于壘 蘇瑩 陳悅 張增愷 楊文波

[摘? ? 要] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)、獨立運行、集導(dǎo)航定位、授時、用戶監(jiān)測、短報文通信于一體的導(dǎo)航系統(tǒng)。短報文通信是北斗系統(tǒng)特有的一個功能，其不受地形條件和環(huán)境氣候等影響，可用于解決偏遠地區(qū)數(shù)據(jù)實時通信問題。文章通過對北斗短報文通信技術(shù)原理和相關(guān)規(guī)范的了解，研究北斗短報文通信技術(shù)作為通信信息發(fā)布的載體、探索北斗短報文在油氣區(qū)應(yīng)用方式、組網(wǎng)方法、部署模式，提出一種不受地域和時間限制，解決當(dāng)前偏遠地區(qū)、野外作業(yè)、管線巡檢以及發(fā)生災(zāi)情后應(yīng)急通信和應(yīng)急搶險存在盲點的對策。

[關(guān)鍵詞] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航;北斗短報文;應(yīng)急通信

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 072

[中圖分類號] TP311? ? [文獻標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0168- 02

1? ? ? 引? ? 言

長慶油田橫跨陜甘寧蒙四省，地域分布較廣泛，生產(chǎn)一線遠離城市，油氣區(qū)地處沙漠、野外以及山區(qū)，移動通信無法完全覆蓋，有較多通信盲點，無法實現(xiàn)即時定位發(fā)布文字信息等通信手段。油氣區(qū)發(fā)生災(zāi)情或移動通信網(wǎng)絡(luò)中斷、電力中斷以及移動通信無法覆蓋的情況下需要應(yīng)急通信保障，如何使用北斗短報文進行通信，定位信息和遙感信息等以達到應(yīng)急搶險的目的是本文探討的主要問題。

2? ? ? 北斗短報文

簡單來說，北斗短報文其實可以看作是現(xiàn)在人們平時用的“短信息”。短報文可以發(fā)布140個字的信息，既能夠定位，又能顯示發(fā)布者的位置。北斗的雙向通信功能雙向通信就是指用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間可實現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信，GPS是只有單向的，所以說這是北斗的優(yōu)勢。另外，在海洋、沙漠和野外這些沒有通信和網(wǎng)絡(luò)的地方，安裝了北斗系統(tǒng)終端的用戶，可以定位自己的位置，并能夠向外界發(fā)布文字信息。

2.1? ?北斗短報文通信功能的產(chǎn)生

對于北斗短報文功能的由來，主要是因為北斗一代的兩顆靜止軌道的衛(wèi)星，可以與國際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務(wù)，于是既能定位又能通信變成了特點。但是北斗的主要任務(wù)是定位導(dǎo)航，通信的信道資源就很少，它無法完成實時的話音通信，只能完成數(shù)據(jù)量較少的短信功能。

2.2? ?北斗短報文通信原理

（1）短報文發(fā)送方首先將包含接收方ID號和通訊內(nèi)容的通訊申請信號加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站。

（2）地面中心站接收到通訊申請信號后，經(jīng)脫密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給用戶。

（3）接收方用戶機接收出站信號，解調(diào)解密出站電文，完成一次通訊。與定位功能相似，短報文通訊的傳輸時延約0.5秒，通訊的最高頻度也是1秒1次。

3? ? ? 北斗短報文在油氣區(qū)的應(yīng)用探索

3.1? ?研究路線

第一步，探索油田應(yīng)用北斗短報文通信技術(shù)的應(yīng)用場景，分析油氣區(qū)生產(chǎn)環(huán)境及展開北斗短報文通信應(yīng)用研究的條件;第二步，通過對北斗短報文通信技術(shù)原理和相關(guān)規(guī)范的了解，研究北斗短報文通信技術(shù)作為通信信息發(fā)布的載體，探索北斗短報文在油氣區(qū)應(yīng)用方式、組網(wǎng)方法、部署模式;第三步，基于合規(guī)安全、穩(wěn)定高效、擴展良好以及業(yè)務(wù)應(yīng)用便捷等方面，進行北斗應(yīng)急指揮平臺及北斗指揮機在油田的部署方式研究。第四步，搭建北斗應(yīng)急指揮平臺;第五步，探索北斗短報文與通信處短信平臺對接實現(xiàn)與運營商網(wǎng)絡(luò)互通;第六步，北斗終端設(shè)備在油氣區(qū)重點場站的部署、管理方式。

4? ? ? 北斗應(yīng)急指揮系統(tǒng)

4.1? ?設(shè)計原則

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃原則。統(tǒng)籌規(guī)劃北斗位置接入、分發(fā)、查詢等功能，統(tǒng)籌規(guī)劃北斗的接入及管理，統(tǒng)籌規(guī)劃北斗指揮專網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信及全網(wǎng)絡(luò)同步授時等工作。

（2）符合國家建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)原則。系統(tǒng)平臺、有/無源終端等建設(shè)必須符合交通部、公安部的有關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）滿足前瞻性和可擴展性。系統(tǒng)建設(shè)需要兼顧現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求，并具有一定的前瞻性和可擴展性，充分考慮到未來的發(fā)展變化，保證建設(shè)的系統(tǒng)具有很好的彈性，能夠滿足不同層面再開發(fā)和接入的要求。

4.2? ?系統(tǒng)配置

（1）北斗指揮機。斗指揮型用戶機（簡稱北斗指揮機）是整個系統(tǒng)的核心和整體支撐，支持北斗二號RDSS的S、L頻點和RNSS的B1/L1頻點，實現(xiàn)雙向定位、短報文通信，并可以監(jiān)視下屬基本型用戶的定位和通信信息，利用通播功能實現(xiàn)對下屬用戶的指揮控制等。

（2）單兵北斗一體化終端。單兵北斗一體化終端是一款集北斗RDSS、北斗RNSS、GPS、GIS、GPRS、安卓操作平臺和4G全網(wǎng)于一體的手持式智能移動終端，具備北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的單系統(tǒng)及雙系統(tǒng)的組合定位功能;具有北斗短報文的收發(fā)功能并能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急通信保障;支持北斗導(dǎo)航、北斗授時、北斗語音消息、移動語音通訊和數(shù)據(jù)通信、電子羅盤定向等功能。

（3）北斗一體機。北斗一體機是針對遠程固定地點數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)送的自動傳輸領(lǐng)域設(shè)計的一款北斗用戶機產(chǎn)品，預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)RS232/485串行數(shù)據(jù)接口，可兼容多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備

（4）北斗藍牙終端。北斗藍牙終端北斗RDSS功能，內(nèi)置天線及藍牙的終端設(shè)備。終端可以通過藍牙與手機、PAD、電腦等設(shè)備連接，配合外設(shè)APP軟件實現(xiàn)北斗通信、定位的功能。同時終端內(nèi)置緊急救援的功能，通過一鍵SOS，基于北斗實現(xiàn)緊急定位報警的功能。

（5）北斗指揮平臺。北斗應(yīng)急指揮平臺基于云架構(gòu)，在長慶油田通信處企業(yè)云端部署業(yè)務(wù)服務(wù)器。系統(tǒng)具備分布式部署機制和負(fù)載均衡能力，具有優(yōu)秀的可伸縮和容錯能力，便于系統(tǒng)規(guī)模擴大和功能擴展。

搭載在由指揮中心以及各種北斗導(dǎo)航定位終端組成衛(wèi)星導(dǎo)航定位指揮體系基礎(chǔ)之上。配置長慶油田短信網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，使得系統(tǒng)即可以在應(yīng)急時使用北斗衛(wèi)星通信功能，平時可以接收手機通過公共網(wǎng)絡(luò)信息，系統(tǒng)可以實現(xiàn)接收到的應(yīng)急信息，根據(jù)不同等級把信息通過公共網(wǎng)絡(luò)各級指揮和管理者。系統(tǒng)集成了GIS地理信息系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、指揮通信等系列接口，建立基于北斗衛(wèi)星的指揮網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，使應(yīng)急指揮的方便性、可靠性得到提升。

技術(shù)體系分為四層：應(yīng)用層、服務(wù)層（數(shù)據(jù)庫）、接入層和接入終端層。系統(tǒng)主要采用文本語音壓縮等通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多線程通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)及動態(tài)緩存技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

4.3? ?系統(tǒng)功能

基于北斗導(dǎo)航的北斗應(yīng)急指揮系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星作為通信中繼，形成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的互聯(lián)互通。系統(tǒng)重點體現(xiàn)北斗衛(wèi)星通信、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用;針對實際應(yīng)用需要，基于空間地理信息平臺，運用先進的北斗導(dǎo)航技術(shù)，集成了圖形標(biāo)繪、災(zāi)情展示、定位導(dǎo)航、移動監(jiān)控、文電傳輸?shù)裙δ艿囊惑w化指揮系統(tǒng)平臺。采用開放平臺架構(gòu);系統(tǒng)部署在1～2臺電腦中，在網(wǎng)絡(luò)流量控制上盡量降低網(wǎng)絡(luò)資源占用;終端用戶界面應(yīng)通俗易懂，可操作性強，簡潔、直觀、有利于簡化操作，并提高工作效率，具有相應(yīng)的容錯機制;具備安全檢查功能，保證數(shù)據(jù)的完整性和保密性，設(shè)備連接的完好性。

（1）全天候全地域通信。在北斗衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)可以全天候使用北斗移動終端進行導(dǎo)航、收發(fā)位置信息、文本消息，在配置多張北斗卡時可進行語音消息和圖片傳輸。

（2）北斗移動終端間收發(fā)位置信息、文本消息，在配置多張北斗卡時可進行語音消息和圖片傳輸。

（3）北斗移動終端向各級指揮中心可以單次或連續(xù)上報位置信息，收發(fā)文本消息，在配置多張北斗卡時可進行語音對講和圖片傳輸。

（4）各級指揮中心可以管理相應(yīng)權(quán)限的北斗移動終端，查看移動終端位置，群發(fā)廣播通知。

（5）北斗移動終端可以與普通手機進行短信互通、語音對講和圖片傳輸。

（6）北斗移動終端可以實現(xiàn)即時通訊功能。

（7）在PC端、智能手機和PAD上安裝軟件可以與北斗移動終端間進行短信互通、語音對講和圖片傳輸。

（8）查詢統(tǒng)計?？臻g查詢：選擇業(yè)務(wù)對象類型，在地圖上繪制圖形區(qū)域（畫圓、框、扇形、任意多邊形、緩沖區(qū)）進行查詢/統(tǒng)計;屬性查詢：設(shè)置任何屬性條件組合，以某一地圖對象為范圍進行查詢/統(tǒng)計，支持點和線對象的緩沖區(qū)查詢/統(tǒng)計。

（9）系統(tǒng)接口。系統(tǒng)具備與中心式北斗指揮機、普通式北斗指揮機、車載式北斗用戶機相互通信的接口，同時系統(tǒng)具備調(diào)用外部系統(tǒng)提供的WebService接口的功能。

內(nèi)部接口：系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的接口，如圖形標(biāo)繪模塊與移動監(jiān)控模塊的接口等。

用戶接口：按標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用軟件用戶界面的規(guī)范來設(shè)計，提供圖形化的用戶界面，便于用戶使用。

硬件接口：可通過RS-232串口或網(wǎng)絡(luò)接口與北斗用戶機相連。支持北斗中心式指揮機、北斗普通指揮機、北斗車載用戶機等類型。

軟件接口：可與車載式指揮軟件相連，實現(xiàn)指揮通信車的導(dǎo)航定位、通信和授時，以及友鄰位置信息監(jiān)控等功能。

5? ? ? 總結(jié)與展望

本文通過對北斗短報文技術(shù)原理的剖析，對長慶油田生產(chǎn)環(huán)境的現(xiàn)狀分析，提出了北斗短報文通信技術(shù)作為通信信息發(fā)布的載體，實現(xiàn)不受地域和時間限制，解決當(dāng)前偏遠地區(qū)、野外作業(yè)、管線巡檢以及發(fā)生災(zāi)情后應(yīng)急通信和應(yīng)急搶險存在盲點的對策。

北斗短報文的作用在非常的顯著和重要。比如在普通移動通訊信號不能覆蓋的情況下（地質(zhì)災(zāi)害過后通訊基站遭到破壞或者野外無人區(qū)等沒有移動信號覆蓋的地區(qū)），裝有北斗短報文模塊的北斗終端就可以通過短報文進行緊急通訊。具有北斗短報文模塊的終端設(shè)備，還可以在遠程語音指揮調(diào)度、管線巡檢、單兵對講、抗險救災(zāi)、保密通信、野外作業(yè)、野外探險等中使用，可以也可應(yīng)用于有線和無線保密呼叫。作為油田應(yīng)急通信，具有廣闊的應(yīng)用前景。

主要參考文獻

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