北斗通信在新疆人工影響天氣工作應(yīng)用的集約化發(fā)展思路

樊予江 ，王紅巖 ，鄭博華

（1.新疆維吾爾自治區(qū)人工影響天氣辦公室，烏魯木齊830002；2.中國(guó)氣象局大氣探測(cè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，成都610225）

1 引言

目前，新疆已建成覆蓋15個(gè)地（州、市）83個(gè)縣市、1297個(gè)人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)的人影監(jiān)測(cè)、指揮和作業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)、火箭、高炮、煙爐立體聯(lián)合作業(yè)[1]。新疆幅員廣闊，特別是在山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)，受通信網(wǎng)絡(luò)保障能力限制，人影探測(cè)、作業(yè)能力明顯不足。新疆人影辦在國(guó)內(nèi)最早嘗試用北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)解決空地通信保障，目前已把北斗技術(shù)應(yīng)用于煙爐作業(yè)、探測(cè)系統(tǒng)數(shù)傳、作業(yè)車輛監(jiān)控、應(yīng)急報(bào)警等領(lǐng)域。本文提出以北斗指揮機(jī)為核心，在新疆構(gòu)建空地傳輸、山區(qū)探測(cè)系統(tǒng)數(shù)傳，煙爐控制、流動(dòng)火箭及高炮監(jiān)控為一體的集約化信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路。

2 國(guó)內(nèi)外研究概況

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)獨(dú)立自主建設(shè)的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有導(dǎo)航、定位、授時(shí)和短報(bào)文通信功能。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于測(cè)繪、電信、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益[2]。

目前，利用各種北斗技術(shù)解決人影通信已經(jīng)進(jìn)行了不少工作，主要以獨(dú)立的空地指揮傳輸、煙爐控制系統(tǒng)為多。國(guó)內(nèi)人影服務(wù)廠商和自動(dòng)站廠商都曾利用北斗通信在氣象行業(yè)進(jìn)行過一些實(shí)踐，但由于短報(bào)文字節(jié)數(shù)和民用通信時(shí)效限制，對(duì)于人工影響天氣業(yè)務(wù)實(shí)際需求來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。加之現(xiàn)有各種應(yīng)用都有自己平臺(tái)支撐，且相對(duì)獨(dú)立，不能互聯(lián)互通，存在一定的局限性。

3 北斗通信技術(shù)簡(jiǎn)介及新疆人影北斗應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 北斗通信技術(shù)簡(jiǎn)介

2012年，我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的亞太區(qū)組網(wǎng)工作，使我國(guó)繼美國(guó)、俄羅斯之后，成為世界上第3個(gè)擁有自主導(dǎo)航系統(tǒng)并投入使用的國(guó)家[3]。與現(xiàn)有其他衛(wèi)星通信手段相比，北斗通信具有以下優(yōu)勢(shì)。

3.1.1覆蓋范圍廣

目前，北斗衛(wèi)星信號(hào)完全覆蓋全國(guó)范圍內(nèi)的領(lǐng)土和領(lǐng)海，“北斗一號(hào)”的覆蓋范圍是從北緯5°~55°到東經(jīng)70°~140°的中心地區(qū)。北斗系統(tǒng)信號(hào)覆蓋我國(guó)陸地和海洋，沒有盲區(qū)，已成為常規(guī)通信手段的有力補(bǔ)充。

3.1.2 全天24h全天候服務(wù)

北斗系統(tǒng)是我國(guó)自主建設(shè)并運(yùn)行控制的衛(wèi)星系統(tǒng)，不受其他國(guó)家的控制，能為注冊(cè)用戶提供全天24h的服務(wù)，同時(shí)北斗衛(wèi)星上行頻率采用L頻段（1610~1626.5MHz），下行采用S頻段（2483.5~2500MHz），信號(hào)不受雨衰影響，可以為用戶提供全天候服務(wù)。

3.1.3 發(fā)送速度快

北斗短報(bào)文具有單播和通播通信方式，采用單播方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)定點(diǎn)傳輸，采用通播方式實(shí)現(xiàn)信息群發(fā)傳輸。其通播方式與手機(jī)短信，GPRS群發(fā)不同，手機(jī)短信，GPRS群發(fā)功能是對(duì)每個(gè)點(diǎn)逐一發(fā)送信息，每個(gè)點(diǎn)需數(shù)秒鐘，信息發(fā)布時(shí)間長(zhǎng)。而北斗通播方式，發(fā)布1條預(yù)警信息，只須向指定通播地址發(fā)送1次，所有具有該通播地址的用戶終端都可以同時(shí)收到此短消息，大大縮短了發(fā)布時(shí)間，達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布預(yù)警信息的目的。

3.2 新疆人影北斗應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，北斗技術(shù)因其技術(shù)特點(diǎn)在新疆人影系統(tǒng)大量應(yīng)用，主要有以下幾方面。

3.2.1 空地指揮與信息傳輸系統(tǒng)

新疆人工影響天氣辦公室是全國(guó)最早應(yīng)用北斗通信系統(tǒng)于空地飛機(jī)通信的單位，2016年，與電子科技集團(tuán)天奧電子股份有限公司第十研究所合作，開發(fā)應(yīng)用了新一代北斗空地指揮系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)分飛機(jī)端和地面端2部分組成，由北斗機(jī)載通信終端、海事衛(wèi)星機(jī)載通信終端、飛機(jī)端控制軟件、北斗通信指揮機(jī)、地面端北斗指揮監(jiān)控軟件及手機(jī)APP等組成。

3.2.2 氣象探測(cè)系統(tǒng)

新疆各地還建有大量區(qū)域無人值守自動(dòng)站，特別是山區(qū)無移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的自動(dòng)站的探測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，也適宜采取北斗技術(shù)，目前，均采取用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式解決數(shù)據(jù)傳輸，各廠家系統(tǒng)也不兼容。

3.2.3 車輛監(jiān)控

移動(dòng)火箭車的監(jiān)控一直是全疆人影安全管理的短板，阿克蘇地區(qū)人影系統(tǒng)曾利用GPS+GSM方式解決移動(dòng)火箭車的監(jiān)控，后期由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)費(fèi)的問題，此系統(tǒng)被停用。哈密市氣象局2016年曾利用北斗空地傳輸系統(tǒng)的子系統(tǒng)測(cè)試移動(dòng)火箭車的遠(yuǎn)程監(jiān)控，取得了一定經(jīng)驗(yàn)。

4 新疆人影北斗集約化云平臺(tái)建設(shè)設(shè)想

新疆目前人影系統(tǒng)已建應(yīng)用北斗技術(shù)的系統(tǒng)繁多，各自成體系，出現(xiàn)問題，牽涉面廣，可維護(hù)性不強(qiáng)，需要建設(shè)一整套集空地指揮、煙爐控制、探測(cè)系統(tǒng)數(shù)傳、車輛監(jiān)控、遠(yuǎn)程緊急報(bào)警為一體的解決方案來集約化應(yīng)用北斗技術(shù)。

4.1 集約化北斗云平臺(tái)建設(shè)的設(shè)計(jì)

集約化北斗云平臺(tái)主要利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的導(dǎo)航定位實(shí)現(xiàn)對(duì)人影飛機(jī)、車輛、裝備進(jìn)行實(shí)時(shí)位置跟蹤，并利用短報(bào)文通信功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)、控制信號(hào)傳輸。同時(shí)，該平臺(tái)還需接入地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)海事衛(wèi)星通信終端，可以通過海事衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)飛機(jī)作業(yè)人員與地面端的實(shí)時(shí)語音通話和視頻、圖像傳輸需求。為了滿足后續(xù)人影辦新業(yè)務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)融合需求，云平臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心預(yù)留數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互通。

4.2 集約化北斗云平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

制定相關(guān)北斗應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范空地傳輸系統(tǒng)、煙爐控制系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)數(shù)傳、車輛監(jiān)控、遠(yuǎn)程緊急報(bào)警等系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是集約化北斗云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將控制信號(hào)、傳輸數(shù)據(jù)、位置信息、標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)時(shí)間戳等信息有機(jī)融合，從規(guī)范上打通各北斗系統(tǒng)的關(guān)鍵通信環(huán)節(jié)，將現(xiàn)有系統(tǒng)通信向新標(biāo)準(zhǔn)靠攏，從而形成一整套北斗技術(shù)解決方案。

4.3 集約化北斗云平臺(tái)建設(shè)思路

考慮系統(tǒng)的兼容性及后續(xù)的可擴(kuò)展性，升級(jí)現(xiàn)有空地傳輸系統(tǒng)，建設(shè)以大容量指揮機(jī)為核心，以其他地面通信、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（海事衛(wèi)星）為補(bǔ)充的集約化北斗應(yīng)用云平臺(tái)，可以較好地解決全疆所有人影作業(yè)裝備（火箭、高炮、煙爐、飛機(jī)）、人影車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制、人影探測(cè)裝備的數(shù)據(jù)傳輸。

5 結(jié)語

北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在新疆人影應(yīng)用中具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性和可操作性，通過對(duì)現(xiàn)有各人影應(yīng)用平臺(tái)的整合，可以利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的導(dǎo)航定位、短報(bào)文通信功能、授時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)人影作業(yè)裝備實(shí)時(shí)定位和遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視，各種裝備間并可以實(shí)現(xiàn)相連互通及野外環(huán)境下的應(yīng)急報(bào)警。