北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在減災救災方面的應用

鄧亞男，余妍霓，謝鑫

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在減災救災方面的應用

鄧亞男，余妍霓，謝鑫

（河北金融學院，河北 保定 071051）

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在很多領域都發(fā)揮了不容小覷的作用，其應用前景十分廣闊。就減災救災方面來說，北斗的地質(zhì)監(jiān)測、短報文和導航追蹤功能都為這一領域作出了重大貢獻。早在2008年對汶川大地震的援助救災中，北斗就為抗險救災提供了巨大的便利，救援部隊使用北斗的短報文功能進行了應急通訊，使得寶貴的救援時間每一秒都花在了刀刃上。2020-06-23，最后一顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射運行標志著中國全面建成了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)如今已經(jīng)覆蓋全球。隨著時間的推移，北斗系統(tǒng)的技術越來越成熟，也能更好地參與減災救災工作了。

北斗衛(wèi)星；導航系統(tǒng)；自然災害；減災救災

1 引言

2020年的中國是多災多難的，新冠肺炎、森林火災、風雹災害、冷凍雪災、降雨洪澇、地震活動的連續(xù)發(fā)生使中國人民受盡了苦難。這些事件的發(fā)生凸顯了針對自然災害的監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)、救援的重要性。自然災害的發(fā)生是人類目前所不能避免的，所以對自然災害的監(jiān)測就顯得尤為重要，監(jiān)測災害的發(fā)生就能提前做好準備，保證能及時撤離人員并減少財產(chǎn)損失。除了災害監(jiān)測，應急預警信息和救援行動是挽救生命和避免災害產(chǎn)生更嚴重后果的高效手段。然而，對自然災害的監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)、救援都不是輕而易舉的事情。自然災害的發(fā)生充滿不確定性，突發(fā)性自然災害更會導致斷電、通信線路中斷等使得政府不能在第一時間發(fā)現(xiàn)其存在并對災害地區(qū)進行救援。所以，有必要對如何減少自然災害帶來的損失進行更深入的研究，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠在自然災害的減災、救災中發(fā)揮不可或缺的補充作用。

2 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成和功能

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯格洛 納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，促進衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導航應用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導航在國民經(jīng)濟社會各行業(yè)的廣泛應用。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空面段、地面段和用戶段三部分組成?？臻g段，北斗系統(tǒng)空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星等組成；地面段，北斗系統(tǒng)地面段包括主控站、時間同步/注入站和監(jiān)測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施；用戶段，北斗系統(tǒng)用戶段包括北斗兼容其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應用系統(tǒng)與應用服務等。該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，短報文通信等能力。

3 傳統(tǒng)減災救災措施

3.1 傳統(tǒng)減災救災措施列舉

3.1.1 災害預警系統(tǒng)

災害預警是通過觀測各種災害發(fā)生的不同特征，來預測災害發(fā)生的時間和地點。在古時人們就會根據(jù)動物的異常行為、異樣的氣候來猜測災難發(fā)生。而現(xiàn)代在科技飛速發(fā)展的背景下，預警災難的方式也更科學有效。各種各樣的災難預警系統(tǒng)層出不窮：①地震預警。地震發(fā)生最初時，產(chǎn)生2種波，一種是速度快但破壞力有限的縱波，速度約6 km/s；一種是跑得較慢但破壞性更大的橫波，傳播速度約為3.5 km/s。地震預警系統(tǒng)就是利用了縱波比橫波傳播速度快、電磁波又遠比地震波快的原理。地震一旦發(fā)生，深入地下的探測儀器就可以檢測到縱波，然后傳給計算機，計算機即刻能計算出震級、烈度、震源等大致信息，迅速向破壞性地震波尚未波及的區(qū)域發(fā)出地震避險警報。②洪水預警。通過一定的技術手段對水文觀測站所在的河段處、水庫的進水口或者重要的水利設施進行本時段的流量、水位、土壤含水量、降水量、蒸發(fā)量等一系列的測量，從而對未來一定時期的狀態(tài)做出預報或預測。洪水預報首要關注的是洪水的徑流深、峰現(xiàn)時間和洪峰流量這3個要素，然后是整個洪水的發(fā)生過程。

3.1.2 災前防備措施和災后救助措施

一般通過加固房屋，宣傳防災知識，開展防災演練，健全減災規(guī)劃管理制度等措施來達到防災的目的。為了減少災害損失，無數(shù)工程學者致力于研究出更好的防災房屋。以應對地震為例，為了研究出更好的抗震房屋，工程師最開始采用了彈性設計的方法，企圖用更大的房屋支柱來抵抗地震的引力。但隨著不斷進行的實驗，這種方法的弊端顯現(xiàn)了出來。更大的支柱會受到更大的地震吸引力。在發(fā)現(xiàn)彈性設計的方法行不通后，工程學者采用了延性設計的方法，通過改善建筑截面的承載能力來達到抗震的目的。之后有了更加先進的抗震方法，比如消能子結構、隔震結構等。更好的房屋構造不止能對地震減災，也能減少火災、臺風等的災害損失。

有效的防災制度和強烈的群眾防災意識是必不可少的，公眾需要充分意識到自然災害的危險性，并有足夠的防災意識，才能在災害發(fā)生時有更好的應對能力，減少悲劇的發(fā)生。政府會通過完善減災救災的相關制度、加大應對災害的宣傳以達到更高效減災救災目的。

災害發(fā)生后，政府收到災情通知，會組織救助人員前往災情地點實施救助，并提供救援物資，妥善安排好受災群 眾。而如何更快地獲取災情信息以安排救助成了災后救助的重點。

3.2 傳統(tǒng)減災救災措施具體分析

現(xiàn)有的減災救災措施，比如災害預警系統(tǒng)、防災房屋、防災宣傳等等都是必不可少的，但僅僅利用這些措施還遠遠不能有效地將災害防患于未然，減災救災仍然存在不少難點。

災害預警系統(tǒng)往往不夠精準。就地震預測來說，東漢時期張衡發(fā)明的候風地動儀，并不能預測地震的發(fā)生，只能在地震時感知地震發(fā)生的方向，不能確定具體位置和震級大小。現(xiàn)在的地震預警系統(tǒng)要先進很多，但預警系統(tǒng)只能在幾十秒甚至幾秒之前感知到地震的發(fā)生，而越接近震中，電磁波與地震波的時間差越短，提供的預警時間就越短，這種預警對于重災區(qū)的居民來說沒有太大意義。

救災過程中也存在許多難點，難以精確定位到傷員位置、災后通訊不暢不能及時實施救助等等。災害發(fā)生后，交通和通訊中斷，無法在第一時間傳出求救信息，物資運輸不便，人員擁擠。調(diào)配不合理會造成很多救災人員擠在一處狹小的區(qū)域，而又有其他受災區(qū)域沒得到救災人員及時的救助。救災過程中最為突出的矛盾就是有限的能力和災情信息管理的無限需求。

4 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在減災、救災方面的應用

4.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在減災方面的應用

4.1.1 大風

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以實時測量大氣的風速和風向，最大風速可測150 m/s，精度1 m/s，風向精度3°。該系統(tǒng)的強大測量功能可以精準預測臺風的走向及其大小，向漁民發(fā)布預警，減少漁民在航海時遭遇惡劣天氣而發(fā)生的災難。當臺風足夠大時，向臺風預計行駛軌道上的居民發(fā)布警告，提醒人們不要出行。

4.1.2 洪澇

洪澇產(chǎn)生的直接原因是洪水，洪水是由高山融水或降水量過多而產(chǎn)生的。氣象衛(wèi)星遙感水情監(jiān)測和北斗衛(wèi)星大氣水汽監(jiān)測可以預報短期強降水。在汛期期間，北斗衛(wèi)星可以實時監(jiān)測各長江流水的水位變化，在信號較弱的地區(qū)也能及時通信將水位信息發(fā)送出去。

4.1.3 地震

將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與分布在各地的地震監(jiān)測儀器直接相連，就能準確獲得各個地震監(jiān)測儀的位置信息和時間信息。由于北斗衛(wèi)星能提供靜態(tài)厘米級的高精度定位服務，所以，就能在一些偏遠地區(qū)設立地震監(jiān)測儀來實時監(jiān)測地質(zhì)的變化同時將信息傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。通過實時監(jiān)測地殼運動的變化，及時做出地震災害預警，為當?shù)厝嗣竦奶由鸂幦氋F時間。例如，四川處于喜馬拉雅-地中海地震帶上，是地震災害多發(fā)地區(qū)，可以就該地區(qū)建立特別監(jiān)察點，重點監(jiān)測該地區(qū)的地質(zhì)變化，做到及時預警。

4.2 北斗衛(wèi)星導航在救災方面的應用

4.2.1 短報文功能

北斗的短報文功能在救災中發(fā)揮了十分重要的作用。北斗衛(wèi)星在地球同步軌道上提供的衛(wèi)星通信服務是北斗的特色服務，這是區(qū)別于其他導航系統(tǒng)不同的一點。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)擁有SMS短報文通信服務，能夠從地面發(fā)送請求由GEO衛(wèi)星接收轉(zhuǎn)發(fā)給地面中心，再由地面中心發(fā)送信息到GEO衛(wèi)星，由其轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送請求的對象。在災害發(fā)生后，傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡往往也會被破壞，導致救援力量無法迅速到達，實施救助時救援人員和物資也沒法得到最合理的安排。這時候北斗的短報文功能就發(fā)揮了至關重要的作用，受災地區(qū)可以通過北斗及時發(fā)出求救信息以得到幫助，前線救援人員和救援指揮部隊也可以通過北斗進行通信交流，保證了救援時間的有效利用和救援物資的及時供給。例如2008年的汶川地震，當時災區(qū)通信基站等基礎設施遭到嚴重破壞，北斗依靠獨門絕技，發(fā)出災區(qū)傳出的第一條信息，并在后續(xù)實施搜救中發(fā)揮重要作用。

4.2.2 導航定位功能

北斗全天候、全天時的導航也為救災提供了很多便利。在發(fā)生重大災害后，救援行動是一個艱巨的任務。如何安排救援的路線，救災物資才能在最短的時間內(nèi)到達災害地點。災害后的路段情況極大可能與往常的不同，比如地震后，災害地點附近的路段會產(chǎn)生巨大道路裂縫、路面出現(xiàn)大量障礙物等情況，同時還要警惕余震的出現(xiàn)。利用傳統(tǒng)的監(jiān)控設備來監(jiān)控救災路線情況顯然是不行的，因為在災害發(fā)生的一瞬間就足以切斷傳統(tǒng)的監(jiān)控設備。而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以利用導航定位功能時時定位救災車輛的進度、傳遞信息在最短的時間內(nèi)到達最優(yōu)的救災方案。

5 在疫情時期北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)做出的貢獻

2020年，一場突如其來的疫情席卷了武漢，并且以飛快的速度傳播開來，導致整個中國都深受疫情的影響。這次新冠肺炎的確診病例累計到今天共確診了八萬多人，但與海外確診病例相比，真的是小巫見大巫。中國之所以能夠迅速控制住疫情，全國人民都作出了巨大貢獻。同時，在這場抗擊新冠肺炎的疫情中，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)起了重要作用。

疫情期間，出現(xiàn)在各大短視頻平臺上的“喊話”無人機其實就是北斗衛(wèi)星發(fā)揮了作用。這些無人機運用了北斗高精度定位導航技術，通過對街道或人口密集的地區(qū)進行巡察和監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)和制止不帶口罩或者人與人密切接觸的不當行為。甚至部分無人機還安裝了紅外線熱成像功能，能夠遠程對人體進行溫度測量，以達到快速發(fā)現(xiàn)感染者的目的。在火車站、機場等人流聚集區(qū)，裝有消毒液的無人機也是大顯身手，用它們進行消殺，既快捷又能避免感染的風險。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的工程總設計師楊長風指出，基于北斗的無人機、無人配送車也紛紛應用到此次疫情的醫(yī)療物資配送。這些無人機和無人配送車利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的精確定位功能可以準確地將醫(yī)療物資派送到目的地，這也有效地杜絕了人與人之間的密切接觸，降低了病毒傳播的風險。對于物資運輸?shù)穆肪€和方案，北斗導航系統(tǒng)都能夠從監(jiān)控道路及疫情情況中分析出最優(yōu)路線，以保證物資運輸?shù)囊宦?暢通。

除此之外，北斗衛(wèi)星擁有的高精度測量技術對武漢火神山、雷神山醫(yī)院的建立起到了關鍵性作用，在提高建立效率的同時，又實現(xiàn)了精度測量。

6 結束語

由此可見，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)必將擔負起減災救災的重要任務。該系統(tǒng)不僅僅是在減災救災方面有諸多應用，更是關乎國家安全的戰(zhàn)略核心技術和裝備，是大國重器?？萍际菄野踩Ｕ系闹匾С至α?，而只有掌握了核心技術，才能從根本上保障國家安全。

［1］羅政.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在應急預警信息發(fā)布中的應用［J］.數(shù)字通信世界，2020（2）：27-28.

［2］吳清榮，楊澤寒，付建華.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在地震監(jiān)測中的應用研究［J］.河南科技，2015（12）：28-29.

［3］盧鋆.敲黑板、劃重點！走向世界的北斗三號系統(tǒng)服務［EB/OL］.［2019-05-21］.http://www.beidou.gov.cn/zy/ kpyd/201905/t20190522_18117.html.

［4］李愛群，高振世，張志強.工程結構抗震與防災［M］.2版.南京：東南大學出版社，2012.

TN967.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.050

2095－6835（2020）22－0117－03

鄧亞男（1999—），女，四川達州人，河北金融學院學生。余妍霓（1998—），女，四川西昌人，河北金融學院學生。謝鑫（1999—），女，湖南益陽人，河北金融學院學生。

〔編輯：張思楠〕