(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111600072.6 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 中国科学院青藏高原研究所 地址 100101 北京市朝阳区林萃路16号院3 号楼 申请人 兰州理工大 学 (72)发明人 陈莹莹　张明虎　李新　 (74)专利代理 机构 北京易捷胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11613 代理人 李会娟 (51)Int.Cl. H04L 67/12(2022.01) H04L 9/40(2022.01) H04B 7/185(2006.01) G16Y 40/50(2020.01)G16Y 30/10(2020.01) G16Y 20/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于物联网卫星的非公网区域的环境 监测方法 (57)摘要 本发明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。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114301939 A 2022.04.08 CN 114301939 A 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R R‑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；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114301939 A 22)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； 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； 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； 所述数据中心的服 务器接收传输的数据之后进行解密， 获取原 始数据， 包括： 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； 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； 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； 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； 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。 8.根据权利要求7 所述的环境 监测方法， 其特 征在于， 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： 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； 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 1‑3)采用EWMA控制图作为检测器， 将预测数据 输入EWMA 检测器， 同时将真实数据y (t)也输入检测器， 对微小异常进行检测； 1‑4)根据EWMA控制图的上限UCL和下线LCL， 同时计算预测值和处理后的真实值的残差 根据残差计算结果， 超过上限UCL和下线LCL的数据认定为异常值， 同 时报告异常处理， 对满足上下限要求的数据按照正常数据处理入库到存储观测数据的原始 数据库。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114301939 A 3