基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在野外勘探方面的應(yīng)用

陳益瀟 姜浩 趙一燃 關(guān)一江 候?qū)W凱 胡佳 牛志攀

【摘要】在野外勘探途中，由于有地震、沙塵暴等未知的自然災(zāi)害，以及人為未及時(shí)回收設(shè)備等緣故造成了勘探設(shè)備極易損壞的問(wèn)題，直接導(dǎo)致了設(shè)備資源浪費(fèi)和數(shù)據(jù)損失，而在地面通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的勘探地區(qū)，運(yùn)用基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行勘探設(shè)備的找尋與勘探數(shù)據(jù)傳輸是大勢(shì)所趨。本文重點(diǎn)闡述和分析基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于野外勘探鄰域的優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)狀并做出總結(jié)，以及為今后的基于物聯(lián)網(wǎng)的野外勘探及其應(yīng)用提供可行性建議。

【關(guān)鍵詞】基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);野外勘探;優(yōu)勢(shì)

1. 基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本內(nèi)涵和在野外勘探領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of things），是基于互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，也即“萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。例如葛文杰，趙春江等學(xué)者將新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域加以高度集成和綜合運(yùn)用提出“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的概念，王建強(qiáng)等學(xué)者將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于智能交通系統(tǒng)中提出“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”的概念，而在生活中“小愛(ài)同學(xué)”等成熟的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品也給我們帶來(lái)極大的便利。但我們必須承認(rèn)的是，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍存在很大的局限性。

現(xiàn)如今的物聯(lián)網(wǎng)中所謂的“網(wǎng)”仍為傳統(tǒng)意義上的3G抑或4G等網(wǎng)絡(luò)，然而在野外勘探等領(lǐng)域，勘探設(shè)備往往處于極其偏僻與惡劣的環(huán)境中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，故無(wú)法在勘探設(shè)備上加裝當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施，而基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸則很好解決了上述的問(wèn)題，下面我們來(lái)分析一下基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸在野外勘探中的一些優(yōu)點(diǎn)：

首先，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以很好的進(jìn)行勘探設(shè)備的定位。由于野外勘探活動(dòng)通常面臨天氣危害、地質(zhì)危害等不可抗自然因素的影響，在勘探過(guò)程中勘探設(shè)備極易造成掩埋、撞擊從而導(dǎo)致位置移動(dòng)等問(wèn)題，這將使勘探設(shè)備難以找回，而基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸能通過(guò)衛(wèi)星能明確勘探設(shè)備的位點(diǎn)，然后通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將位置信息傳輸給勘探人員，通過(guò)此過(guò)程，能夠使設(shè)備使用人員將設(shè)備放心投放于較荒蕪的勘探區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的全面大范圍投放而不用擔(dān)心是否存在設(shè)備無(wú)法找回的情況。而目前我國(guó)的北斗衛(wèi)星精密定軌徑向精度優(yōu)于10cm，已經(jīng)近似達(dá)到了目前GPS所能實(shí)現(xiàn)的精密定位水平，可以滿足野外勘探定位需求。

其次，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)勘探數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，有效保證了勘探信息的時(shí)效性與安全性。在野外勘探過(guò)程中，天氣，環(huán)境等多變因素是造成勘探數(shù)據(jù)丟失的重要原因，從而造成勘探工作的無(wú)效性，其次，由于設(shè)備通常是定時(shí)取回，無(wú)法使工作人員第一時(shí)間知曉已收集到相關(guān)數(shù)據(jù)，因此使數(shù)據(jù)的時(shí)效性與安全性得不到保證，通過(guò)基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能在檢測(cè)到目標(biāo)情況的第一時(shí)間將提醒信息反饋到裝配終端設(shè)置設(shè)備的勘探人員，在很大程度上保障了勘探數(shù)據(jù)與資源。基于此，張開(kāi)禾，王力權(quán)等學(xué)者提出了一種采用我國(guó)自主衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)層的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的多用戶快速率數(shù)據(jù)傳輸。

最后，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打破了勘探設(shè)備與勘探人員分離的傳統(tǒng)模式，使勘探人員與勘探設(shè)備的關(guān)系更加緊密。給物體賦予智能，整合“物理設(shè)備”實(shí)現(xiàn)“智慧互聯(lián)勘探”。

2. 基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在野外勘探領(lǐng)域中的現(xiàn)狀

基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可帶來(lái)野外勘探領(lǐng)域的技術(shù)革新，大大拉近勘探人員與勘探設(shè)備的距離，提高了信息傳輸速率。而因?yàn)槭苤朴诳碧江h(huán)境的特殊性，野外勘探領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨著不同于生活中與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的附加難題。

2.1 基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在野外勘探的應(yīng)用范圍

2.1.1 應(yīng)用于勘探設(shè)備的定位找尋

通過(guò)北斗的衛(wèi)星定位并將位置信息通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，使勘探人員能將設(shè)備及時(shí)有效回收，不僅節(jié)約成本也能更快的獲取勘探信息。

2.1.2 應(yīng)用于資源的勘探找尋

葉偉林等學(xué)者提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的地下水資源勘探技術(shù)，王建林等學(xué)者提出了基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的石油勘探?jīng)Q策支持系統(tǒng)，都很好地達(dá)到了有效勘探、智慧勘探的目的，節(jié)省了大量資源。

2.2 基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)在野外勘探方面的難度

雖然野外勘探運(yùn)用基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能產(chǎn)生傳統(tǒng)勘探模式所達(dá)不到的優(yōu)勢(shì)，但也存在著一系列不可忽視且亟待解決的問(wèn)題。問(wèn)題主要為以下三點(diǎn)：

2.2.1 設(shè)備較為昂貴且易損壞

現(xiàn)有勘探設(shè)備造價(jià)成本就已經(jīng)十分昂貴，若再加上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)勢(shì)必價(jià)格會(huì)進(jìn)一步上升，與此同時(shí)不同于我們的生活環(huán)境，勘探環(huán)境的惡劣性導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的易損性，這又進(jìn)一步提高了維修與保養(yǎng)的成本。

2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性難以保證

面對(duì)紛雜的惡劣環(huán)境，如何準(zhǔn)確去除干擾因素實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在野外應(yīng)用的一大難題。若無(wú)法去除外界干擾篩選出有效的數(shù)據(jù)，這不僅無(wú)法給勘探人員帶來(lái)便利，繁復(fù)的無(wú)效信息反而會(huì)引來(lái)更多的資源損耗。而錢(qián)軍學(xué)者提出的基于FIFO芯片的數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)效果良好，或許為解決該問(wèn)題的方案。

2.2.3 整體續(xù)航性較差：

數(shù)據(jù)傳輸極其耗費(fèi)能源，而為了設(shè)備的便捷性又不得不犧牲設(shè)備的體積，如何平衡設(shè)備便捷性與續(xù)航最大化，這是未來(lái)技術(shù)突破的一大難題。而在筆者看來(lái)，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用例如設(shè)置設(shè)備的休眠模式與實(shí)現(xiàn)能源的可再生性，例如利用太陽(yáng)能風(fēng)能進(jìn)行能源的再生利用或許是解決問(wèn)題的有效方案。

3. 基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展策略

未來(lái)在野外勘探領(lǐng)域，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)趨于簡(jiǎn)潔化、準(zhǔn)確化與可移植化，具體如下：

3.1 簡(jiǎn)潔化

簡(jiǎn)潔化分為兩個(gè)方面，一方面為設(shè)備的簡(jiǎn)潔化，需要注明的是，與生活中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不同的是，勘探設(shè)備的大小與尺寸決定了在野外勘探方面基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備尺寸。未來(lái)在野外勘探方面基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備定是趨于小型化與便攜化的。另一方面，受制于勘探人員專業(yè)背景與素養(yǎng)等方面的限制，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要擁有一套配套的友好式交互系統(tǒng)輔助勘探人員實(shí)現(xiàn)目的。

3.2 準(zhǔn)確化

未來(lái)是信息的時(shí)代，在野外勘探方面，受不可控因素影響，勘探設(shè)備會(huì)移動(dòng)，周?chē)h(huán)境也是隨時(shí)變化，必須保持物品在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，甚至高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能夠隨時(shí)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，必須保證物品可在任何環(huán)境下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效通信。

3.3 可移植化

必須要明確的是，基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可用于野外勘探領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)改良后同樣可用于一切無(wú)網(wǎng)的環(huán)境，故未來(lái)在野外勘探領(lǐng)域的基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)勢(shì)必將會(huì)打破領(lǐng)域壁壘，走向更多領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于無(wú)法提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的海洋、山區(qū)、災(zāi)區(qū)、航空和偏遠(yuǎn)地的信息傳遞等方面。

4. 結(jié)論

在實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)物互聯(lián)”的藍(lán)圖中基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)勢(shì)必是極其重要的一環(huán)，技術(shù)的主體包括但不僅限于軌道通信公司和國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星公司在內(nèi)的老牌企業(yè)和一些新生力量，而未來(lái)他們都將在該領(lǐng)域擁有極大的發(fā)展空間與機(jī)會(huì)[。而隨著技術(shù)的發(fā)展與突破，物聯(lián)網(wǎng)勘探設(shè)備必會(huì)成為未來(lái)的主流，在給勘探人員帶來(lái)便利的同時(shí)，該技術(shù)也定會(huì)拓展應(yīng)用于其他領(lǐng)域，最大可能的實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)臒o(wú)界性。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖羽，姜遠(yuǎn)凱.物聯(lián)網(wǎng)安全態(tài)勢(shì)感知研究[J].信息與電腦（理論版），2019，31（17）：202-204

[2]葛文杰，趙春江.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（07）：222-230+277.

[3]王建強(qiáng)，吳辰文，李曉軍.車(chē)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011，27（04）：156-158+130.

[4]施闖，趙齊樂(lè)，李敏，唐衛(wèi)明，劉經(jīng)南.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密定軌與定位研究[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2012，42（06）：854-861.

[5]張開(kāi)禾，王力權(quán)，王力男.基于天通衛(wèi)星移動(dòng)通信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線電通信技術(shù)，2019，45（05）：488-492

[6]王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2009，23（12）：1-7.

[7]葉偉林，唐全.基于物聯(lián)網(wǎng)的地下水資源勘探技術(shù)應(yīng)用與研究[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2019（03）：120.

[8]王建華.基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的石油勘探?jīng)Q策支持系統(tǒng)研究[D].北京化工大學(xué)，2017.

[9]錢(qián)軍.便攜式數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2018，26（11）：112-116.

[10].衛(wèi)星有望占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)更大份額[J].中國(guó)航天，2019（11）：83.