北斗系统在应急救援系统中的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 53 北斗系统在应急救援系统中的应用研究 王贻朋 翟鲁飞 任宏民 胡慧敏 董明强 中石化石油工程地球物理有限公司北斗运营服务中心，江苏 南京 211100 摘要：摘要：北斗导航是我国自主研发的独立导航系统，是一种全天候、全天候、高精度的导航、授时服务的国家重要空间基础设施。为了满足国家的安全和经济发展的需求，将其推广到国民经济的各个产业，推进整个产业的发展，并逐步完善产业支撑、推广和保障体系，从而全面改变我国在全球定位领域受制于人的局面，对保障国家安全以及提升国际地位具有重大战略意义。本论文着重阐述了北斗系统在石油化工企业应急救援的应用，并结合实例对其在紧急情况下的应用与发展进行了展望。关键词：关键词：应急救援；北斗导航系统；移动互联网 中图分类号：中图分类号：TN967.1 0 引言 近几年，台风、地震、火灾等相关的灾害时有发生。在重大灾难发生时，特别是一些石油化工企业，由于其场地较为偏远，若场地基础设施受到严重破坏，地面通讯线路受到破坏，救援人员不能通过常规的地面通讯手段与后方指挥部进行实时联络，造成了重大灾难现场救援工作的极大困难。在重大灾害抢险中，为使抢险队伍与后方指挥部及时、便捷、高效地协同工作，本文对北斗和移动网络技术进行了深入的研究和开发。通过北斗卫星导航、短报文通讯、卫星通讯等多种特点，能够在地面通讯网络畅通、地面移动通信网络不畅的重特大灾害救援现场，自适应地实现救援人员与后方指挥部信息互通、协同联动，支撑应急救援工作高效有序开展。1 北斗系统功能及特点 上个世纪 90 年代，我国开始了北斗系统的建设，根据“三步走”的发展策略，到 2020 年，北斗全球定位系统将建成30个，实现世界范围内用户的信息联通。到 2018 年 11 月为止，我国已经有 43 个北斗导航卫星和 19 个全球组网卫星。北斗系统目前主要分布在东经55180、南纬 5555之间，其中最重要的是东经 70145、北纬 555的绝大部分区域，具有覆盖全国的服务功能。到 2018 年年底，北斗三号全球网络基础设施建设正式投入使用，将为“一带一路”沿线各国和地区提供导航服务。北斗导航系统包括北斗导航卫星、地面卫星控制站、用户应用终端和系统三大功能模块，为用户提供导航、快速定位、精确授时和短报文通讯四大功能。北斗短报文业务主要包括两个方面：一是通过内置于北斗用户终端上的北斗短报文通信模块，与北斗进行双向报文通信，将定位报告和文字报文结合起来，解决了地面网络中断、地面网络盲区、无移动通信网络时，用户的紧急信息通信；二是提供高精度的导航服务，通过建立的北斗地基加强系统，可以达到毫米或毫米的位置，为山区地质环境、基础设施的变形监测、搜救、无人驾驶、民航导航等多个领域提供高精度的普及和现代化服务。北斗系统提供开放和授权两种业务模式。当前，该业务主要是为广大市民免费提供定位、测速、授时等服务，定位精度在 10 米以上，速度精度在 0.2m/s 以上，授时精度在 20 毫微秒以上；该业务的主要目标是为经授权的使用者提供定位、速度、时间和短报文通讯等服务，在这些业务中，北斗短消息的使用者可以一次传输 60-120 个汉字的短报文。目前，北斗已在交通、农、林、渔业、公安、电力、金融、防灾等领域得到了广泛的应用和推广，工业终端和应用系统的规模不断扩大。北斗三号全球网络体系的建成，将使短报文的数据服务能力提高 10 倍，使“短信”向“微信”之间的文字通信跨越，使用户终端的传输功率减少 10 倍，终端尺寸缩小，集成度提高，更好地为客户提供具有北斗特有的服务，并能更好地满足客户的需求。2 北斗系统应用于应急救援系统中的优势 2.1 保障灾情“生命线”畅通 由于灾后环境复杂，且大部分石油化工企业设施，例如油田、炼化工厂移动通信存在盲区，或者由于灾情中国科技期刊数据库 工业 A 54 造成了电力、地面通信网络和重要交通网络的破坏，造成了灾情与搜救信息、救灾物资拨发、救灾工作及灾区救援需求等灾情信息无法第一时间及时上报。由于北斗通信系统的用户终端购置成本低、通信费用低，因此，该系统中的北斗短消息通信费用可以免除年费，不但可以满足灾后应急通信联络和灾情快速上报业务需求，而且有利于面向基层大规模推广应用，是目前常态减灾、非常态救灾及灾后应急通信保障方面最经济可行的天基通信方式，有助于解决灾后紧急情况的迅速上报和实时指挥、实时监测等问题。因此，在紧急情况下，北斗系统可以作为一种具有定位和通讯功能的卫星辅助通讯手段。该系统可以实现对中央和地方各级灾害管理部门的用户所属的北斗终端进行全通播、点对点单播、分组组播的全通播、点对点单播、分组组播、北斗短消息、手机短信、微信等通信服务。2.2 保障人员与物资调度的全国“一张图”监控“一盘棋”的综合发展是新时期的应急救援工作的必然趋势，它给全国的应急资源统一管理、监控调度以及资源的合理分配和优化提供了新的需求和新的课题。北斗系统是由国家应急救援人员、救灾车辆配备的便携式或车载北斗减灾信息终端、北斗综合运营服务应用平台，实现了对不同级别人员、车辆的空间位置、运行状态、应急活动等进行“一张图”的实时实时监测，为应急救援企业的大范围内的集中监测和调度提供了全面的技术支持。在灾害发生之前，可以根据地理位置，对处于化工设施高危区的防灾救灾人员进行针对性的风险预警，指导他们进行安全疏散；灾情发生后，后方方可与现场抢险人员、救灾车辆进行实时动态交互，通过北斗终端的短消息通讯功能，自动定位报位及上报突发灾害信息和灾区救助信息，各级政府灾害管理部门可以实现全天候对灾区救灾人员和救灾物资调运情况的远程动态监控，实时掌握救灾物资的空间位置及状况，并引导现场搜救人员实施有针对性的救援行动，并保障实时搜救联络调度。3 北斗系统在应急救援系统中的应用案例 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、欧盟 GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。北斗系统全球范围精度优于 10 米、测速精度优于 0.2 米/秒、授时精度优于 20 纳秒、服务可用性优于 99%,亚太地区性能更优。2018 年刚建成北斗基本系统时,全球服务可用性为 95%;如今北斗全球系统建成后,全球服务可用性 99%以上。北斗系统对短报文通信服务进行了升级拓展,区域通信能力达到每次14000 比特(1000 汉字),既能传输文字,还能传输语音和图片,并支持每次 560 比特(40 个汉字)的全球通信能力,填补我国星基增强服务空白。油田应急救援管理平台通过参照总部、国内外先进油田应急救援管理成果，综合运用物联网、移动应用、云计算、大数据、移动互联网、北斗等先进技术，建立一套覆盖常态化管理管理、应急救援指挥、救援培训为一体的信息化、智能化应急救援管理系统，全面促进信息化与应急救援工作的深度融合，为构建立体化、全覆盖的油田应急救灾防控体系，打造符合实战要求智慧应急提供有力支撑。油田应急救援管理平台核心功能主要有应急值守、应急资源、预案管理、预案例库、事案追踪、事后总结和系统管理，功能列表如下图所示。图 1 应急救援功能列表 针对常态化管理，平台打造了应急预案库、案例库、毒物信息库等三大知识库，为战时提供强有力的数据支撑与应对指导，同时对物资站库、应急物资、应急队伍、应急专家、运输资源、通信资源、水源信息等“人力”、“物力”进行资源整合及信息化管理，大大提升了日常的维护效率以及战时的调派效率。针对应急救援指挥，以地理信息以及北斗定位系中国科技期刊数据库 工业 A 55 统为支撑，建立基于“应急一张图”的实战应急处置与指挥平台，通过应急会商与应急通讯室两大通讯手段，加强应急指挥中心、应急现场临时指挥中心、应急现场救援人员三方信息沟通与指挥能力，基于资源整合结果结合空间位置、路径、时间等多种要素整合等级调派、预案调派、就近调派、区域调派等多种智能调派算法，匹配出最佳车辆、状态、路线、人员，根据系统自动提取识别事件关键信息建立事件跟踪机制，帮助指挥人员对应急事件进行趋势研判，同时基于“应急一张图”建立联动指挥机制，支持多指挥中心协同指挥，支持从事发现场到各级应急指挥中心的上下贯通、横向协同的应急指挥应用体系。针对应急救援培训，建立事后总结机制，基于事件跟踪为信息来源，对以往应急事件进行应急过程再现，开发直观、生动、高效的模拟救援培训，提高应急救援人员操作技能和风险意识，固化各类复杂情况下的应急处置操作，提高受训人员的处置能力，助推应急救援培训水平的提高。3.1 北斗系统在监测速报系统方面的应用 监测快速报警系统是由用户机组网而成。利用自身的自主和不受通信死角的特点，克服了山区测报的通信技术瓶颈，使用户能够实时地进行石油化工设施数据的采集和传递，实现了灾害信息的准确、及时、准确的预测和预测，为石油化工设施监测工作提供了有力的参考。与大多监测速报系统相比，本系统首次正式使用了我国自主研制的“北斗一号”作为通讯系统，由于采用了卫星的形式，可以将资料传送到处理中心，从而从根本上改变了必须逐级上报的状态，“一发四收”的工作模式使以前的“串行”通讯变成了“并行”通讯，使得传输的可靠性和上报效率都得到了极大的提升，这对于石油化工设施救灾来说，是非常有必要的。3.2 北斗系统在石油化工设施监控平台方面的应用 2006 年度以北斗多用途通讯终端为基础，完成了对化工设施高危区的监测平台的搭建。该装置的实现功能可划分为两个主要模块：单机和网络。单机功能是指设备在独立运行时能够实现的各种功能，其中包括接收 GPS 定位信息、获得本地定位的能力；SMS 通信功能可以实现点对点加密通信，文件的自动组封和拆封，从而达到文件的收发功能。网络业务功能是指将该设备与其它电子设备相连接，以实现对电子指挥系统的支持。该装置与电子装置相连后，可以根据指令存取该装置，获取定位、通讯信息。本系统的主要特点是：利用监测软件将全部信息保存成文档格式，可根据需要选择适当的文件进行发送，可随意添加文件名，最高可传送 400K 的文档，并具备短消息群发的能力。3.3 北斗系统在城市应急指挥体系方面的应用 图 2 智慧消防物联网云平台 化工设施应急指挥系统平台建设中，指挥型客户机组网，实现了对卫星定位系统的实时监控。化工设施指挥中心的卫星定位系统是以北斗一号指挥机及其控制电脑为核心的。一期工程中，化工设施内的卫星定位系统分为十部车载式和十部手持式。汽车式用户机可安装在大的移动平台或小型的移动平台上，而手持式的机器则可供机动人员使用。指挥机可以把被控车辆和人的位置信息（经纬度或平面坐标）分别传送到由指挥电脑携带的 GIS 和 GIS 系统。GIS 系统能够自动漫游，自动跟踪或查询运动对象的重要参数，如运动对象的运动轨迹、方向、速度、时间等，可以对运动对象进行动态标识和识别。同时，通过控制电脑的大屏幕，对各个使用者的动作进行实时监控。监测中心能够广泛、直观地了解救灾人员、车辆和物资的情况。指挥中心可以对下属人员、车辆进行调度，并对其进行有效的监控、指挥和服务。该系统具有以下几个主要功能：（1）指挥中心具有对所属用户进行定位的探测；（2）指挥中心具有向其下属用户发送消息的能力；（3）指挥中心具有对下属用户进行通讯监控的能力；（4）指挥中心具有点对点通讯功能，可与所属用户进行点对点通讯；（5）指挥中心具有中国科技期刊数据库 工业 A 56 对下级用户的回执的自动接收；（6）指挥中心具备与普通手机信息互联功能：（7）指挥中心具备北斗计时功能，并具有计时功能。参考文献 1谢鹏.北斗卫星导航系统在航海领域的应用研究J.中国航务周刊,2022(27):43-45.2游新兆,王阅兵.北斗系统在地震行业的应用J.卫星应用,2022(05):39-45.3苗波涛.改进北斗系统的舰船应急救援系统J.舰船科学技术,2021,43(22):121-123.4王青,毋腾飞,王宇飞.基于北斗定位系统的智能接地 线 管 理 J.现 代 工 业 经 济 和 信 息化,2023,13(04):54-56.5杨军.北斗卫星导航系统全球服务的风险分析和应对策略J.中国工程科学,2023,25(02):13-21.