朱自強 姜作喜 彭巍巍

（1.自然資源部航空地球物理與遙感地質(zhì)重點實驗室 北京市 100083 2.中國自然資源航空物探遙感中心 北京市 100083）

自然資源勘察工作具有流動性高、野外作業(yè)分散、工作點多的特點，隨著大規(guī)模集成電路的應(yīng)用及電子技術(shù)的進步，無線通信設(shè)備的集成度越來越高，體積大幅縮小，功能越來越多,無線通信技術(shù)的長足發(fā)展使其取代了有線通信逐漸應(yīng)用到自然資源勘察的各個領(lǐng)域。在了解儀器工作狀態(tài)的同時又能有效的抑制串模干擾。按照通信距離的遠近，可以分為近距離無線通信、中程無線通信及超遠程無線通信。

1 射頻局域網(wǎng)無線通信

射頻無線通信屬于近距離無線通信，工作在ISM(Industrial Scientific Medical)頻段，是由ITU-R（國際通信聯(lián)盟無線電通信局）定義的。ISM 頻段分為工業(yè)（902-928MHz）,科學(xué)研究（2.42-2.4835GHz）和醫(yī)療（5.725-5.850GHz）。此頻段主要是開放給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個主要機構(gòu)使用，無需授權(quán)許可，但是對所使用設(shè)備的發(fā)射功率進行限制(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可，因此發(fā)射與接收之間只能是很短的距離。國內(nèi)常用的通信頻率有433M、2.4G 等。433M 頻段被分配給業(yè)余無線電使用，因其位于UHF 頻帶的中間，被各種無線通信模塊廣泛使用。2.4G 無線通信技術(shù)的有Wi-Fi、Zigbee、藍牙等。

自然資源勘測經(jīng)常要去野外勘察測量，野外勘測遠距離通信的需求比較多且具有流動性大的特點，比如傳輸數(shù)據(jù)，儀器狀態(tài)監(jiān)測等。野外環(huán)境通常遠離城鎮(zhèn)，現(xiàn)有通信基礎(chǔ)設(shè)施缺乏，因此免申請許可的ISM 頻段無線通信得以廣泛應(yīng)用，比如一般的在限制功率內(nèi)的433M 通信模塊的傳輸距離一般3-5 公里，正好滿足野外勘測的需求。

無線通信模塊可以有多種工作模式進行選擇，可以分為透明傳輸和非透明傳輸兩個模式。無線通信模塊的透明傳輸不關(guān)心傳輸內(nèi)容，把所有的數(shù)據(jù)全部傳輸。非透明傳輸模式的數(shù)據(jù)格式通常是定制的，需要自定義相關(guān)的串口數(shù)據(jù)格式。

圖1：點對多模式傳輸示意圖

圖2：衛(wèi)星定位原理

透明傳輸分為點對點模式、點對多模式及廣播模式，點對點可以理解為1 對1 傳播，即一個發(fā)送端對應(yīng)一個接收端。點對多的模式相對復(fù)雜點，多個發(fā)射端和接收端的角度要設(shè)置合理，還要考慮信號損耗、傳輸距離、使用頻率等情況綜合布網(wǎng)。如圖1所示為點對多模式的布網(wǎng)示意圖。A 點為主控制點位，其他點都是從控制點位，都可以和A 點進行通信，可以發(fā)送和接收信號。地址相同、信道相同、無線速率（非串口波特率）相同的模塊，任意一個模塊發(fā)送，其他模塊都可以接收到。每個模塊都可以做發(fā)送/接收。數(shù)據(jù)完全透明，所發(fā)即所得。

一般點對點傳輸適合應(yīng)用于監(jiān)控點位分散、傳輸距離較遠的情況。點對多點傳輸適合點位較集中、數(shù)量較多、傳輸距離較近的情況。

2 GNSS衛(wèi)星通信

如圖2所示，衛(wèi)星定位是基于后方交會的測量原理的超遠程無線通信技術(shù)，把衛(wèi)星布在離地數(shù)萬公里同步軌道上空可實現(xiàn)全球性定位及信號傳輸，按照后方交會原理，一般三顆衛(wèi)星就可以唯一定位到地球表面的位置，參加定位的星數(shù)越多，定位精度越高。比較成熟的有美國的GPS 系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS 系統(tǒng)以及中國的北斗系統(tǒng)，值得一提的是北斗系統(tǒng)把短信和導(dǎo)航結(jié)合是區(qū)別與其他導(dǎo)航系統(tǒng)的獨特發(fā)明。一般來講，世界上其他的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只是告訴用戶什么時間、在什么地方，用戶是一個信息被動接收端，而北斗系統(tǒng)除此之外還可以將用戶的信息發(fā)送出去，使用戶想告知的其他人獲知用戶的情況。

這一點在自然資源工作中有著巨大作用，自然資源勘察工作常常需要深入野外偏遠地區(qū)，可將自然資源野外工作人員、車輛、飛機和輪船進行統(tǒng)一監(jiān)控，發(fā)生突發(fā)緊急事件可以進行緊急呼救，并可以進行雙向短信通信及時告知現(xiàn)場情況，同時還可以用于設(shè)備或人員的定位追蹤、軌跡回放、應(yīng)急保障和數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹闆r。

圖3：RTK 作業(yè)模式原理

圖4：4G 無線通信原理

3 衛(wèi)星通信和射頻局域網(wǎng)通信的結(jié)合

衛(wèi)星通信的優(yōu)勢是可實現(xiàn)全球覆蓋，缺點是傳輸數(shù)據(jù)量較小，而射頻局域網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，傳輸距離較小，將兩者結(jié)合可以彌補兩者之間的劣勢，起到事半功倍的效果。比如網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)就是將這兩種技術(shù)結(jié)合而形成的新的定位測量技術(shù)。

RTK（Real - time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS 測量方法，傳統(tǒng)的差分定位方法都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK 能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它的工作原理如圖3，采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，在RTK 作業(yè)模式下，基準站終端通過將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站接收終端。流動站終端不僅通過無線信號模塊的數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站終端的數(shù)據(jù)，還要采集GPS 觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，實時給出厘米級定位結(jié)果。流動站終端可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)。RTK 技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK 定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收終端，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600 以的波特率，這在無線電射頻傳輸上不難實現(xiàn)。RTK 技術(shù)是衛(wèi)星定位技術(shù)的重大里程碑，它的出現(xiàn)為自然資源調(diào)查、地形測圖，各種控制測量帶來了新的發(fā)展方向，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

4 4G無線通信

隨著4G 無線通信網(wǎng)絡(luò)的普及，我國大部分地區(qū)已經(jīng)布上了4G基站，以其基站布設(shè)多、數(shù)據(jù)傳輸速率高的特點，快速應(yīng)用到自然資源勘測領(lǐng)域，其工作原理如圖4所示，終端設(shè)備的4G 信號模塊通過近處基站進行數(shù)據(jù)交換傳輸，然后基站的數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)娇刂浦髡靖浇幕?，控制主站與主站附近的基站之間進行數(shù)據(jù)的接收和傳輸指令，及時了解終端設(shè)備的工作狀態(tài)及發(fā)送指令。

5 結(jié)論與展望

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，將會有越來越多的無線通信技術(shù)應(yīng)用于自然資源勘察領(lǐng)域，可根據(jù)自然資源勘察的野外實際需求，結(jié)合無線通信技術(shù)的特點，進行選擇合適的無線通信方案，也可以采用不同無線通信方案進行組合應(yīng)用的方法，以達到提高生產(chǎn)效率，達到快速完成任務(wù)的目的。