卫星技术在交通运输行业的应用

中国交通通信信息中心主任　曹德胜



卫星技术在交通运输行业的应用

中国交通通信信息中心主任曹德胜

一、海事卫星及其应用

1.海事卫星系统概况

（1）海事卫星系统发展过程

与普通移动通信从1G到4G发展路径相类似，海事卫星经历了从模拟到数字、话音到数据、窄带低速数据到宽带高速数据的发展演进过程

（2）第二至第五代星特征对比

（3）第五代星系统特点

•高频段

第五代星使用的是Ka波段，相较于前几代海事卫星使用的C波段和L波段，频率资源更丰富，带宽更大，更能适应高清视频等应用的传输需要。

•高带宽

第五代星带宽可达5GHz，采用多点波束和频率复用技术，上下行传输速率达到5Mbps和50Mbps，使得卫星容量及速率较第四代星提升百倍。

•高稳定性

第五代卫星的Ka波段网络将与现有第四代卫星的L波段网络组成双模混合型网络,结合Ka波段高速率和L波段抗雨衰的特性，为用户提供无缝切换服务。

•高移动性

第五代星的服务群体主要仍是海上船舶、空中飞机、陆地边远地区和通信盲区用户，具有很强的移动性。同时，第五代星还增加了6个移动点波束，可灵活的满足全球突发事件和热点地区通信的需求。

•高性价比

由于第五代星频率高、增益大，使终端实现了小型化，天线最小仅20cm，降低了终端设备的成本。

（4）第五代星的优势

与前四代星的L频段系统相比较:第五代星系统利用Ka频段资源丰富的优势，突破了前四代星系统通信传输速率较低的瓶颈，满足高清视频、大数据等大容量传输需要；终端技术的突破，实现了终端的轻型化，符合海陆空用户对移动性、高带宽的要求。

与国际上其他Ka频段系统相比较:第五代星系统是国际上唯一提供全球覆盖的Ka宽带卫星移动通信系统。其他Ka频段系统只实现部分区域的覆盖，不具备覆盖全球绝大部分陆地、海洋的能力。

是唯一可在全球范围提供由宽带Ka波段向窄带L波段平滑切换的系统:Ka波段由于频率高，容易受恶劣天气的影响，当用户的第五代星终端无法工作时，可以自动切换到第四代星L波段继续使用。

2.海事卫星的应用

海事卫星是目前唯一作为强制性海上遇险安全通信标准纳入国际海上人命安全公约（SOLAS）的移动卫星通信系统，是国际民航组织认可承载国际航空安全服务的唯一卫星通信系统；

承担我国国内、国际海上遇险和陆上安全通信任务；

成为各级交通运输主管部门应急通信保障的重要手段；

是国家应急指挥系统的重要组成部分,是中办、国办、公安部等国家有关部门长期的应急通信保障手段；

为海军、空军、二炮等军事应用及其在突发事件时的军地融合通信和指挥服务。

（1）为履行国际公约建设我国海事卫星地面站

我国自1991年在北京建成了第一代海事卫星地面站以来，先后完成了四代海事卫星地面站的建设；目前，正在开展第五代星建设前期工作。

（2）有力地保障了海上航行安全

通过北京国际海事卫星地面站，可以向全球提供不受时间、地点、气象环境约束并优先保障海上遇险安全的移动卫星通信服务。

目前，我国海事卫星系统已成为我国船舶在海上航行发送遇险报警、获得救助服务信息的重要支撑。2013年，我国海事卫星系统共提供了近600次遇险报警服务，有力地保障我国水上遇险安全和应急救助工作。

海事卫星满足海区（A1、A2、A3）的全球海上遇险安全需求；

提供海上安全信息：航行和气象警报、气象预报和与安全有关的其他紧急信息；

遇险船舶位置标识；

搜救协调通信。

（3）不断增强的海事卫星国际话语权

航运大国，负责任大国：《国际海上人命安全公约》（SO⁃LAS公约）缔约国、国际海事组织第七搜救责任区责任国以及国际海事卫星组织成员国。

逐步增强的海事卫星话语权：第四代星建设中，北京站成为全球四个地面站之一；正在谋划第五代星自有星体资源建设。未来，中国将拥有自己的海事卫星星体资源。

（4）为国家重大事项和重大活动提供应急通信保障

圆满完成天宫一号和神舟十号载人飞行任务所承担的航天员和飞船搜索救援及保障任务，为载人飞行任务的顺利实施作出突出的贡献。持续参与了所有其他神舟系列飞行任务的保障工作。

（5）在马航失联事件发挥作用

2014年3月8日发生的“马航失联事件”，从机载海事卫星设备上获取的七个时间点的握手信息及其多普勒频移数据，成为锁定最终“失联”时间、判断客机“终结”于南印度洋的唯一线索。

在此次事件中，海事卫星发挥了重要作用。交通运输部利用在海事卫星体系内的优势，2014年3月16日开始组成由总参三部、民航局构成的联合专家组，从海事卫星总部获取相关信息，对“失联”客机海事卫星通信记录数据进行了解码、分析、评估和深入研判。通过自行的研判，对海事卫星总部的信息研判也有了进一步的了解。

解码并分析了403条海事卫星机载终端的地空数据链ACARS（飞机通信寻址与报告系统）原始数据及7198条通信信令；获取了飞机起飞后30分钟的高度、总燃油量、速度、温度、位置等重要飞行数据信息；掌握了最后一条ACARS信息于2014年3月8日2时5分发出，是地面运行调度中心发出的紧急请求，要求机组与胡志明市联系；掌握了驾驶舱最后一阶段语音呼叫记录。

通过对信令的分析，确认机载终端与地面网络每小时自动交互信号，基于卫星网络中最后一阶段连续的卫星数据、飞机均匀的飞行速度以及马方军用雷达最后一次探测到飞机的位置信息，推断出飞机可能的南线、北线飞行轨迹；组织了对海事卫星多普勒效应理论分析方法的准确性的分析验证工作；研判结果与马方发布的信息进行吻合对比，对我部的搜救决策提供了有力支持。

经验启示：没有自己的海事卫星星体资源，无法第一时间掌握研判用卫星信息。我国海事卫星系统建设过去从未涉及卫星星体部分，此次“失联”事件分析研判，除了利用通信业务数据，还利用卫星仰角数据、频移数据等，这些是拥有卫星资源控制权才可能掌握的。

二、北斗导航卫星及其应用

1.北斗卫星导航情况

北斗卫星导航系统是我国自主研制、建设、掌控的全球卫星定位与通信系统，是继美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统之后，全世界第三个成熟的卫星导航系统。到目前为止，北斗系统已经发射19颗卫星，形成了覆盖亚太地区的区域组网。2020年实现全球组网。

2.北斗导航卫星在交通运输领域的应用

（1）公路基础设施安全监测系统

运用北斗高精度定位技术实现边坡、桥梁、涵洞的形变监测和感知。

（2）港口高精度实时定位调度控制系统

采用北斗局域增强技术，实现港口集装箱的远程调度管理

（3）船舶示范系统

利用北斗系统全天候导航和短报文通信技术，建立应用于行业监管、信息服务和业务管理的船舶监控系统，在30艘海事和30艘社会营运船舶上安装北斗船载终端，为整个航运产业的信息化建设提供探索平台，为水运导航的发展提供借鉴。

（4）重点运输过程监控管理服务示范系统

中国第二代卫星导航系统重大专项的第一个应用示范工程:“重点运输过程监控管理服务示范系统工程”，通过建设部省两级应用系统及在九个示范省份的营运车辆上安装北斗兼容车载卫星定位终端，进行北斗系统在道路运输领的推广应用。

联网联控系统完成了31个省级监管平台的接入，其中17个为新建，14个为改扩建，共接入1000多家卫星定位运营服务商及企业监控平台。

目前，全国入网车辆总数超过400万辆，两客一危车辆入网70万辆，日均上线车辆100万辆。海量的卫星导航定位数据为应用前景广泛。

（5）基于北斗的中国海上搜救信息系统

“基于北斗的中国海上搜救信息系统示范工程”以提高海上搜救效率为根本目的，利用北斗卫星导航系统作为遇险定位、报警通信、搜救指挥的技术手段，推动北斗卫星导航系统在海上搜救领域的广泛应用，加快北斗产业化、国际化进程。

（6）智能物流综合服务应用

利用北斗定位功能，搭建从装货、运输到卸货的智能物流综合服务应用系统，联接监管平台、运输企业和车厂。

三、高分遥感卫星及其应用

1.高分遥感观测卫星概况

我国高分遥感起步晚、发展快，与部分发达国家相比还有差距。

差距表现在：卫星数量相对较少（2颗）、精度较低（1米，国外较好的均在0.5米）。

（1）国内外主要高分遥感卫星总体情况

（2）我国高分遥感卫星系统情况

2014年8月19日11时15分，“高分二号”卫星成功发射，顺利进入预定轨道，标志中国遥感卫星进入亚米级“高分时代”。

9月29日，国防科工局发布高分二号卫星首批影像图，图像纹理清晰、层次分明、信息丰富。

高分二号卫星研制在诸多方面实现了技术突破，对于推动我国卫星工程水平提升，提高我国高分辨率对地观测数据自给率具有重要意义。

高分二号卫星主要用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部、林业局，同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务。

在土地利用动态监测、矿产资源调查、城市精细化管理、交通路网规划、林业资源调查、防灾减灾、环境保护与监测、农作物估产等众多领域发挥重要作用。

2.高分遥感观测卫星的应用

（1）海岸线监管与保护

利用遥感技术，对海岸线的开发、使用、环境污染情况进行定期监测，可及时发现海洋违法行为，有助于海上执法部门整顿和规范用海秩序，保护海岸经济带，促进滩涂、海域资源的合理开发利用。

（2）主权海域的监视与保护

利用航空摄影测量和高分辨率卫星遥感对地观测技术，对钓鱼岛海域、南海黄岩岛海域等地区进行遥感制图，开展国家海域动态监视监测，加强对远洋海域领土的监测。为维护国家主权、实施海洋开发提供精确的海岛（礁）基础地理信息技术手段。

（3）地质灾害调查与监测

在地质灾害调查与监测工作中，分析地质灾害形成和发育的环境地质背景条件，编制1:5万地质灾害类型、规模、分布遥感解译图，为灾害治理、防治提供灾害空间分布特征信息，目前已在云南东川、湖南资兴等典型滑坡多发区域的地质灾害调查与监测业务中得到应用。

（4）重大自然灾害交通应急监测

如四川汶川地震、雅安地震、甘肃定西地震。针对重大自然灾害，在灾后2小时内迅速启动交通安全应急响应，快速协调获取第一手灾区卫星遥感影像数据，开展灾区交通受损状况调查与分析，辅助灾后救援抢险，及时打通交通生命线。

（5）交通设施沉降监测

利用遥感和北斗技术可对重要交通基础设施，如公路、桥梁、轨道交通开展宏观与微观相结合，面与点相结合，周期与实时相结合的有效安全监测。

（6）农村公路核查

利用高分遥感技术对农村公路进行高分辨率的观测和统计，有效解决了目前难以快速准确获取农村公路规模数据和实际联通现状的难题。

高分遥感的使用不仅为我国经济建设、生态文明建设、民生安全保障和推进国家治理能力现代化起到信息支撑作用，同时对于信息应用企业开展商业化信息增值服务、开拓国际市场、推动空间信息产业发展等方面也具有重要意义。

本文节选自第六期《交通安全讲堂（Transport Safety Fo⁃rum）》作者演讲内容。

链接：《交通安全讲堂（Transport Safety Forum）》由国家水运安全工程技术研究中心、武汉理工大学和中国水运报社主办，交通安全信息应急技术国家工程实验室、国家道路交通管理工程技术研究中心、交通运输部内河智能航运协同创新平台、交通运输部长江航运技术研发中心、长江黄金水道绿色与安全协同创新中心、中国远洋运输（集团）总公司技术中心、长江海事研究中心协办。每月举办一次，邀请国内外在交通安全领域具有较高学术影响和管理水平的学者、管理专家作为演讲专家。