衛(wèi)星技術(shù)在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用

中國(guó)交通通信信息中心主任　曹德勝

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衛(wèi)星技術(shù)在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用

中國(guó)交通通信信息中心主任曹德勝

一、海事衛(wèi)星及其應(yīng)用

1.海事衛(wèi)星系統(tǒng)概況

（1）海事衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程

與普通移動(dòng)通信從1G到4G發(fā)展路徑相類似，海事衛(wèi)星經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字、話音到數(shù)據(jù)、窄帶低速數(shù)據(jù)到寬帶高速數(shù)據(jù)的發(fā)展演進(jìn)過(guò)程

（2）第二至第五代星特征對(duì)比

（3）第五代星系統(tǒng)特點(diǎn)

?高頻段

第五代星使用的是Ka波段，相較于前幾代海事衛(wèi)星使用的C波段和L波段，頻率資源更豐富，帶寬更大，更能適應(yīng)高清視頻等應(yīng)用的傳輸需要。

?高帶寬

第五代星帶寬可達(dá)5GHz，采用多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)，上下行傳輸速率達(dá)到5Mbps和50Mbps，使得衛(wèi)星容量及速率較第四代星提升百倍。

?高穩(wěn)定性

第五代衛(wèi)星的Ka波段網(wǎng)絡(luò)將與現(xiàn)有第四代衛(wèi)星的L波段網(wǎng)絡(luò)組成雙?；旌闲途W(wǎng)絡(luò),結(jié)合Ka波段高速率和L波段抗雨衰的特性，為用戶提供無(wú)縫切換服務(wù)。

?高移動(dòng)性

第五代星的服務(wù)群體主要仍是海上船舶、空中飛機(jī)、陸地邊遠(yuǎn)地區(qū)和通信盲區(qū)用戶，具有很強(qiáng)的移動(dòng)性。同時(shí)，第五代星還增加了6個(gè)移動(dòng)點(diǎn)波束，可靈活的滿足全球突發(fā)事件和熱點(diǎn)地區(qū)通信的需求。

?高性價(jià)比

由于第五代星頻率高、增益大，使終端實(shí)現(xiàn)了小型化，天線最小僅20cm，降低了終端設(shè)備的成本。

（4）第五代星的優(yōu)勢(shì)

與前四代星的L頻段系統(tǒng)相比較:第五代星系統(tǒng)利用Ka頻段資源豐富的優(yōu)勢(shì)，突破了前四代星系統(tǒng)通信傳輸速率較低的瓶頸，滿足高清視頻、大數(shù)據(jù)等大容量傳輸需要；終端技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了終端的輕型化，符合海陸空用戶對(duì)移動(dòng)性、高帶寬的要求。

與國(guó)際上其他Ka頻段系統(tǒng)相比較:第五代星系統(tǒng)是國(guó)際上唯一提供全球覆蓋的Ka寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。其他Ka頻段系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)部分區(qū)域的覆蓋，不具備覆蓋全球絕大部分陸地、海洋的能力。

是唯一可在全球范圍提供由寬帶Ka波段向窄帶L波段平滑切換的系統(tǒng):Ka波段由于頻率高，容易受惡劣天氣的影響，當(dāng)用戶的第五代星終端無(wú)法工作時(shí)，可以自動(dòng)切換到第四代星L波段繼續(xù)使用。

2.海事衛(wèi)星的應(yīng)用

海事衛(wèi)星是目前唯一作為強(qiáng)制性海上遇險(xiǎn)安全通信標(biāo)準(zhǔn)納入國(guó)際海上人命安全公約（SOLAS）的移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，是國(guó)際民航組織認(rèn)可承載國(guó)際航空安全服務(wù)的唯一衛(wèi)星通信系統(tǒng)；

承擔(dān)我國(guó)國(guó)內(nèi)、國(guó)際海上遇險(xiǎn)和陸上安全通信任務(wù)；

成為各級(jí)交通運(yùn)輸主管部門(mén)應(yīng)急通信保障的重要手段；

是國(guó)家應(yīng)急指揮系統(tǒng)的重要組成部分,是中辦、國(guó)辦、公安部等國(guó)家有關(guān)部門(mén)長(zhǎng)期的應(yīng)急通信保障手段；

為海軍、空軍、二炮等軍事應(yīng)用及其在突發(fā)事件時(shí)的軍地融合通信和指揮服務(wù)。

（1）為履行國(guó)際公約建設(shè)我國(guó)海事衛(wèi)星地面站

我國(guó)自1991年在北京建成了第一代海事衛(wèi)星地面站以來(lái)，先后完成了四代海事衛(wèi)星地面站的建設(shè)；目前，正在開(kāi)展第五代星建設(shè)前期工作。

（2）有力地保障了海上航行安全

通過(guò)北京國(guó)際海事衛(wèi)星地面站，可以向全球提供不受時(shí)間、地點(diǎn)、氣象環(huán)境約束并優(yōu)先保障海上遇險(xiǎn)安全的移動(dòng)衛(wèi)星通信服務(wù)。

目前，我國(guó)海事衛(wèi)星系統(tǒng)已成為我國(guó)船舶在海上航行發(fā)送遇險(xiǎn)報(bào)警、獲得救助服務(wù)信息的重要支撐。2013年，我國(guó)海事衛(wèi)星系統(tǒng)共提供了近600次遇險(xiǎn)報(bào)警服務(wù)，有力地保障我國(guó)水上遇險(xiǎn)安全和應(yīng)急救助工作。

海事衛(wèi)星滿足海區(qū)（A1、A2、A3）的全球海上遇險(xiǎn)安全需求；

提供海上安全信息：航行和氣象警報(bào)、氣象預(yù)報(bào)和與安全有關(guān)的其他緊急信息；

遇險(xiǎn)船舶位置標(biāo)識(shí)；

搜救協(xié)調(diào)通信。

（3）不斷增強(qiáng)的海事衛(wèi)星國(guó)際話語(yǔ)權(quán)

航運(yùn)大國(guó)，負(fù)責(zé)任大國(guó)：《國(guó)際海上人命安全公約》（SO?LAS公約）締約國(guó)、國(guó)際海事組織第七搜救責(zé)任區(qū)責(zé)任國(guó)以及國(guó)際海事衛(wèi)星組織成員國(guó)。

逐步增強(qiáng)的海事衛(wèi)星話語(yǔ)權(quán)：第四代星建設(shè)中，北京站成為全球四個(gè)地面站之一；正在謀劃第五代星自有星體資源建設(shè)。未來(lái)，中國(guó)將擁有自己的海事衛(wèi)星星體資源。

（4）為國(guó)家重大事項(xiàng)和重大活動(dòng)提供應(yīng)急通信保障

圓滿完成天宮一號(hào)和神舟十號(hào)載人飛行任務(wù)所承擔(dān)的航天員和飛船搜索救援及保障任務(wù)，為載人飛行任務(wù)的順利實(shí)施作出突出的貢獻(xiàn)。持續(xù)參與了所有其他神舟系列飛行任務(wù)的保障工作。

（5）在馬航失聯(lián)事件發(fā)揮作用

2014年3月8日發(fā)生的“馬航失聯(lián)事件”，從機(jī)載海事衛(wèi)星設(shè)備上獲取的七個(gè)時(shí)間點(diǎn)的握手信息及其多普勒頻移數(shù)據(jù)，成為鎖定最終“失聯(lián)”時(shí)間、判斷客機(jī)“終結(jié)”于南印度洋的唯一線索。

在此次事件中，海事衛(wèi)星發(fā)揮了重要作用。交通運(yùn)輸部利用在海事衛(wèi)星體系內(nèi)的優(yōu)勢(shì)，2014年3月16日開(kāi)始組成由總參三部、民航局構(gòu)成的聯(lián)合專家組，從海事衛(wèi)星總部獲取相關(guān)信息，對(duì)“失聯(lián)”客機(jī)海事衛(wèi)星通信記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行了解碼、分析、評(píng)估和深入研判。通過(guò)自行的研判，對(duì)海事衛(wèi)星總部的信息研判也有了進(jìn)一步的了解。

解碼并分析了403條海事衛(wèi)星機(jī)載終端的地空數(shù)據(jù)鏈ACARS（飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)）原始數(shù)據(jù)及7198條通信信令；獲取了飛機(jī)起飛后30分鐘的高度、總?cè)加土?、速度、溫度、位置等重要飛行數(shù)據(jù)信息；掌握了最后一條ACARS信息于2014年3月8日2時(shí)5分發(fā)出，是地面運(yùn)行調(diào)度中心發(fā)出的緊急請(qǐng)求，要求機(jī)組與胡志明市聯(lián)系；掌握了駕駛艙最后一階段語(yǔ)音呼叫記錄。

通過(guò)對(duì)信令的分析，確認(rèn)機(jī)載終端與地面網(wǎng)絡(luò)每小時(shí)自動(dòng)交互信號(hào)，基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中最后一階段連續(xù)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)、飛機(jī)均勻的飛行速度以及馬方軍用雷達(dá)最后一次探測(cè)到飛機(jī)的位置信息，推斷出飛機(jī)可能的南線、北線飛行軌跡；組織了對(duì)海事衛(wèi)星多普勒效應(yīng)理論分析方法的準(zhǔn)確性的分析驗(yàn)證工作；研判結(jié)果與馬方發(fā)布的信息進(jìn)行吻合對(duì)比，對(duì)我部的搜救決策提供了有力支持。

經(jīng)驗(yàn)啟示：沒(méi)有自己的海事衛(wèi)星星體資源，無(wú)法第一時(shí)間掌握研判用衛(wèi)星信息。我國(guó)海事衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)過(guò)去從未涉及衛(wèi)星星體部分，此次“失聯(lián)”事件分析研判，除了利用通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還利用衛(wèi)星仰角數(shù)據(jù)、頻移數(shù)據(jù)等，這些是擁有衛(wèi)星資源控制權(quán)才可能掌握的。

二、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星及其應(yīng)用

1.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航情況

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研制、建設(shè)、掌控的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國(guó)GPS系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS系統(tǒng)之后，全世界第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。到目前為止，北斗系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)射19顆衛(wèi)星，形成了覆蓋亞太地區(qū)的區(qū)域組網(wǎng)。2020年實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)。

2.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用

（1）公路基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

運(yùn)用北斗高精度定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)邊坡、橋梁、涵洞的形變監(jiān)測(cè)和感知。

（2）港口高精度實(shí)時(shí)定位調(diào)度控制系統(tǒng)

采用北斗局域增強(qiáng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)港口集裝箱的遠(yuǎn)程調(diào)度管理

（3）船舶示范系統(tǒng)

利用北斗系統(tǒng)全天候?qū)Ш胶投虉?bào)文通信技術(shù)，建立應(yīng)用于行業(yè)監(jiān)管、信息服務(wù)和業(yè)務(wù)管理的船舶監(jiān)控系統(tǒng)，在30艘海事和30艘社會(huì)營(yíng)運(yùn)船舶上安裝北斗船載終端，為整個(gè)航運(yùn)產(chǎn)業(yè)的信息化建設(shè)提供探索平臺(tái)，為水運(yùn)導(dǎo)航的發(fā)展提供借鑒。

（4）重點(diǎn)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)

中國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項(xiàng)的第一個(gè)應(yīng)用示范工程:“重點(diǎn)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程”，通過(guò)建設(shè)部省兩級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)及在九個(gè)示范省份的營(yíng)運(yùn)車輛上安裝北斗兼容車載衛(wèi)星定位終端，進(jìn)行北斗系統(tǒng)在道路運(yùn)輸領(lǐng)的推廣應(yīng)用。

聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)完成了31個(gè)省級(jí)監(jiān)管平臺(tái)的接入，其中17個(gè)為新建，14個(gè)為改擴(kuò)建，共接入1000多家衛(wèi)星定位運(yùn)營(yíng)服務(wù)商及企業(yè)監(jiān)控平臺(tái)。

目前，全國(guó)入網(wǎng)車輛總數(shù)超過(guò)400萬(wàn)輛，兩客一危車輛入網(wǎng)70萬(wàn)輛，日均上線車輛100萬(wàn)輛。海量的衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)為應(yīng)用前景廣泛。

（5）基于北斗的中國(guó)海上搜救信息系統(tǒng)

“基于北斗的中國(guó)海上搜救信息系統(tǒng)示范工程”以提高海上搜救效率為根本目的，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為遇險(xiǎn)定位、報(bào)警通信、搜救指揮的技術(shù)手段，推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海上搜救領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，加快北斗產(chǎn)業(yè)化、國(guó)際化進(jìn)程。

（6）智能物流綜合服務(wù)應(yīng)用

利用北斗定位功能，搭建從裝貨、運(yùn)輸?shù)叫敦浀闹悄芪锪骶C合服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，聯(lián)接監(jiān)管平臺(tái)、運(yùn)輸企業(yè)和車廠。

三、高分遙感衛(wèi)星及其應(yīng)用

1.高分遙感觀測(cè)衛(wèi)星概況

我國(guó)高分遙感起步晚、發(fā)展快，與部分發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有差距。

差距表現(xiàn)在：衛(wèi)星數(shù)量相對(duì)較少（2顆）、精度較低（1米，國(guó)外較好的均在0.5米）。

（1）國(guó)內(nèi)外主要高分遙感衛(wèi)星總體情況

（2）我國(guó)高分遙感衛(wèi)星系統(tǒng)情況

2014年8月19日11時(shí)15分，“高分二號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射，順利進(jìn)入預(yù)定軌道，標(biāo)志中國(guó)遙感衛(wèi)星進(jìn)入亞米級(jí)“高分時(shí)代”。

9月29日，國(guó)防科工局發(fā)布高分二號(hào)衛(wèi)星首批影像圖，圖像紋理清晰、層次分明、信息豐富。

高分二號(hào)衛(wèi)星研制在諸多方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星工程水平提升，提高我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)自給率具有重要意義。

高分二號(hào)衛(wèi)星主要用戶為國(guó)土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、林業(yè)局，同時(shí)還將為其他用戶部門(mén)和有關(guān)區(qū)域提供示范應(yīng)用服務(wù)。

在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、城市精細(xì)化管理、交通路網(wǎng)規(guī)劃、林業(yè)資源調(diào)查、防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物估產(chǎn)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2.高分遙感觀測(cè)衛(wèi)星的應(yīng)用

（1）海岸線監(jiān)管與保護(hù)

利用遙感技術(shù)，對(duì)海岸線的開(kāi)發(fā)、使用、環(huán)境污染情況進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)海洋違法行為，有助于海上執(zhí)法部門(mén)整頓和規(guī)范用海秩序，保護(hù)海岸經(jīng)濟(jì)帶，促進(jìn)灘涂、海域資源的合理開(kāi)發(fā)利用。

（2）主權(quán)海域的監(jiān)視與保護(hù)

利用航空攝影測(cè)量和高分辨率衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，對(duì)釣魚(yú)島海域、南海黃巖島海域等地區(qū)進(jìn)行遙感制圖，開(kāi)展國(guó)家海域動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)洋海域領(lǐng)土的監(jiān)測(cè)。為維護(hù)國(guó)家主權(quán)、實(shí)施海洋開(kāi)發(fā)提供精確的海島（礁）基礎(chǔ)地理信息技術(shù)手段。

（3）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)

在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作中，分析地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的環(huán)境地質(zhì)背景條件，編制1:5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、分布遙感解譯圖，為災(zāi)害治理、防治提供災(zāi)害空間分布特征信息，目前已在云南東川、湖南資興等典型滑坡多發(fā)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。

（4）重大自然災(zāi)害交通應(yīng)急監(jiān)測(cè)

如四川汶川地震、雅安地震、甘肅定西地震。針對(duì)重大自然災(zāi)害，在災(zāi)后2小時(shí)內(nèi)迅速啟動(dòng)交通安全應(yīng)急響應(yīng)，快速協(xié)調(diào)獲取第一手災(zāi)區(qū)衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，開(kāi)展災(zāi)區(qū)交通受損狀況調(diào)查與分析，輔助災(zāi)后救援搶險(xiǎn)，及時(shí)打通交通生命線。

（5）交通設(shè)施沉降監(jiān)測(cè)

利用遙感和北斗技術(shù)可對(duì)重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，如公路、橋梁、軌道交通開(kāi)展宏觀與微觀相結(jié)合，面與點(diǎn)相結(jié)合，周期與實(shí)時(shí)相結(jié)合的有效安全監(jiān)測(cè)。

（6）農(nóng)村公路核查

利用高分遙感技術(shù)對(duì)農(nóng)村公路進(jìn)行高分辨率的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，有效解決了目前難以快速準(zhǔn)確獲取農(nóng)村公路規(guī)模數(shù)據(jù)和實(shí)際聯(lián)通現(xiàn)狀的難題。

高分遙感的使用不僅為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)、民生安全保障和推進(jìn)國(guó)家治理能力現(xiàn)代化起到信息支撐作用，同時(shí)對(duì)于信息應(yīng)用企業(yè)開(kāi)展商業(yè)化信息增值服務(wù)、開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)、推動(dòng)空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面也具有重要意義。

本文節(jié)選自第六期《交通安全講堂（Transport Safety Fo?rum）》作者演講內(nèi)容。

鏈接：《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》由國(guó)家水運(yùn)安全工程技術(shù)研究中心、武漢理工大學(xué)和中國(guó)水運(yùn)報(bào)社主辦，交通安全信息應(yīng)急技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家道路交通管理工程技術(shù)研究中心、交通運(yùn)輸部?jī)?nèi)河智能航運(yùn)協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)、交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江航運(yùn)技術(shù)研發(fā)中心、長(zhǎng)江黃金水道綠色與安全協(xié)同創(chuàng)新中心、中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸（集團(tuán)）總公司技術(shù)中心、長(zhǎng)江海事研究中心協(xié)辦。每月舉辦一次，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外在交通安全領(lǐng)域具有較高學(xué)術(shù)影響和管理水平的學(xué)者、管理專家作為演講專家。