吳清榮 楊澤寒 付建華

（1.河南職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450046；2.中國鐵塔股份有限公司周口市分公司，河南 周口 466000；3.河南省地震局，河南 鄭州 450016）

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)概況

1.1 發(fā)展進程

我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)經歷三個階段的建設發(fā)展進程：第一階段，從1994年啟動，到2000年初步建成了北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)，即“北斗一號”有源區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，簡稱“北斗一號”系統(tǒng)，形成中國及周邊部分地區(qū)的區(qū)域性服務能力，使得中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家；第二階段，從2004年啟動了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設，到2012年，首先建成了北斗衛(wèi)星導航區(qū)域系統(tǒng)，即“北斗二號”無源區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，簡稱“北斗二號”系統(tǒng)，也稱為“北斗二號”系統(tǒng)一期工程，形成區(qū)域覆蓋能力，為中國及周邊亞太地區(qū)提供無源定位、導航和授時等服務；第三階段，從2013年持續(xù)擴展北斗衛(wèi)星導航區(qū)域系統(tǒng)，到2020年左右全面建成北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也稱為“北斗二號”系統(tǒng)二期工程，具備全球范圍無源定位、導航和授時服務能力。

目前，北斗衛(wèi)星全球組網工作已全面展開，僅2015年一年內就要發(fā)射5 顆北斗衛(wèi)星，經過組網試驗驗證正常后，從2016年至2020年將完成全球組網工作。

1.2 主要功能

定位功能，“北斗一號”系統(tǒng)的二維水平定位精度在設標校站區(qū)域為20m，在不設標校站區(qū)域為100m，“北斗二號”系統(tǒng)平面定位精度為10m，高程精度為10m；

授時功能，“北斗一號”系統(tǒng)的雙向授時精度20ns，單向授時精度100ns，“北斗二號”系統(tǒng)的單向授時精度為50ns；

通信功能，“北斗一號”系統(tǒng)具有用戶之間、用戶與地面控制中心之間的雙向短報文通信能力，每次通信容量是120個漢字，“北斗二號”系統(tǒng)兼容該通信功能。

1.3 應用概況

目前，中國正在各個領域加速推進北斗定位導航系統(tǒng)的應用。例如，北斗定位技術結合物聯網技術、移動互聯網應用、構架端+云系統(tǒng)平臺，服務于移動互聯網用戶，并且智能手機和平板電腦中內置的定位導航服務逐漸取代專業(yè)導航設備［1］。又如，在智慧城市建設中，能夠利用更加精準的北斗定位服務，協助用戶做到防盜告警、車輛管理，以及為售后服務提供數據等。但是，由于當前“北斗二號”一期工程已完成，二期工程正處于全面組網試驗階段，很多應用領域還是以“北斗一號”系統(tǒng)應用為主，而“北斗一號”系統(tǒng)在定位時效性、精度、容量等方面存在不足，限制了北斗定位導航系統(tǒng)的應用。但隨著“北斗二號”系統(tǒng)加速建設，相關領域的應用研究必須同步跟進，否則將會失去市場先機［2］。

2 地震監(jiān)測的主要特點

2.1 地域分布廣

地震監(jiān)測需要將各種傳感器設置在不同的地域，既可以組成部分區(qū)域的地震監(jiān)測網，也可以組成省級和全國范圍內的地震監(jiān)測網。由于我國疆土廣闊，而很多地區(qū)屬于沙漠、森林、島嶼等無人區(qū)，對這些地方的監(jiān)測需要能夠實現無人值守，這為通過衛(wèi)星通信，包括VSAT站、北斗的短報文通信等來實現地震監(jiān)測數據的自動化遠程傳輸提供了應用需求。

2.2 通信時效強

地震監(jiān)測無論是震前、震中還是震后監(jiān)測，都需要將各類傳感器感知的監(jiān)測數據及時采集、存儲和傳輸，通過各種通信方式將數據匯集到數據中心，這對通信的時效性和可靠性要求很高。這是因為，只有獲得準確實時的監(jiān)測數據才能為數據分析提供最新數據來源，從而對震情的監(jiān)測、跟蹤和預報才更加可靠，有利于采取相應的救援措施。

2.3 信息采集多

地震監(jiān)測涉及對地表電場、磁偏角、地下水位、重力加速度、次聲波、氣象等多種監(jiān)測要素的信息采集。這種信息采集既有短時間內的突發(fā)信息采集，例如，地震發(fā)生時段的信息采集，還有長時間范圍內跟蹤信息采集。這些采集的信息數據既可以作為實時災情預報的依據，也可以作為長期觀測的歷史數據積累，因此必須對采集的大量信息數據做好收集整理工作，不斷提取有價值數據。

2.4 智能處理高

大數據分析已經融入到對地震監(jiān)測數據的分析中，基于數據挖掘和人工智能的處理方法是提高對地震監(jiān)測數據分析智能化水平的重要手段。將云計算方法應用到分布式的地震監(jiān)測網中，從地震監(jiān)測數據分析中不斷優(yōu)化分析數學模型，提高提取有價值震情情報的精準性，這些代表了地震監(jiān)測數據分析的發(fā)展方向。

3 應用方案設計

如圖1 所示，將北斗導航系統(tǒng)應用到地震監(jiān)測的方式主要有：一是將北斗定位終端與分布在各地的地震監(jiān)測儀器直接相連，可以準確獲得地震儀器所在的位置信息和時間信息；二是利用北斗有源定位可以進行短報文通信的功能，將地震監(jiān)測數據進行遠程傳輸到監(jiān)測中心。這種應用方式的優(yōu)點在于：一是利用我國的北斗導航系統(tǒng)進行定位和授時，增強了使用的可靠性，可以避免美國GPS 服務的不確定性因素影響；二是利用北斗的通信功能，能夠解決地域覆蓋問題，在一些無人值守的地域也能設置監(jiān)測站。當然，由于北斗通信能力有限，將北斗系統(tǒng)應用到地震監(jiān)測中時，以其定位和授時功能為主，通信功能為輔，可以進一步結合VSAT 衛(wèi)星基站，利用信道較寬的衛(wèi)星通信傳輸監(jiān)測數據將是更好的選擇［3］。

圖1 北斗在地震監(jiān)測中應用示意圖

4 展望

我國是地震多發(fā)的國家，特別是近些年出現了較多震級較大的地震，破壞力極大。搞好地震監(jiān)測有利于防災減災，因此對地震監(jiān)測的需求越來越大，特別是在我國中東部地區(qū)和西部地區(qū)都需要較多的監(jiān)測臺站，這為北斗系統(tǒng)的定位、授時及通信應用提供了機遇。同時，隨著我國“一路一帶”戰(zhàn)略的實施，在我們周邊國家和地區(qū)利用北斗系統(tǒng)進行地震監(jiān)測有利于提供境外服務，保障我國在“一路一帶”沿線地區(qū)的安全。并且，我國的北斗系統(tǒng)正處于建設的關鍵時期，國家正在大力推動北斗系統(tǒng)的應用，這為北斗在地震監(jiān)測領域中的產業(yè)應用提供了最佳機遇。

［1］唐金元.北斗衛(wèi)星導航區(qū)域系統(tǒng)發(fā)展應用綜述［J］.全球定位系統(tǒng)，2013（5）：41-43.

［2］張更新，張杭.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)［M］.北京：人民郵電出版社，2001.

［3］毛彩霞.淺析地震監(jiān)測預報體系［J］.江西建材，2014（22）：222.