衛星技術在交通運輸行業的應用

中國交通通信信息中心主任　曹德勝

?

衛星技術在交通運輸行業的應用

中國交通通信信息中心主任曹德勝

一、海事衛星及其應用

1.海事衛星系統概況

（1）海事衛星系統發展過程

與普通移動通信從1G到4G發展路徑相類似，海事衛星經歷了從模擬到數字、話音到數據、窄帶低速數據到寬帶高速數據的發展演進過程

（2）第二至第五代星特征對比

（3）第五代星系統特點

?高頻段

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

?高帶寬

第五代星帶寬可達5GHz，采用多點波束和頻率復用技術，上下行傳輸速率達到5Mbps和50Mbps，使得衛星容量及速率較第四代星提升百倍。

?高穩定性

第五代衛星的Ka波段網絡將與現有第四代衛星的L波段網絡組成雙模混合型網絡,結合Ka波段高速率和L波段抗雨衰的特性，為用戶提供無縫切換服務。

?高移動性

第五代星的服務群體主要仍是海上船舶、空中飛機、陸地邊遠地區和通信盲區用戶，具有很強的移動性。同時，第五代星還增加了6個移動點波束，可靈活的滿足全球突發事件和熱點地區通信的需求。

?高性價比

由于第五代星頻率高、增益大，使終端實現了小型化，天線最小僅20cm，降低了終端設備的成本。

（4）第五代星的優勢

與前四代星的L頻段系統相比較:第五代星系統利用Ka頻段資源豐富的優勢，突破了前四代星系統通信傳輸速率較低的瓶頸，滿足高清視頻、大數據等大容量傳輸需要；終端技術的突破，實現了終端的輕型化，符合海陸空用戶對移動性、高帶寬的要求。

與國際上其他Ka頻段系統相比較:第五代星系統是國際上唯一提供全球覆蓋的Ka寬帶衛星移動通信系統。其他Ka頻段系統只實現部分區域的覆蓋，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:Ka波段由于頻率高，容易受惡劣天氣的影響，當用戶的第五代星終端無法工作時，可以自動切換到第四代星L波段繼續使用。

2.海事衛星的應用

海事衛星是目前唯一作為強制性海上遇險安全通信標準納入國際海上人命安全公約（SOLAS）的移動衛星通信系統，是國際民航組織認可承載國際航空安全服務的唯一衛星通信系統；

承擔我國國內、國際海上遇險和陸上安全通信任務；

成為各級交通運輸主管部門應急通信保障的重要手段；

是國家應急指揮系統的重要組成部分,是中辦、國辦、公安部等國家有關部門長期的應急通信保障手段；

為海軍、空軍、二炮等軍事應用及其在突發事件時的軍地融合通信和指揮服務。

（1）為履行國際公約建設我國海事衛星地面站

我國自1991年在北京建成了第一代海事衛星地面站以來，先后完成了四代海事衛星地面站的建設；目前，正在開展第五代星建設前期工作。

（2）有力地保障了海上航行安全

通過北京國際海事衛星地面站，可以向全球提供不受時間、地點、氣象環境約束并優先保障海上遇險安全的移動衛星通信服務。

目前，我國海事衛星系統已成為我國船舶在海上航行發送遇險報警、獲得救助服務信息的重要支撐。2013年，我國海事衛星系統共提供了近600次遇險報警服務，有力地保障我國水上遇險安全和應急救助工作。

海事衛星滿足海區（A1、A2、A3）的全球海上遇險安全需求；

提供海上安全信息：航行和氣象警報、氣象預報和與安全有關的其他緊急信息；

遇險船舶位置標識；

搜救協調通信。

（3）不斷增強的海事衛星國際話語權

航運大國，負責任大國：《國際海上人命安全公約》（SO?LAS公約）締約國、國際海事組織第七搜救責任區責任國以及國際海事衛星組織成員國。

逐步增強的海事衛星話語權：第四代星建設中，北京站成為全球四個地面站之一；正在謀劃第五代星自有星體資源建設。未來，中國將擁有自己的海事衛星星體資源。

（4）為國家重大事項和重大活動提供應急通信保障

圓滿完成天宮一號和神舟十號載人飛行任務所承擔的航天員和飛船搜索救援及保障任務，為載人飛行任務的順利實施作出突出的貢獻。持續參與了所有其他神舟系列飛行任務的保障工作。

（5）在馬航失聯事件發揮作用

2014年3月8日發生的“馬航失聯事件”，從機載海事衛星設備上獲取的七個時間點的握手信息及其多普勒頻移數據，成為鎖定最終“失聯”時間、判斷客機“終結”于南印度洋的唯一線索。

在此次事件中，海事衛星發揮了重要作用。交通運輸部利用在海事衛星體系內的優勢，2014年3月16日開始組成由總參三部、民航局構成的聯合專家組，從海事衛星總部獲取相關信息，對“失聯”客機海事衛星通信記錄數據進行了解碼、分析、評估和深入研判。通過自行的研判，對海事衛星總部的信息研判也有了進一步的了解。

解碼并分析了403條海事衛星機載終端的地空數據鏈ACARS（飛機通信尋址與報告系統）原始數據及7198條通信信令；獲取了飛機起飛后30分鐘的高度、總燃油量、速度、溫度、位置等重要飛行數據信息；掌握了最后一條ACARS信息于2014年3月8日2時5分發出，是地面運行調度中心發出的緊急請求，要求機組與胡志明市聯系；掌握了駕駛艙最后一階段語音呼叫記錄。

通過對信令的分析，確認機載終端與地面網絡每小時自動交互信號，基于衛星網絡中最后一階段連續的衛星數據、飛機均勻的飛行速度以及馬方軍用雷達最后一次探測到飛機的位置信息，推斷出飛機可能的南線、北線飛行軌跡；組織了對海事衛星多普勒效應理論分析方法的準確性的分析驗證工作；研判結果與馬方發布的信息進行吻合對比，對我部的搜救決策提供了有力支持。

經驗啟示：沒有自己的海事衛星星體資源，無法第一時間掌握研判用衛星信息。我國海事衛星系統建設過去從未涉及衛星星體部分，此次“失聯”事件分析研判，除了利用通信業務數據，還利用衛星仰角數據、頻移數據等，這些是擁有衛星資源控制權才可能掌握的。

二、北斗導航衛星及其應用

1.北斗衛星導航情況

北斗衛星導航系統是我國自主研制、建設、掌控的全球衛星定位與通信系統，是繼美國GPS系統和俄羅斯GLONASS系統之后，全世界第三個成熟的衛星導航系統。到目前為止，北斗系統已經發射19顆衛星，形成了覆蓋亞太地區的區域組網。2020年實現全球組網。

2.北斗導航衛星在交通運輸領域的應用

（1）公路基礎設施安全監測系統

運用北斗高精度定位技術實現邊坡、橋梁、涵洞的形變監測和感知。

（2）港口高精度實時定位調度控制系統

采用北斗局域增強技術，實現港口集裝箱的遠程調度管理

（3）船舶示范系統

利用北斗系統全天候導航和短報文通信技術，建立應用于行業監管、信息服務和業務管理的船舶監控系統，在30艘海事和30艘社會營運船舶上安裝北斗船載終端，為整個航運產業的信息化建設提供探索平臺，為水運導航的發展提供借鑒。

（4）重點運輸過程監控管理服務示范系統

中國第二代衛星導航系統重大專項的第一個應用示范工程:“重點運輸過程監控管理服務示范系統工程”，通過建設部省兩級應用系統及在九個示范省份的營運車輛上安裝北斗兼容車載衛星定位終端，進行北斗系統在道路運輸領的推廣應用。

聯網聯控系統完成了31個省級監管平臺的接入，其中17個為新建，14個為改擴建，共接入1000多家衛星定位運營服務商及企業監控平臺。

目前，全國入網車輛總數超過400萬輛，兩客一危車輛入網70萬輛，日均上線車輛100萬輛。海量的衛星導航定位數據為應用前景廣泛。

（5）基于北斗的中國海上搜救信息系統

“基于北斗的中國海上搜救信息系統示范工程”以提高海上搜救效率為根本目的，利用北斗衛星導航系統作為遇險定位、報警通信、搜救指揮的技術手段，推動北斗衛星導航系統在海上搜救領域的廣泛應用，加快北斗產業化、國際化進程。

（6）智能物流綜合服務應用

利用北斗定位功能，搭建從裝貨、運輸到卸貨的智能物流綜合服務應用系統，聯接監管平臺、運輸企業和車廠。

三、高分遙感衛星及其應用

1.高分遙感觀測衛星概況

我國高分遙感起步晚、發展快，與部分發達國家相比還有差距。

差距表現在：衛星數量相對較少（2顆）、精度較低（1米，國外較好的均在0.5米）。

（1）國內外主要高分遙感衛星總體情況

（2）我國高分遙感衛星系統情況

2014年8月19日11時15分，“高分二號”衛星成功發射，順利進入預定軌道，標志中國遙感衛星進入亞米級“高分時代”。

9月29日，國防科工局發布高分二號衛星首批影像圖，圖像紋理清晰、層次分明、信息豐富。

高分二號衛星研制在諸多方面實現了技術突破，對于推動我國衛星工程水平提升，提高我國高分辨率對地觀測數據自給率具有重要意義。

高分二號衛星主要用戶為國土資源部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、林業局，同時還將為其他用戶部門和有關區域提供示范應用服務。

在土地利用動態監測、礦產資源調查、城市精細化管理、交通路網規劃、林業資源調查、防災減災、環境保護與監測、農作物估產等眾多領域發揮重要作用。

2.高分遙感觀測衛星的應用

（1）海岸線監管與保護

利用遙感技術，對海岸線的開發、使用、環境污染情況進行定期監測，可及時發現海洋違法行為，有助于海上執法部門整頓和規范用海秩序，保護海岸經濟帶，促進灘涂、海域資源的合理開發利用。

（2）主權海域的監視與保護

利用航空攝影測量和高分辨率衛星遙感對地觀測技術，對釣魚島海域、南海黃巖島海域等地區進行遙感制圖，開展國家海域動態監視監測，加強對遠洋海域領土的監測。為維護國家主權、實施海洋開發提供精確的海島（礁）基礎地理信息技術手段。

（3）地質災害調查與監測

在地質災害調查與監測工作中，分析地質災害形成和發育的環境地質背景條件，編制1:5萬地質災害類型、規模、分布遙感解譯圖，為災害治理、防治提供災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區域的地質災害調查與監測業務中得到應用。

（4）重大自然災害交通應急監測

如四川汶川地震、雅安地震、甘肅定西地震。針對重大自然災害，在災后2小時內迅速啟動交通安全應急響應，快速協調獲取第一手災區衛星遙感影像數據，開展災區交通受損狀況調查與分析，輔助災后救援搶險，及時打通交通生命線。

（5）交通設施沉降監測

利用遙感和北斗技術可對重要交通基礎設施，如公路、橋梁、軌道交通開展宏觀與微觀相結合，面與點相結合，周期與實時相結合的有效安全監測。

（6）農村公路核查

利用高分遙感技術對農村公路進行高分辨率的觀測和統計，有效解決了目前難以快速準確獲取農村公路規模數據和實際聯通現狀的難題。

高分遙感的使用不僅為我國經濟建設、生態文明建設、民生安全保障和推進國家治理能力現代化起到信息支撐作用，同時對于信息應用企業開展商業化信息增值服務、開拓國際市場、推動空間信息產業發展等方面也具有重要意義。

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

鏈接：《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》由國家水運安全工程技術研究中心、武漢理工大學和中國水運報社主辦，交通安全信息應急技術國家工程實驗室、國家道路交通管理工程技術研究中心、交通運輸部內河智能航運協同創新平臺、交通運輸部長江航運技術研發中心、長江黃金水道綠色與安全協同創新中心、中國遠洋運輸（集團）總公司技術中心、長江海事研究中心協辦。每月舉辦一次，邀請國內外在交通安全領域具有較高學術影響和管理水平的學者、管理專家作為演講專家。