北斗短报文通信在油气区的应用与研究

于垒 苏莹 陈悦 张增恺 杨文波

[摘    要] 北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行、集导航定位、授时、用户监测、短报文通信于一体的导航系统。短报文通信是北斗系统特有的一个功能，其不受地形条件和环境气候等影响，可用于解决偏远地区数据实时通信问题。文章通过对北斗短报文通信技术原理和相关规范的了解，研究北斗短报文通信技术作为通信信息发布的载体、探索北斗短报文在油气区应用方式、组网方法、部署模式，提出一种不受地域和时间限制，解决当前偏远地区、野外作业、管线巡检以及发生灾情后应急通信和应急抢险存在盲点的对策。

[关键词] 北斗卫星导航;北斗短报文;应急通信

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 072

[中图分类号] TP311    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）11- 0168- 02

1      引    言

长庆油田横跨陕甘宁蒙四省，地域分布较广泛，生产一线远离城市，油气区地处沙漠、野外以及山区，移动通信无法完全覆盖，有较多通信盲点，无法实现即时定位发布文字信息等通信手段。油气区发生灾情或移动通信网络中断、电力中断以及移动通信无法覆盖的情况下需要应急通信保障，如何使用北斗短报文进行通信，定位信息和遥感信息等以达到应急抢险的目的是本文探讨的主要问题。

2      北斗短报文

简单来说，北斗短报文其实可以看作是现在人们平时用的“短信息”。短报文可以发布140个字的信息，既能够定位，又能显示发布者的位置。北斗的双向通信功能双向通信就是指用户与用户、用户与中心控制系统间可实现双向简短数字报文通信，GPS是只有单向的，所以说这是北斗的优势。另外，在海洋、沙漠和野外这些没有通信和网络的地方，安装了北斗系统终端的用户，可以定位自己的位置，并能够向外界发布文字信息。

2.1   北斗短报文通信功能的产生

对于北斗短报文功能的由来，主要是因为北斗一代的两颗静止轨道的卫星，可以与国际通信卫星一样完成通信任务，于是既能定位又能通信变成了特点。但是北斗的主要任务是定位导航，通信的信道资源就很少，它无法完成实时的话音通信，只能完成数据量较少的短信功能。

2.2   北斗短报文通信原理

（1）短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站。

（2）地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户。

（3）接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。与定位功能相似，短报文通讯的传输时延约0.5秒，通讯的最高频度也是1秒1次。

3      北斗短报文在油气区的应用探索

3.1   研究路线

第一步，探索油田应用北斗短报文通信技术的应用场景，分析油气区生产环境及展开北斗短报文通信应用研究的条件;第二步，通过对北斗短报文通信技术原理和相关规范的了解，研究北斗短报文通信技术作为通信信息发布的载体，探索北斗短报文在油气区应用方式、组网方法、部署模式;第三步，基于合规安全、稳定高效、扩展良好以及业务应用便捷等方面，进行北斗应急指挥平台及北斗指挥机在油田的部署方式研究。第四步，搭建北斗应急指挥平台;第五步，探索北斗短报文与通信处短信平台对接实现与运营商网络互通;第六步，北斗终端设备在油气区重点场站的部署、管理方式。

4      北斗应急指挥系统

4.1   设计原则

（1）统筹规划原则。统筹规划北斗位置接入、分发、查询等功能，统筹规划北斗的接入及管理，统筹规划北斗指挥专网的数据通信及全网络同步授时等工作。

（2）符合国家建设标准原则。系统平台、有/无源终端等建设必须符合交通部、公安部的有关建设标准。

（3）满足前瞻性和可扩展性。系统建设需要兼顾现有业务需求，并具有一定的前瞻性和可扩展性，充分考虑到未来的发展变化，保证建设的系统具有很好的弹性，能够满足不同层面再开发和接入的要求。

4.2   系统配置

（1）北斗指揮机。斗指挥型用户机（简称北斗指挥机）是整个系统的核心和整体支撑，支持北斗二号RDSS的S、L频点和RNSS的B1/L1频点，实现双向定位、短报文通信，并可以监视下属基本型用户的定位和通信信息，利用通播功能实现对下属用户的指挥控制等。

（2）单兵北斗一体化终端。单兵北斗一体化终端是一款集北斗RDSS、北斗RNSS、GPS、GIS、GPRS、安卓操作平台和4G全网于一体的手持式智能移动终端，具备北斗卫星导航系统和全球卫星定位系统的单系统及双系统的组合定位功能;具有北斗短报文的收发功能并能够实现应急通信保障;支持北斗导航、北斗授时、北斗语音消息、移动语音通讯和数据通信、电子罗盘定向等功能。

（3）北斗一体机。北斗一体机是针对远程固定地点数据采集、信息发送的自动传输领域设计的一款北斗用户机产品，预留标准RS232/485串行数据接口，可兼容多种数据采集设备

（4）北斗蓝牙终端。北斗蓝牙终端北斗RDSS功能，内置天线及蓝牙的终端设备。终端可以通过蓝牙与手机、PAD、电脑等设备连接，配合外设APP软件实现北斗通信、定位的功能。同时终端内置紧急救援的功能，通过一键SOS，基于北斗实现紧急定位报警的功能。

（5）北斗指挥平台。北斗应急指挥平台基于云架构，在长庆油田通信处企业云端部署业务服务器。系统具备分布式部署机制和负载均衡能力，具有优秀的可伸缩和容错能力，便于系统规模扩大和功能扩展。

搭载在由指挥中心以及各种北斗导航定位终端组成卫星导航定位指挥体系基础之上。配置长庆油田短信网关互联，使得系统即可以在应急时使用北斗卫星通信功能，平时可以接收手机通过公共网络信息，系统可以实现接收到的应急信息，根据不同等级把信息通过公共网络各级指挥和管理者。系统集成了GIS地理信息系统、北斗导航定位系统、指挥通信等系列接口，建立基于北斗卫星的指挥网络关系，使应急指挥的方便性、可靠性得到提升。

技术体系分为四层：应用层、服务层（数据库）、接入层和接入终端层。系统主要采用文本语音压缩等通信技术、卫星通信技术、网络通信技术、多线程通信技术、数据库管理技术及动态缓存技术等关键技术。

4.3   系统功能

基于北斗导航的北斗应急指挥系统以北斗卫星作为通信中继，形成星型拓扑结构，卫星导航定位系统的互联互通。系统重点体现北斗卫星通信、北斗卫星导航定位的应用;针对实际应用需要，基于空间地理信息平台，运用先进的北斗导航技术，集成了图形标绘、灾情展示、定位导航、移动监控、文电传输等功能的一体化指挥系统平台。采用开放平台架构;系统部署在1～2台电脑中，在网络流量控制上尽量降低网络资源占用;终端用户界面应通俗易懂，可操作性强，简洁、直观、有利于简化操作，并提高工作效率，具有相应的容错机制;具备安全检查功能，保证数据的完整性和保密性，设备连接的完好性。

（1）全天候全地域通信。在北斗卫星覆盖区域内可以全天候使用北斗移动终端进行导航、收发位置信息、文本消息，在配置多张北斗卡时可进行语音消息和图片传输。

（2）北斗移动终端间收发位置信息、文本消息，在配置多张北斗卡时可进行语音消息和图片传输。

（3）北斗移动终端向各级指挥中心可以单次或连续上报位置信息，收发文本消息，在配置多张北斗卡时可进行语音对讲和图片传输。

（4）各级指挥中心可以管理相应权限的北斗移动终端，查看移动终端位置，群发广播通知。

（5）北斗移动终端可以与普通手机进行短信互通、语音对讲和图片传输。

（6）北斗移动终端可以实现即时通讯功能。

（7）在PC端、智能手机和PAD上安装软件可以与北斗移动终端间进行短信互通、语音对讲和图片传输。

（8）查询统计。空间查询：选择业务对象类型，在地图上绘制图形区域（画圆、框、扇形、任意多边形、缓冲区）进行查询/统计;属性查询：设置任何属性条件组合，以某一地图对象为范围进行查询/统计，支持点和线对象的缓冲区查询/统计。

（9）系统接口。系统具备与中心式北斗指挥机、普通式北斗指挥机、车载式北斗用户机相互通信的接口，同时系统具备调用外部系统提供的WebService接口的功能。

内部接口：系统内部各模块之间的接口，如图形标绘模块与移动监控模块的接口等。

用户接口：按标准的Windows应用软件用户界面的规范来设计，提供图形化的用户界面，便于用户使用。

硬件接口：可通过RS-232串口或网络接口与北斗用户机相连。支持北斗中心式指挥机、北斗普通指挥机、北斗车载用户机等类型。

软件接口：可与车载式指挥软件相连，实现指挥通信车的导航定位、通信和授时，以及友邻位置信息监控等功能。

5      总结与展望

本文通过对北斗短报文技术原理的剖析，对长庆油田生产环境的现状分析，提出了北斗短报文通信技术作为通信信息发布的载体，实现不受地域和时间限制，解决当前偏远地区、野外作业、管线巡检以及发生灾情后应急通信和應急抢险存在盲点的对策。

北斗短报文的作用在非常的显著和重要。比如在普通移动通讯信号不能覆盖的情况下（地质灾害过后通讯基站遭到破坏或者野外无人区等没有移动信号覆盖的地区），装有北斗短报文模块的北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯。具有北斗短报文模块的终端设备，还可以在远程语音指挥调度、管线巡检、单兵对讲、抗险救灾、保密通信、野外作业、野外探险等中使用，可以也可应用于有线和无线保密呼叫。作为油田应急通信，具有广阔的应用前景。

主要参考文献

[1]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报，2010，39（1）：1-6.

[2]谷军霞，王春芳，宋之光.北斗短报文通信信道性能测试与统计分析[J].气象科技，2015，43（3）：458-463.

[3]于龙洋，王鑫，李署坚，等.基于北斗短报文的定位数据压缩和可靠传输[J].电子技术应用，2012，38（11）：108-111.