行云工程在八大重点行业的典型应用

文 ∣ 杜利 史俊松

航天行云科技有限公司

一、背景

物联网被誉为继计算机、互联网之后的世界信息产业发展的第三次浪潮。据Gartner预测：到2020年全球联网设备数量将达260亿台，物联网市场规模将达1.9万亿美元。

2015年被称为中国物联网元年。据《2018年物联网白皮书》：我国物联网产业每年以超30%速度增长，预计到2020年我国物联网产业规模将超1.2万亿元。在社会迈入“数字化、网络化、智能化、云化”的大趋势下，5G、WLAN、LoRa、WIFI等物联网通信基础设施加速布建，成千上万的终端设备源源不断接入物联网并产生海量大数据，物联网将迎来跨界融合、集成创新、规模化发展的新阶段，成为推动工业化、信息化、社会化的重要力量。

然而，当前地面通信信号覆盖率严重不足，仅有约5%的海洋面积、约20%的陆地面积得到覆盖，世界上尚有约30亿人不能接入现代通信网络，这严重制约了物联网的广域、深度、泛在性的普及应用。相较于地面通信系统，天基物联网具有信号全球覆盖、通信距离远、传输实时性高、信息安全性高等显著优势，已经成为全球物联网发展的有力通信补充和支撑。

二、行云工程概述

1.行云工程介绍

行云工程旨在构建由80颗覆盖全球的常态化运行的低轨通信卫星星座系统；卫星之间激光链路链接组网，通信距离远、传输容量大、传输实时性好；自主独立星座，系统性能稳定、数据安全保密；通信模组（芯片）微型化嵌入，体积小、功耗低、性价比高，具有DCS数据实时传输服务、传感器数据实时传输服务、双向短报文通信、图片传输等四大功能，将太空中和地球上各种信息节点和传感器等智能终端进行有效连接，形成人-人、人-物、物-物的万物互联的天地一体化的通信生态系统。

中国航天三江集团旗下航天行云科技有限公司分三个阶段完成行云工程实施，构建我国天基物联网。首先发射行云二号01、02号试验星，开展试运营及应用示范；2021年前发射12颗卫星并完成小星座构建，开展卫星运营和市场拓展；2023年前完成80颗卫星发射并全球组网，广泛进行国外市场的市场应用推广。

2.行云工程的意义

（1）有利于促进产业转型升级、供给侧结构改革和经济社会的信息化、智能化、网络化发展

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，行云工程是成熟的航天卫星通信技术与新兴物联网信息技术的跨界融合，有利于“一带一路”、“互联网+”、发展商业航天部署的实施，对促进我国航天科学、航天技术、航天应用的创新发展，助力新一轮产业转型升级、供给侧结构改革和经济社会信息化、智能化、网络化发展具有重要的现实意义。

（2）有利于保障全球万物互联并加速推进我国物联网产业的快速发展

移动互联网发展的下一代将是实现万物相通的物联网。行云工程以构建天地一体化的通信服务生态系统，实现天地之间物联网通信主体（终端）之间的真正泛在互联，有效融合地面通信网络，满足灾害监测、应急管理、海洋通信、环境监测、智慧农业、野外旅游、动物保护、集装箱监管等行业的广泛应用需求，为实现人、机、物、环之间的互联互通提供全新的通信服务技术支撑，有力促进我国物联网产业的全面、快速、规模化发展。

（3）有利于保障我国政府、社会及民众的通信自主安全可控

目前地面通信设施只能为陆地人口密集区地区（约为陆地面积10%）提供良好的通信服务，但在海上、空中、沙漠、山区、无人区、野外等地域，尤其是在面对重大自然灾害发生后的抢险救灾、应急指挥，海上的岛屿、船舶及人员通信，以及在局部战场环境等情况下，卫星通信仍是唯一的、可靠的选择和保障支撑。行云工程是我国建设的独立、自主、安全的通信系统，完全满足了我国政府、社会及民众对通信技术自主、安全、可靠的迫切需要。

（4）有利于构建商业航天生态链并催生新技术、新业态、新模式的生长

行云工程涉及空间段、地面段、用户段三个环节，产业链条长、带动能力大。它将有效激发卫星制造业、发射服务业、卫星服务业、地面制造业等四大领域的生成及发展，终端及衍生产品的制造又将带动计算机、电子、传感器、芯片、电子标签、读写设备、APP、大数据等上下游产业联动发展，进而刺激卫星研发配套、终端研发制造及卫星应用、互联网、大数据、云计算、AI、应用服务等新技术、新业态、新模式的产生，形成一个超万亿级全产业链。

3.采用的主要技术

行云工程涉及的主要技术有：数字多波束/多信道接入技术；低轨天基物联网通信协议研制；小型低功耗通信模组技术与产品；L频段双向数据传输、双向短报文通信技术；星间激光链路通信技术；AIS/ADS-B载荷；C频段馈电载荷；北斗导航定位技术；嵌入行云模组的DCS设备或传感器。

三、行云工程在八大重点行业的典型应用

1.集装箱

采用嵌入行云卫星通信模组的冷链集装箱监管数据采集终端，实现冷链集装箱储存或运输过程中位置、运动轨迹、温度、湿度、开关门状态、冷机工作状态信息采集的实时传输及监管，冷机远程开关机控制等（图1），以及集装箱户外货物储运中的位置、运动轨迹等监测数据的双向短报文通信。

图1 冷链集装箱储运信息采集实时传输应用示意图

2.海洋

采用嵌入行云通信模组的海洋气象监测数据采集终端（岛屿气象站、海上浮标、探空气球等），实现海洋岛屿气象站、海上浮标、探空气球等气象监测终端采集数据（风向、风速、温度、湿度、照度、雨量、环流、电离层等）的实时卫星传输；海洋应急气象信息的双向短报文广播。

采用AIS载荷，嵌入行云通信模组的船载卫星通信网关终端实现海洋船员之间、船员及岸基人员之间的卫星通信；海洋船舶位置和轨迹信息的采集与双向短报文传输；海上应急事故的SOS通信保障；海洋灾害及恶劣气象信息的短报文信息广播（图2）。

图2 海洋船舶卫星通信应用示意图

3.能源

采用嵌入行云通信模组的输油管道传感器或DCS；巡查人员手持卫星通信终端等，实现石油管道安全信息监测的传输；巡查人员、巡查车辆监管信息的传输；运输管线上传感器或DCS采集数据的传输；石油管道巡检无人机的远程控制及监管信息传输（图3）。

图3 无人区石油输送管道监管信息的卫星传输应用示意图

采用嵌入行云通信模组的石油设备监管信息的传输，野外石油人员手持卫星通信终端通信；海外石油人员穿戴设备的卫星通信等，实现磕头机、平台设备、设施的远程监测、安全预警、远程控制；石油开采设备状态监测信息传输；采油人员安全信息传输；石油应急事件卫星通信保障（图4）。

图4 野外石油设备及人员安全信息卫星通信传输应用示意图

4.地灾

采用嵌入行云通信模组的地震烈度速报仪、静力水准仪及其他地灾监测传感器或DCS等，实现滑坡、沉降、泥石流等地灾监测数据传输及地质环境调查数据的采集传输（图5）。

图5 野外地灾监测数据卫星通信传输应用示意图

采用嵌入行云通信模组的RTU终端等，实现滑坡、山洪、泥石流、崩塌、地面塌陷及裂缝等灾害监测预警预报及灾害应急事件广播等（图6）。

图6 滑坡、山洪、泥石流等灾害预警信息广播应用示意图

5.气象

采用ADS-B载荷，嵌入行云通信模组的探空仪终端等，实现将电子探空仪、高空探测设备、电码式、数字式探空仪的位置、气温、湿度、风向、风速、气压、对流层、电离层等气象信息通过卫星及时传输到地面数据中心（图7）。

图7 探空气球采集数据的卫星传输应用示意图

采用嵌入行云通信模组的各种海洋气象数据采集传感器或DCS等，实现全球海洋气象站盐度、湿度、温度、风向、风速、降水、日照、气压、天气监测数据信息通过卫星传送到国内数据中心。

6.应急救援

采用嵌入行云通信模组的灾情信息员手持通信终端或者车载通信终端等，实现救灾人员调度指挥；灾情信息实时采集传输；灾情信息预警预报（图8）。实现救灾人员、车辆调度指挥；救灾物资数字化存储与运输全程监管。

图8 灾情信息采集的卫星传输应用示意图

7、工程机械

采用嵌入行云通信模组的各种农机设备车载传感器或DCS，实现农机运行状态数据的传输；农机作业状态数据的传输；农机售后服务信息的传输；农机远程操控信息指令管理等（图9）。

图9 农机运行状态及位置信息的卫星传输应用示意图

8.飞行器

采用嵌入行云通信模组的各种飞行器监管传感器或DCS等，实现飞行器空中远程遥控；空-空协同调度、指挥；飞行应急事件通信保障服务（图10）。同时，行云通信卫星自带的ADS-B载荷可以实现对空中飞行器（如客机、直升机等）等运行状态的实时侦测，保障飞行器不失联。

图10 飞行器远程遥控、指挥调度信息的卫星实时传输应用示意图