北斗短報文通信在油氣區(qū)的應用與研究

于壘 蘇瑩 陳悅 張增愷 楊文波

[摘? ? 要] 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主建設、獨立運行、集導航定位、授時、用戶監(jiān)測、短報文通信于一體的導航系統(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原理和相關規(guī)范的了解，研究北斗短報文通信技術作為通信信息發(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，解決當前偏遠地區(qū)、野外作業(yè)、管線巡檢以及發(fā)生災情后應急通信和應急搶險存在盲點的對策。

[關鍵詞] 北斗衛(wèi)星導航;北斗短報文;應急通信

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

[中圖分類號] TP311? ? [文獻標識碼]? 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)生災情或移動通信網(wǎng)絡中斷、電力中斷以及移動通信無法覆蓋的情況下需要應急通信保障，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，于是既能定位又能通信變成了特點。但是北斗的主要任務是定位導航，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號和通訊內容的通訊申請信號加密后通過衛(wèi)星轉發(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)的應用探索

3.1? ?研究路線

第一步，探索油田應用北斗短報文通信技術的應用場景，分析油氣區(qū)生產環(huán)境及展開北斗短報文通信應用研究的條件;第二步，通過對北斗短報文通信技術原理和相關規(guī)范的了解，研究北斗短報文通信技術作為通信信息發(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)務應用便捷等方面，進行北斗應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)絡互通;第六步，北斗終端設備在油氣區(qū)重點場站的部署、管理方式。

4? ? ? 北斗應急指揮系統(tǒng)

4.1? ?設計原則

（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)絡同步授時等工作。

（2）符合國家建設標準原則。系統(tǒng)平臺、有/無源終端等建設必須符合交通部、公安部的有關建設標準。

（3）滿足前瞻性和可擴展性。系統(tǒng)建設需要兼顧現(xiàn)有業(yè)務需求，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)功能并能夠實現(xiàn)應急通信保障;支持北斗導航、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)送的自動傳輸領域設計的一款北斗用戶機產品，預留標準RS232/485串行數(shù)據(jù)接口，可兼容多種數(shù)據(jù)采集設備

（4）北斗藍牙終端。北斗藍牙終端北斗RDSS功能，內置天線及藍牙的終端設備。終端可以通過藍牙與手機、PAD、電腦等設備連接，配合外設APP軟件實現(xiàn)北斗通信、定位的功能。同時終端內置緊急救援的功能，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。北斗應急指揮平臺基于云架構，在長慶油田通信處企業(yè)云端部署業(yè)務服務器。系統(tǒng)具備分布式部署機制和負載均衡能力，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航定位終端組成衛(wèi)星導航定位指揮體系基礎之上。配置長慶油田短信網(wǎng)關互聯(lián)，使得系統(tǒng)即可以在應急時使用北斗衛(wèi)星通信功能，平時可以接收手機通過公共網(wǎng)絡信息，系統(tǒng)可以實現(xiàn)接收到的應急信息，根據(jù)不同等級把信息通過公共網(wǎng)絡各級指揮和管理者。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)絡關系，使應急指揮的方便性、可靠性得到提升。

技術體系分為四層：應用層、服務層（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、衛(wèi)星通信技術、網(wǎng)絡通信技術、多線程通信技術、數(shù)據(jù)庫管理技術及動態(tài)緩存技術等關鍵技術。

4.3? ?系統(tǒng)功能

基于北斗導航的北斗應急指揮系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星作為通信中繼，形成星型拓撲結構，衛(wèi)星導航定位系統(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)星導航定位的應用;針對實際應用需要，基于空間地理信息平臺，運用先進的北斗導航技術，集成了圖形標繪、災情展示、定位導航、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;系統(tǒng)部署在1～2臺電腦中，在網(wǎng)絡流量控制上盡量降低網(wǎng)絡資源占用;終端用戶界面應通俗易懂，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)域內可以全天候使用北斗移動終端進行導航、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權限的北斗移動終端，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。空間查詢：選擇業(yè)務對象類型，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)具備調用外部系統(tǒng)提供的WebService接口的功能。

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

用戶接口：按標準的Windows應用軟件用戶界面的規(guī)范來設計，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? ? ? 總結與展望

本文通過對北斗短報文技術原理的剖析，對長慶油田生產環(huán)境的現(xiàn)狀分析，提出了北斗短報文通信技術作為通信信息發(fā)布的載體，實現(xiàn)不受地域和時間限制，解決當前偏遠地區(qū)、野外作業(yè)、管線巡檢以及發(fā)生災情后應急通信和應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（地質災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備，還可以在遠程語音指揮調度、管線巡檢、單兵對講、抗險救災、保密通信、野外作業(yè)、野外探險等中使用，可以也可應用于有線和無線保密呼叫。作為油田應急通信，具有廣闊的應用前景。

主要參考文獻

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