北斗导航卫星系统的应用

北斗导航卫星系统的应用北斗卫星导航系统投入使用，结束了长期单一依赖国外系统的历史，确立了我国在卫星导航领域的国际地位。长期以来，我国卫星导航应用基本被国外技术垄断，交通运输、电力调度、通信网络、金融系统等重要基础设施过分依赖GPS，风险巨大，后果严重。北斗卫星导航系统的建成，中国成为继美、俄之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家，打破了国外的封锁与垄断，结束了长期单一依赖国外系统的历史。通过五年的开拓实践，北斗导航已经在国防和经济社会建设中发挥显著效益，卫星导航受制于人的被动局面得到根本扭转。2007年，联合国有关机构正式确认北斗为全球卫星导航四大核心系统之一，“中国北斗”成为一块让世界关注、让中国骄傲的民族品牌。北斗卫星导航系统开放民用，在国民经济重点领域成功推广，有力保障了经济社会建设发展。国家对北斗应用推广非常重视，国家发改委、科技部、国防科工局、农业部等有关部委给予热情指导，并支持安排了一批应用示范项目。目前，北斗导航已成功应用于水利水电、海洋渔业、交通运输、气象测报、国土测绘、减灾救灾和公共安全等领域，牵引促进了电子、通信、机械制造、地理信息等相关产业和信息服务业的发展，产生了显著的经济效益和社会效益。北斗导航全面亮相抗震救灾，发挥了独特优势和不可替代作用，有效提高国家减灾救灾应急能力。在多种重大自然灾害和重大活动中，北斗卫星导航定位保障能力经历了全面检验。1、监测交通的安全性随着我国公路建设的飞速发展，高速公路边坡综合防护系统研究日益引起公路部门重视。有效的边坡综合防护系统，对于加固路基，提高使用寿命、降低维护费用都是十分有效的。对于大跨度桥梁，特别是跨海的桥梁，传统变形测量方法受到极大的限制，需要新的测试方法。北斗卫星导航系统技术用于公路边坡(滑坡、崩塌)、桥梁变形监测，由于不受通视条件的限制，因而选点灵活，可以根据监测需要，将监测点布设在对变形体的形变比较敏感的特征点上，而且卫星导航定位系统静态相对定位具有很高的定位精度和较强的作业自动化程度，这些特点和优点使得卫星导航定位系统在公路边坡等地质灾害及桥梁变形监测中有着广阔的应用前景。基于北斗卫星导航系统的大型桥梁安全监测系统可以监测桥梁锚锭处沉降、桥塔处变位偏移、桥身相对变形；监测桥梁在异常状况下（地震、台风、船只撞击等）的动力响应，并且可以通过实时观测，得出桥梁的固有动态特性的发展状况；通过北斗卫星导航系统测试得到的桥梁变形与动态数据，对桥梁的安全状况进行评估，并实施预报警。2、中国时间保障电力畅通电网是一个巨大的系统工程，要确保电厂、变电站的设备运转同步进行，必须首先要确保设备内部时钟的一致性。为了统一内部时钟，此前我国电力系统不得不把美国的GPS（全球定位系统）作为主要的授时手段，通过GPS的民用频道向电力系统的电力自动化设备、微机监控系统、安全自动保护设备、故障及事件记录等智能设备提供授时信号，以实现电力系统的“同步”运行。但是，这一做法也存在着巨大的隐患。电力工业的安全生产关系国家能源安全和国民经济命脉，一旦发生紧急事态，GPS信号关闭或调整，将引发我国电网系统的重大安全事故。目前，我国电网每年都有因GPS卫星授时不准而发生的事故，给国家带来了巨大的经济损失。基于我国北斗导航系统研制成功并投入使用的“北斗电力全网时间同步管理系统”，结束了我国电力运行时间完全倚赖美国GPS全球定位系统的历史，解决了电力系统时间同步应用中的三个难题：可靠的时钟源，全网时间同步管理，远程集中实时监测维护。有效保障了我国电力安全和国家安全。这套系统的单向授时精度100纳秒，双向授时达到20纳秒，指标均优于国外同类系统。目前，华东电网公司所辖的富春江水电站、新安江水电站、南京东善桥变电站、上海南汇变电站已经安装了北斗授时监控装置，挂网运行一年多时间，运行稳定、安全可靠。3、灾害救援显身手“北斗”卫星导航定位系统在近年来多次成功运用于灾害监测与救援行动。如在2008年的汶川地震救灾中发挥了突出作用。汶川大地震发生后，国家有关部门迅速将“北斗一号”终端机配备给一线救援部队。该终端不但可接收北斗卫星的导航信号，还可以用短报文的形式与指挥中心取得联系。指挥人员在监控中心可随时通过监控屏幕关注每个救援小组的位置信息，必要时也可以短报文形式发出监控指令。救援队伍在赶往灾区的过程中，通过卫星定位可得知自己所处的位置，并判断离救援目的地的距离，选择最佳路线，保证以最快的速度到达灾区开展救援工作。在行进过程中，如果发现沿途道路塌方堵塞，可以迅速进行定位，把位置信息及时通知后续部队，让其绕行，并报告指挥部，使指挥部能在第一时间内派出工程部队对损毁道路进行抢修。到达灾区获得位置信息后，及时通知指挥部、后援部队、其他合作部门，让他们明确目的地的精确位置。此外，通过对大量相关地物的定位普查并进行统计分析，也可以为开展救灾与灾后重建的指挥、调度、管理、统筹和各项决策提供依据，有利于对灾情信息快速上报和共享。在灾后重建的交通、农业、卫生、房屋重建、灾害预防等各方面的野外工作中，利用“北斗”、GPS的定位功能进行数据采集、计算（如长度、面积计算）和统计，可应用于整体或局部区域的决策、施工、综合治理。4、水文数据自动报自2002年底将北斗卫星通信系统在偏远水文站点投入应用以来，因具有体积小、没有雨衰、通信速率高等特点，其性能全面优于通信卫星、海事卫星等通信方式，我国水利、水电领域引入到水文自动测报系统中，使用效果十分理想，基本解决了我国众多高山峡谷、荒漠边陲及国际河流水文信息的采集与传输的需要。该系统目前广泛地应用于国家防汛指挥系统工程124个水情分中心项目以及各流域200余个水电站水情自动测报系统中，全国已完成建设的系统中共使用有超过3000台套北斗卫星终端设备，长江委水文推广应用了近500套。广西西江中下游洪水预警报系统、四川紫坪铺等水电站、广东三防指挥系统、新疆塔河及国际河流水文自动测报系统等均有北斗系统的应用。基于北斗卫星的水情自动测报系统基于北斗卫星的水情自动测报系统能够实现.水文数据自动采集与传输，主动数据查询，远端测站遥控/状态查询等功能。通过特定设置，数据控制中心站可以发出相关指令，关闭或激活远端测站的某些功能，例如激活或关闭水位测量等；数据控制中心也可发出指令，要求远端测站将当前本地工作状态信息回传，以达到监控目的。5、农田监测保墒情我国多数地区，尤其是西北地区普遍存在干旱缺水、耕作技术落后的现象。农业是新疆生产建设兵团的主要产业，水资源尤为宝贵。实施精准灌溉、精准施肥等六项精准农业技术，对数据采集和卫星定位技术有迫切的需求。土壤墒情是分析判断旱情最直接的指标，因此，土壤墒情信息采集系统成为旱情信息采集系统的关键组成部分。墒情信息采集点和旱情信息站作为旱情信息采集的基本单位，是信息采集系统的基础。2004年，北斗系统被用于新疆生产建设兵团农田墒情数据采集。综合利用远程数据采集技术、北斗定位通信技术、GIS地理信息技术和卫星遥感技术，实现了土壤含水量、温湿度和地理位置的实时监测、旱情综合分析、土地面积和距离丈量，为土壤墒情及地理位置等多维动态信息的实时采集及综合应用提供全面和先进的解决方案。并且与滴灌系统相结合，用于对农田进行节水灌溉指导，示范区总面积1066亩，布设终端20余台。北斗墒情监测系统土壤墒情信息采集系统将北斗系统应用于民用数据采集领域，使得对地面网络无法覆盖的地区进行定位和数据采集成为现实。而且作为具有我国自主知识产权的卫星，具有安全可靠、所采集的数据不出境等优点。天、地网络相结合的数字通信方案，既满足了兵团的特殊要求，又降低了使用成本。北斗技术的应用，极大地提高了信息采集和信息处理的准确性和直观性，为兵团精准农业提供了一个很好的范例，为全面推广应用提供了技术和经济可行性依据。6、海洋渔业应用我国是渔业大国，海洋渔业水域面积300多万平方公里，渔船28万多艘，渔民1000多万人。海洋渔业领域涉及渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护、海上主权维护和国防安全，目前已成为北斗应用规模最大的行业。以北斗系统为基础构建的北斗卫星海洋渔业综合信息服务网络，实现多网合一的渔船船位集中监控平台，向渔业管理部门提供船位监控、紧急救援、政策发布、渔船出入港管理等服务；向海上渔船提供导航定位、遇险求救、航海通告、增值信息(如天气、海浪、渔市行情)等服务；提供船与船、船与岸间的短消息互通服务等。目前，北斗卫星海洋渔业综合信息服务的海上用户量已达1.4万；已开通北斗终端与手机短消息互通服务手机用户已超过4万个，短信量月高峰可达40万条。自2007年以来，通过北斗系统发送的海上渔船紧急报警500多起，渔船越界报警数百次。北斗系统在东沙群岛渔船搁浅事件，2008年“米娜”、“海贝思”台风事件，2009年多次台风和强热带风暴（“天鹅”、“莫拉克”、“巨爵”、“芭玛”）袭击事件，以及多次渔船被外国抓扣救援事件中，均发挥了明显的安全保障、遇险救助指挥的重要作用，也极大地提高了渔业管理部门的渔船安全生产保障水平，提高了渔民收入，减少了外事争端，维护了我国海洋权益。7、自动测报气象站应用我国气象灾害损失呈逐年上升趋势，迫切需要加强预警预测能力建设，其中自动气象监测站作为基础设施，是气象信息的重要来源。由于监测站分布广、地域偏僻、适时性强、对运行成本要求严格。经过多年气象数字报文传输的应用实验，研制了一系列气象测报型北斗终端设备，并设计出实用可行的系统应用解决方案，解决了国家气象局和各地市气象中心的气象站数字报文自动传输汇集、气象站地图分布可视化显示功能。同时北斗设备也被逐步用于我国人工影响天气飞机作业领域，取得了明显的效果。目前，在气象领域的应用已经达到了几百台。8、煤矿安全生产监测系统将北斗卫星定位通信技术与井下监测技术相结合，实现对井下瓦斯浓度、风机转停等关键参数的实时监测，数据流从矿井口的监测站（PC机+北斗用户机）通过北斗卫星系统数据链路传送到北斗卫星运营服务平台，经平台转发，通过有线或无线网络传到各级监测中心，实现对矿井瓦斯、风压和设备工作状态等数据的远程监测，为我国的煤矿安全生产又提供了一种有效的监测监控手段。9、中国电信CDMA北斗授时应用为使中国电信CDMA网络摆脱对国外卫星导航系统授时的过度依赖，多家单位研制了北斗/GPS双模站间时间同步设备和嵌入式北斗/GPS双模授时模块。自2006年起，中国电信在东南沿海七省开展了CDMA网络北斗授时试验，已在近200套不同型号基站设备上成功试用，在网设备最长运行时间超过四年，同步精度优于100ns。本试验通过了电信权威部门测试、实验室测试和现网测试，为中国电信大规模推广应用奠定了坚实的技术基础。中国移动运营的第三代移动通信TD-SCDMA，是我国具有自主知识产权的3G移动通信网络，对时间同步提出了较高要求。为有效解决依赖单一卫星导航系统授时的安全隐患，确保通信安全，中国移动组织开展了北斗/GPS双模授时研究工作，在突破光纤拉远、抗干扰螺旋天线等一系列关键技术基础上，成功研发了一体化卫星授时系统，时间同步精度优于100ns，抗干扰能力提高约20dB。自2009年底，该系统在江苏南京20个站点进行规模组网测试。目前所有站点运行正常，性能良好。10、海洋环境监测中的应用为了保障我国海洋环境监测数据的安全、稳定、可靠通信，依托大浮标监测平台，国家海洋中心开展了适用于海洋环境监测的北斗卫星通信技术研究，研制了北斗通信通用控制和接口模块，实现了基于北斗系统的数据长报文压缩、加密、传输等数据传输通信控制技术，为北斗系统在海洋监测领域的应用和业务化打下基础。11、森林防火应用森林火灾是严重自然灾害，森林防火工作的信息化建设已成为必然趋势。北斗系统可实现全国范围的无缝覆盖，具有定位、授时、短报文等功能，为森林防火、扑火的指挥调度提供了新的技术，有效解决了火场定位、侦察、引导扑救、后勤保障、损失评估等问题。2001年开始研究北斗在森林防火中的技术应用，2002年完成应用试验，2003年开始用于森林防火实战。目前全国各地森林防火系统已经配备200多台套，森林武