北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心　張　婷　魏　來(lái)

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基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)

北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心張婷魏來(lái)

畜牧業(yè)的信息化建設(shè)突飛猛進(jìn)，利用遙感、地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)控制畜牧業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行。文章著重介紹了一種基于GNSS技術(shù)研發(fā)的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能和其在草原防火和草原病蟲(chóng)害防治方面的應(yīng)用。

GNSS；牧區(qū)作業(yè)；監(jiān)控

1.引言

“美麗的草原我的家，風(fēng)吹綠草遍地花”，我國(guó)擁有60億草原，約占國(guó)土面積的40%，其中50億畝在西部，由于長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度放牧、自然和人為災(zāi)害的影響，導(dǎo)致草原的生態(tài)壞境受到嚴(yán)重的威脅，嚴(yán)峻的草地生態(tài)環(huán)境形勢(shì)，引起了各界人士對(duì)維護(hù)草地生態(tài)環(huán)境和建立可持續(xù)發(fā)展的草原畜牧業(yè)生產(chǎn)體系的關(guān)注。利用GNSS技術(shù)調(diào)查、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)不同利用狀態(tài)下草原草場(chǎng)的時(shí)空規(guī)律和形態(tài)，為評(píng)估退化草地的恢復(fù)和改良提供依據(jù)和實(shí)踐措施是十分必要和有效的。針對(duì)牧區(qū)高科技作業(yè)安全所設(shè)計(jì)的飛行保障系統(tǒng)，我們研制了基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)。

2.基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)

基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)具有對(duì)飛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及飛行航線(xiàn)偏航報(bào)警兩大基本功能。系統(tǒng)以GPS+GLONASS+北斗（COMPASS）的多系統(tǒng)衛(wèi)星組合定位和北斗信息傳輸平臺(tái)為基礎(chǔ)，不僅實(shí)現(xiàn)了本機(jī)的精確定位，還可以將自身的位置通過(guò)北斗平臺(tái)發(fā)往指揮機(jī)構(gòu)。

2.1COMPASS平臺(tái)

COMPASSⅡ是在CPMPASSⅠ的基礎(chǔ)上，我國(guó)自主研發(fā)和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不僅具有三維定位、三維測(cè)速和定時(shí)能力，而且具有一定的通信能力。系統(tǒng)由衛(wèi)星星座（地面同步衛(wèi)星、高軌道衛(wèi)星和中軌道導(dǎo)航定位衛(wèi)星組成）、地面監(jiān)控和用戶(hù)設(shè)備組成。在建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)后，將由5顆GEO、3顆IGSO和27顆MEO組成。該平臺(tái)最大的特點(diǎn)是可以同時(shí)提供定位與數(shù)據(jù)通信功能，這優(yōu)越于其它以往的任何設(shè)備，僅僅提供定位功能或者僅僅提供通信功能，非常適合用做監(jiān)控調(diào)度及指揮應(yīng)用。COMPASSⅡ平臺(tái)同時(shí)具有“遠(yuǎn)距離、全天候、無(wú)盲區(qū)”的特點(diǎn)，可以為飛行指揮機(jī)構(gòu)提供及時(shí)、高效、準(zhǔn)確的飛行數(shù)據(jù)，以便對(duì)飛機(jī)的飛行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2系統(tǒng)的組成

基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)由地面和空中部分組成。其中地面部分主要包括“北斗指揮通信系統(tǒng)”（總部的北斗中心指揮機(jī)，分別的北斗指揮機(jī)）、“監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng)”（監(jiān)控平臺(tái)）兩部分，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)控制視頻控制系統(tǒng)（紅外一體機(jī)、球形云臺(tái)、視頻會(huì)議終端和DVD播放機(jī)）?？罩胁糠种饕ā癎NSS機(jī)載終端設(shè)備”和“UniPilot飛行安全系統(tǒng)”兩部分。工作流程是：牧區(qū)作業(yè)的飛機(jī)（安裝有機(jī)載終端GNSS和飛行安全系統(tǒng)UniPilot），實(shí)時(shí)接收天空中的北斗衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星信號(hào)，并發(fā)送請(qǐng)求經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后傳送給總部的北斗中心指揮機(jī)，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)、數(shù)據(jù)服務(wù)器和通信服務(wù)器，將信號(hào)處理后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給分部的北斗指揮機(jī)，將信息通過(guò)上行鏈路經(jīng)GPS衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給牧區(qū)作業(yè)的飛機(jī)，機(jī)載終端和飛行安全系統(tǒng)處理后指揮飛機(jī)正常運(yùn)行。

2.3系統(tǒng)的主要功能

（1）地面部分子系統(tǒng)

地面部分由北斗指揮通信系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)度兩大部分組成。北斗通信系統(tǒng)包括北斗中心指揮機(jī)及天線(xiàn)等；監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)包括通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)軟件和監(jiān)控終端（多屏視頻系統(tǒng)）等。它可以實(shí)時(shí)在衛(wèi)星遙感地圖上顯示飛機(jī)的位置及狀態(tài)；同時(shí)記錄飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)。

（2）監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng)

系統(tǒng)日志：按照時(shí)間和事件將系統(tǒng)運(yùn)行的每一步操作分類(lèi)，并記錄下來(lái)；

系統(tǒng)備份：進(jìn)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)；

用戶(hù)管理：對(duì)用戶(hù)檔案的添加、修改和刪除進(jìn)行管理；

監(jiān)控服務(wù)：實(shí)時(shí)監(jiān)控各直升機(jī)的飛行狀態(tài)；

矢量地圖服務(wù)：提供矢量地圖的顯示和操作；

遙感圖服務(wù)：提供遙感地物的顯示和操作；

數(shù)字高層模型圖服務(wù)：提供模型圖的顯示和操作；

信息接收處理服務(wù)：將接收到的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、解碼后，按照統(tǒng)一的格式重新打包以進(jìn)行入庫(kù)和實(shí)時(shí)分發(fā)；

GIS引擎：提供將數(shù)據(jù)庫(kù)中的海量GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和提取的功能模塊；

數(shù)據(jù)庫(kù)連接引擎：管理數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，以保證系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

（3）監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)

基于GNSS的飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)，采用多屏視頻系統(tǒng)，它是一套性能強(qiáng)大的高端圖像處理系統(tǒng)，能夠在不同的屏幕上顯示各自不同的畫(huà)面，又可共同組合成一幅大畫(huà)面，既可以在多個(gè)顯示終端上同時(shí)顯示多個(gè)動(dòng)態(tài)畫(huà)面，用于同時(shí)顯示不同的場(chǎng)景，也可以將多個(gè)顯示終端組合成為一個(gè)大的終端來(lái)顯示超大、超寬畫(huà)面。

3.應(yīng)用

GNSS飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)利用機(jī)載終端可以對(duì)牧區(qū)發(fā)生火災(zāi)的操場(chǎng)進(jìn)行快速地點(diǎn)精確定位（在草原中單點(diǎn)定位可以達(dá)到5-6米的精度），在第一時(shí)間把精確的坐標(biāo)發(fā)布給給各個(gè)撲救機(jī)構(gòu)，由救災(zāi)指揮中心根據(jù)傳送回來(lái)的火災(zāi)數(shù)據(jù)，在指揮系統(tǒng)中進(jìn)行精確定位，同時(shí)確定下來(lái)操場(chǎng)周邊的各種水源點(diǎn)的坐標(biāo)，在最短的時(shí)間內(nèi)確定火場(chǎng)周邊最佳取水點(diǎn)，迅速鎖定撲救目標(biāo)，而且制定撲救方案和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮最有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次，在機(jī)載終端輸入大概的火災(zāi)邊緣點(diǎn)，劃定火災(zāi)范圍，并根據(jù)實(shí)時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)力風(fēng)向等天氣情況，以及附近人員、房屋、牧場(chǎng)、水資等基本狀況，制定 人員疏散、物資搶救、撲火切入點(diǎn)等方案。最大程度地挽回火災(zāi)損失，提高救火效率并減少撲救過(guò)程中的人員傷亡。GNSS飛機(jī)牧區(qū)作業(yè)導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)用于草原滅蝗，GNSS技術(shù)可以準(zhǔn)確

定位蝗蟲(chóng)發(fā)生的地理位置和面積，并與蟲(chóng)災(zāi)資料連接起來(lái)，從而便于在地理信息系統(tǒng)中分析處理，同時(shí)還可以用來(lái)作為飛施防病蟲(chóng)害時(shí)的導(dǎo)航儀。如今，飛機(jī)按照機(jī)載終端確定的經(jīng)緯度作業(yè)，滅蝗藥物噴灑均勻，可以實(shí)現(xiàn)大面積連片噴灑，既簡(jiǎn)便又準(zhǔn)確。

［1］譚述森.衛(wèi)星導(dǎo)航定位工程［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2010（7）.

［2］陳振國(guó)，楊鴻文，郭文彬.衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京郵電大學(xué)出版社，2003（8）.

［3］竇長(zhǎng)江.淺析衛(wèi)星導(dǎo)航透明轉(zhuǎn)發(fā)器的空間安全防護(hù)和發(fā)展戰(zhàn)略［J］.空間電子技術(shù)，2003（2）:14-17.

［4］竇長(zhǎng)江，白英廣.導(dǎo)航衛(wèi)星有效載荷自適應(yīng)濾波研究［J］.空間電子技術(shù)，2007（1）:19-23.