车牌信息为简单属性，且多重性为1；人员数量为简单属性，且多重性为1；事件类型为简单属性，且多重性为1或多个。
具体地，在步骤S2中，车辆安全信息交换格式为车辆安全信息在传输过程中的编码格式，即用户层的通信协议。
更具体地，车辆信息发送端的数据传输协议遵循RDSS协议。第三代BDS短报文的通信带宽约14000比特，由于BDS短报文通信宽带容量有限，本发明基于BDS短报文数据传输遵循的RDSS协议，对车辆安全信息荷载数据传输格式进行特殊处理，即简化报文和压缩编码格式，通过按位紧凑编码格式压缩数据提高BDS短报文通信效率。
详细地，索引号信息占用字节长度为37bit，上报时间信息占用字节长度为33bit，车辆位置信息占用字节长度为49bit，车牌信息占用字节长度为72bit，且人员数量信息占用字节长度为7bit，事件类型信息占用字节长度为8bit，这里的人员数量取值范围为[1,70]。
优选地，事件类型分为导航故障、车辆损毁和人员受伤，各自属性值为0或者1，0代表无，1代表有；车辆安全信息报文的有效载荷总长度为206bit。例如：011，则表示用户呼救的事件类型为导航正常、车辆损毁且人员受伤；若信息长度不足，则补齐相应数量的bit。
综上所述，本实施例的原理在于：通过UML构建车辆安全信息数据模型，数据模型包含要素和要素属性特征，要素由一个或多个要素属性聚合，然后，从数据模型中提取出信息元素，定义信息元素的按位编码模式，确定报文具体交换格式和报文长度，基于统一的车辆安全信息数据交换格式，救援中心正确解译BDS短报文所表达的求救信息并进行救援。详细步骤如下：
1、车端BDS短报文发送端将包含通信内容和信息接收方ID的数据包加密发送至北斗卫星；
2、北斗卫星将数据包转发至北斗地面中心站；
3、数据包经北斗地面中心站处理后再发送至北斗卫星，由北斗卫星将数据包播发至相应的信息接收方，即救援中心；
4、救援中心接收到数据包进行解密后救援。
其中，车端BDS短报文发送端支持全天候的BDS双向报文通信，且能够接收到车辆控制机传输的信息，包括车牌信息、定位信息、人员信息；当车辆行驶过程中出现异常情况，如通信故障、车辆发生撞击启动安全气囊时，系统能够自动触发BDS短报文紧急呼救或者通过手动按钮触发呼救，在该情况下，车辆与附近救援中心建立短报文通信连接，建立通信连接后，车辆安全信息索引号、上报时间、车辆位置、车牌信息、人员数量和事件类型数据将传输至救援中心并被解译。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。