一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法，包括：S01：多个环境监测传感器实时监测无公网覆盖区域的环境数据；S02：地面卫星物联终端将所述环境数据预处理并保存，在物联网卫星与地面卫星物联终端之间的距离达到指定距离时，将借助于L波段将保存的环境数据发送所述物联网卫星；S03：所述物联网卫星移动至公网覆盖区域时，通过C波段下行链路将所述环境数据传输到地面信关站；S04：地面信关站通过公网将所述环境数据传输至数据中心。本发明专利技术的方法可以实现极端环境的实时监测，同时可以实现不同的环境监测，保证数据传输的有效性、实时性和数据传输的质量。实时性和数据传输的质量。实时性和数据传输的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法


[0001]本专利技术涉及数据
，尤其涉及一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着气候变化和人口增长对生态系统格局变化的影响逐步加重，综合分析多尺度环境变化，以应对环境变化对科学提出的挑战，使得极端环境生态系统的研究地位越来越重要。在一些无公网覆盖的极端环境，对生态系统的监测，是探讨和研究极端区域自然过程和人文过程以及气候时空演变规律的关键环节。极端环境具有无公网覆盖或人类难以到达的特征，为该类地区的生态系统监测和监测数据的获取带来了巨大的挑战，进而导致了该类区域水热过程、生物过程和气候变化等关键参量监测不足，因此，难以形成时空连续的监测数据集。
[0003]目前，无公网覆盖的或人类难以到的极端环境的生态系统监测数据的获取大都是采用人工采集的方法，依靠人工采集的方法很难实现极端环境监测数据的实时传输。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法，包括：
[0009]S01：多个环境监测传感器实时监测无公网覆盖区域的环境数据；
[0010]S02：地面卫星物联终端将所述环境数据预处理并保存，在物联网卫星与地面卫星物联终端之间的距离达到指定距离时，将借助于L波段将保存的环境数据发送所述物联网卫星；
[0011]S03：所述物联网卫星移动至公网覆盖区域时，通过C波段下行链路将所述环境数据传输到地面信关站；
[0012]S04：地面信关站通过公网将所述环境数据传输至数据中心。
[0013]可选地，所述S02中的地面卫星物联终端将所述环境数据预处理并保存，包括：
[0014]地面卫星物联终端将要发送的环境数据以200个字节为单位，封装为数据包，数据包中封装了数据包类型；
[0015]数据分包协议以帧头+数据+校验+帧尾的形式，最大以200字节为一组发送，不足200字节以实际字节数发送，超过200字节，对数据分包处理。
[0016]可选地，所述方法还包括：
[0017]所述数据中心通过公网将所述配置指令发送到所述地面信关站；
[0018]所述地面信关站将所述配置指令转发所述物联网卫星；
[0019]所述物联网卫星在与所述地面卫星物联终端的距离达到指定距离时，将所述配置指令发送所述地面卫星物联终端；
[0020]所述地面卫星物联终端根据所述配置指令进行配置，以使所述地面卫星物联终端唤醒或修复。
[0021]可选地，地面卫星物联终端包括：
[0022]卫星通信模块、数据采集器、微控制器、数据收发天线和太阳能供电模块；
[0023]所述数据采集器连接每一个环境监测传感器，并采集每一环境监测传感器的监测数据；
[0024]所述卫星通信模块通过所述数据收发天线将所述监测数据发送物联网卫星；
[0025]所述微控制器通过RS232串口连接所述卫星通信模块和所述数据采集器、数据收发天线和太阳能供电模块，用于控制和管理所述卫星通信模块和所述数据采集器、数据收发天线；
[0026]所述太阳能供电模块用于为所述卫星通信模块、数据采集器、微控制器供电。
[0027]可选地，卫星通信模块为LEOBIT卫星通信模块，
[0028]数据采集器为RR
‑
1016数据采集器，
[0029]所述太阳能供电模块还包括太阳能板。
[0030]可选地，所述微控制器用于将所述数据采集器采集的数据进行加密封装，采用数据安全保护算法和非对称密钥加密算法对封装的数据包进行加密。
[0031]可选地，所述地面卫星物联终端的对采集的数据进行加密传输，具体包括：
[0032]1)地面卫星物联终端一次传输观测数据的大小为136字节，分别分包为64字节、64字节、8字节，采用DES对称加密算法和对称密钥K对分包的观测数据进行分别加密；
[0033]2)地面卫星物联终端用数据中心内服务器的公钥和RSA非对称加密算法对1)中的对称密钥K进行加密，对称密钥K为8字节，并且将加密后的对称密钥K附加在传输数据加密密文中；
[0034]3)地面卫星物联终端使用MD5摘要算法从2)中的传输数据加密密文中得到传输数据加密密文摘要，并用RSA非对称加密算法和地面卫星物联终端的私钥对此传输数据加密密文摘要进行加密，得到密文摘要数字签名，该密文为地面卫星物联终端的数字签名；
[0035]4)将3)步中的数字签名附加在2)中传输数据加密密文摘要和加密后的对称密钥K之后，封包后的密文大小为200字节，包括2字节的帧头、三组136字节的传输数据加密密文、8字节加密后的对称密钥K、16字节*3的密文摘要数字签名、2字节的校验、2字节的帧尾，通过卫星物联网网络将封包发送给数据中心的服务器；
[0036]数据中心的服务器接收传输的数据之后进行解密，获取原始数据，包括：
[0037]5)数据中心的服务器使用RSA非对称加密算法和地面卫星物联终端的公钥对收到的密文摘要数字签名进行解密，得到一个传输数据加密密文摘要；
[0038]6)数据中心的服务器使用相同的MD5摘要算法，从接收到的传输数据加密密文中计算出传输数据加密密文摘要；
[0039]7)若5)和6)的传输数据加密密文摘要是相同的，则确认传输数据加密密文没有被
篡改并且是由指定的发送方签名发送；
[0040]8)数据中心的服务器使用RSA非对称加密算法和数据中心服务器的私钥解密出加密后的对称密钥K的密文，即对称密钥K；
[0041]9)数据中心的服务器使用DES对称加密算法和对称密钥K对传输数据加密密文解密，得到原始传输数据，分别为64字节、64字节、8字节，将分包数据进行粘包得到136字节的原始观测数据，即得到地面卫星物联终端发送的原始数据。
[0042]可选地，数据中心的服务器将卫星物联网传输回来的观测数据经过解密后，对分包数据进行粘包，形成时间序列连续的原始观测数据，以及采用基于机器学习的方法进行原始观测数据的异常处理，具体包括：
[0043]1‑
1)数据中心的服务器采用中值滤波算法作为数据预处理器将连续时间序列y(t)进行预处理，预处理将明显的“野点”进行异常处理；
[0044]1‑
2)采用Stacked LSTM算法作为预测器，将预处理后得到的时间序列数据y
′
(t)，输入到Stacked LSTM预测器模型，得到预测数据
[0045]1‑
3)采用EWMA控制图作为检测器，将预测数据输入EWMA检测器，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网卫星的非公网区域的环境监测方法，其特征在于，包括：S01：多个环境监测传感器实时监测无公网覆盖区域的环境数据；S02：地面卫星物联终端将所述环境数据预处理并保存，在物联网卫星与地面卫星物联终端之间的距离达到指定距离时，将借助于L波段将保存的环境数据发送所述物联网卫星；S03：所述物联网卫星移动至公网覆盖区域时，通过C波段下行链路将所述环境数据传输到地面信关站；S04：地面信关站通过公网将所述环境数据传输至数据中心。2.根据权利要求1所述的环境监测方法，其特征在于，所述S02中的地面卫星物联终端将所述环境数据预处理并保存，包括：地面卫星物联终端将要发送的环境数据以200个字节为单位，封装为数据包，每一数据包中包括封装的数据包类型；数据包中数据格式为：帧头+数据+校验+帧尾。3.根据权利要求1所述的环境监测方法，其特征在于，所述方法还包括：所述数据中心通过公网将所述配置指令发送到所述地面信关站；所述地面信关站将所述配置指令转发所述物联网卫星；所述物联网卫星在与所述地面卫星物联终端的距离达到指定距离时，将所述配置指令发送所述地面卫星物联终端；所述地面卫星物联终端根据所述配置指令进行配置，以使所述地面卫星物联终端唤醒或修复。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的环境监测方法，其特征在于，地面卫星物联终端包括：卫星通信模块、数据采集器、微控制器、数据收发天线和太阳能供电模块；所述数据采集器连接每一个环境监测传感器，并采集每一环境监测传感器的监测数据；所述卫星通信模块通过所述数据收发天线将所述监测数据发送物联网卫星；所述微控制器通过RS232串口连接所述卫星通信模块和所述数据采集器、数据收发天线和太阳能供电模块，用于控制和管理所述卫星通信模块和所述数据采集器、数据收发天线；所述太阳能供电模块用于为所述卫星通信模块、数据采集器、微控制器供电。5.根据权利要求4所述的环境监测方法，其特征在于，卫星通信模块为LEOBIT卫星通信模块，数据采集器为RR
‑
1016数据采集器，所述太阳能供电模块还包括太阳能板。6.根据权利要求4所述的环境监测方法，其特征在于，所述微控制器用于将所述数据采集器采集的数据进行加密封装，采用数据安全保护算法和非对称密钥加密算法对封装的数据包进行加密。7.根据权利要求6所述的环境监测方法，其特征在于，所述地面卫星物联终端的对采集的数据进行加密传输，包括：1)地面卫星物联终端一次传输观测数据的大小为136字节，分别分包为64字节、64字节、8字节，采用DES对称加密算法和对称密钥K对分包的观测数据进行分别加密；
2)地面卫星物联终端用数据中心内服务器的公钥和RSA非对称加密算法对1)中的对称密钥K进行加密，对称密钥K为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莹莹，张明虎，李新，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：