基于卫星的物联网技术在野外勘探方面的应用

陈益潇 姜浩 赵一燃 关一江 候学凯 胡佳 牛志攀

【摘要】在野外勘探途中，由于有地震、沙尘暴等未知的自然灾害，以及人为未及时回收设备等缘故造成了勘探设备极易损坏的问题，直接导致了设备资源浪费和数据损失，而在地面通信网络无法覆盖的勘探地区，运用基于卫星的物联网技术进行勘探设备的找寻与勘探数据传输是大势所趋。本文重点阐述和分析基于卫星的物联网技术应用于野外勘探邻域的优势、现状并做出总结，以及为今后的基于物联网的野外勘探及其应用提供可行性建议。

【关键词】基于卫星的物联网技术;野外勘探;优势

1. 基于卫星的物联网技术的基本内涵和在野外勘探领域中的优势

物联网（IoT，Internet of things），是基于互联网的延伸和扩展，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，也即“万物相连的互联网”。物联网实现了在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。例如葛文杰，赵春江等学者将新一代信息技术在农业领域加以高度集成和综合运用提出“农业物联网”的概念，王建强等学者将物联网技术运用于智能交通系统中提出“车联网”的概念，而在生活中“小爱同学”等成熟的物联网产品也给我们带来极大的便利。但我们必须承认的是，现有的物联网技术仍存在很大的局限性。

现如今的物联网中所谓的“网”仍为传统意义上的3G抑或4G等网络，然而在野外勘探等领域，勘探设备往往处于极其偏僻与恶劣的环境中，无法实现网络覆盖，故无法在勘探设备上加装当今的物联网设施，而基于卫星的物联网数据传输则很好解决了上述的问题，下面我们来分析一下基于卫星的物联网数据传输在野外勘探中的一些优点：

首先，基于卫星的物联网技术可以很好的进行勘探设备的定位。由于野外勘探活动通常面临天气危害、地质危害等不可抗自然因素的影响，在勘探过程中勘探设备极易造成掩埋、撞击从而导致位置移动等问题，这将使勘探设备难以找回，而基于卫星的物联网数据传输能通过卫星能明确勘探设备的位点，然后通过物联网将位置信息传输给勘探人员，通过此过程，能够使设备使用人员将设備放心投放于较荒芜的勘探区，能够实现设备的全面大范围投放而不用担心是否存在设备无法找回的情况。而目前我国的北斗卫星精密定轨径向精度优于10cm，已经近似达到了目前GPS所能实现的精密定位水平，可以满足野外勘探定位需求。

其次，基于卫星的物联网技术能实现勘探数据的及时传输，有效保证了勘探信息的时效性与安全性。在野外勘探过程中，天气，环境等多变因素是造成勘探数据丢失的重要原因，从而造成勘探工作的无效性，其次，由于设备通常是定时取回，无法使工作人员第一时间知晓已收集到相关数据，因此使数据的时效性与安全性得不到保证，通过基于卫星的物联网技术，能在检测到目标情况的第一时间将提醒信息反馈到装配终端设置设备的勘探人员，在很大程度上保障了勘探数据与资源。基于此，张开禾，王力权等学者提出了一种采用我国自主卫星移动通信系统作为网络层的物联网系统，实现了无网络覆盖地区的多用户快速率数据传输。

最后，基于卫星的物联网技术打破了勘探设备与勘探人员分离的传统模式，使勘探人员与勘探设备的关系更加紧密。给物体赋予智能，整合“物理设备”实现“智慧互联勘探”。

2. 基于卫星的物联网技术在野外勘探领域中的现状

基于卫星的物联网技术可带来野外勘探领域的技术革新，大大拉近勘探人员与勘探设备的距离，提高了信息传输速率。而因为受制于勘探环境的特殊性，野外勘探领域的物联网技术面临着不同于生活中与传统物联网技术的附加难题。

2.1 基于卫星的物联网技术在野外勘探的应用范围

2.1.1 应用于勘探设备的定位找寻

通过北斗的卫星定位并将位置信息通过物联网进行传输，使勘探人员能将设备及时有效回收，不仅节约成本也能更快的获取勘探信息。

2.1.2 应用于资源的勘探找寻

叶伟林等学者提出了基于物联网的地下水资源勘探技术，王建林等学者提出了基于物联网大数据的石油勘探决策支持系统，都很好地达到了有效勘探、智慧勘探的目的，节省了大量资源。

2.2 基于卫星的物联网传输技术在野外勘探方面的难度

虽然野外勘探运用基于卫星的物联网技术能产生传统勘探模式所达不到的优势，但也存在着一系列不可忽视且亟待解决的问题。问题主要为以下三点：

2.2.1 设备较为昂贵且易损坏

现有勘探设备造价成本就已经十分昂贵，若再加上物联网技术势必价格会进一步上升，与此同时不同于我们的生活环境，勘探环境的恶劣性导致了物联网设备的易损性，这又进一步提高了维修与保养的成本。

2.2.2 数据传输的准确性难以保证

面对纷杂的恶劣环境，如何准确去除干扰因素实现数据的准确传输是当今物联网技术在野外应用的一大难题。若无法去除外界干扰筛选出有效的数据，这不仅无法给勘探人员带来便利，繁复的无效信息反而会引来更多的资源损耗。而钱军学者提出的基于FIFO芯片的数据传输控制系统实验效果良好，或许为解决该问题的方案。

2.2.3 整体续航性较差：

数据传输极其耗费能源，而为了设备的便捷性又不得不牺牲设备的体积，如何平衡设备便捷性与续航最大化，这是未来技术突破的一大难题。而在笔者看来，实现能源的有效利用例如设置设备的休眠模式与实现能源的可再生性，例如利用太阳能风能进行能源的再生利用或许是解决问题的有效方案。

3. 基于卫星的物联网技术的发展策略

未来在野外勘探领域，基于卫星的物联网技术应趋于简洁化、准确化与可移植化，具体如下：

3.1 简洁化

简洁化分为两个方面，一方面为设备的简洁化，需要注明的是，与生活中物联网设备不同的是，勘探设备的大小与尺寸决定了在野外勘探方面基于卫星的物联网设备尺寸。未来在野外勘探方面基于卫星的物联网设备定是趋于小型化与便携化的。另一方面，受制于勘探人员专业背景与素养等方面的限制，基于卫星的物联网设备需要拥有一套配套的友好式交互系统辅助勘探人员实现目的。

3.2 准确化

未来是信息的时代，在野外勘探方面，受不可控因素影响，勘探设备会移动，周围环境也是随时变化，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能够随时实现信息传输，必须保证物品可在任何环境下实现准确有效通信。

3.3 可移植化

必须要明确的是，基于卫星的物联网技术不仅可用于野外勘探领域，经过改良后同样可用于一切无网的环境，故未来在野外勘探领域的基于卫星的物联网技术势必将会打破领域壁垒，走向更多领域，广泛应用于无法提供网络服务的海洋、山区、灾区、航空和偏远地的信息传递等方面。

4. 结论

在实现“万物互联”的蓝图中基于卫星的物联网技术势必是极其重要的一环，技术的主体包括但不仅限于轨道通信公司和国际移动卫星公司在内的老牌企业和一些新生力量，而未来他们都将在该领域拥有极大的发展空间与机会[。而随着技术的发展与突破，物联网勘探设备必会成为未来的主流，在给勘探人员带来便利的同时，该技术也定会拓展应用于其他领域，最大可能的实现信息传输的无界性。

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