北斗RDSS在公路施工中的应用实践

王同德

摘 要：针对公路施工项目地处偏远、边疆山区，分布区域广，工程分散;纵向管理部门多、散;建设总指挥部与项目管理部门、施工分包部门点位分散、相距较远;项目区域内通信基站少、通信网络覆盖不全，信息沟通不便的问题。结合建设实例，分析其建设效果和未来应用前景。

关键词：北斗RDSS;公路施工;通信

中图分类号：U415 文献标识码：A

0 绪论

为了解决施工现场的实际通信难题，作者通过多种通信方式的比选，得出北斗RDSS短报文是最经济且能解决项目最基本通信需求的结论。对北斗RDSS短报文通信技术阶段的项目管理、指挥调度、应急通信可行性进行了验证。

1 通信方式介绍

目前常规使用的通信方式包括：传统的光纤方式、4G/5G通信、卫星通信、卫星互联网等。在偏远地区无信号地域，常规的地面通信方式都不行的情况下，确定经济、合理的通信方式非常有必要。

1.1 卫星通信

卫星通信是地面既有无线通信基站间之间，基站与用户之间利用卫星作为中继，进行的通信方式。卫星通信系统由卫星系统和地面站两部分组成。卫星通信覆盖面广，通信点位不受限制，通信可靠性高，不易受气象条件、自然灾害的影响，通信方式设置灵活，不同方向或不同区间可使用相同信道。

1.1.1 天通卫星

天通一号通过S频段卫星链路，实现终端之间及终端通过关口站与公网用户间的双向通信，天通手持终端可同时接入天通网络和地面运营商公网，实现多场景无缝切换，可以提供9.6 kbps（手持）、384 kbps（便携、车载、船载）数据连接速率，是可以满足该项目基本的通信需求的。但是，如果大量的配备给现场施工人员及施工项目管理人员，将会产生比较高的网络通信资费。就项目成本控制而言，大量部署不经济，但是在应急通信方面可以部署。

1.1.2 VAST

VSAT（Very Small Aperture Terminal），卫星小数据站（小站）或个人地球站（PES）。不需要地面线路，不受没有地形、距离和地面通信条件等方面的制约。VSAT移动用户通信可快速接入卫星，连接下行速率64 Mbps，上行速率2 Mbps。缺点是：解决了机构之间的卫星通信问题，但是对于散布在施工现场的工程施工工点来说，不能全面覆盖且不能解决实质问题。重点是，通信资费高昂，项目建设方出于成本考虑是不会考虑部署的。因此，该通信方式不可行。

1.1.3 北斗RDSS通信

北斗卫星导航系统是由我国自主建设、独立运行的，能够与GPS、伽利略、格洛纳斯卫星导航实现系统的兼容共用，而且具备提供星基增强、短报文通信和应急搜救等特色化服务的能力。2018年北斗服务范围已覆盖至“一带一路”国家和地区。随着2020年最后一颗北斗卫星发射成功，北斗系统完成全球组网，可提供全球服务能力。

双向短报文通信技术，适用于北斗卫星所覆盖服务区域，通信条件不具备生产项目的指挥调度的信息收集和传输，同时，北斗RDSS短报文采取传输路由双向加密，可全程保障数据安全传输。北斗RDSS短报文在传输过程中无偿提供服务，数据通信免费。因此，公路项目管理中，采用基于北斗RDSS短报文技术进行信息通信传输，是现有信息通信的补充方式，是替代通信手段、有效的途径，是切实可行的。

综上所述，为偏远地区没有信号的选择的常规通信方式和卫星通信方式进行筛选对比得出，无论从实现方式和信息资费上都不能满足此类公路施工项目的通信需求。因此，采用基于北斗RDSS短报文双向通信技术进行项目管理信息传输是一种切实可行的替代通信手段和有效的解决途径。

2 北斗双向短报文通信技术

2.1 北斗短报文双向通信工作原理

北斗的双向短报文是北斗系统的特色之一，具备双向通信功能，地面用户与地面用户之间、地面用户与指控中心之间可实现双通道数字、汉字报文通信，北斗三号组网成功后，部分区域可达到一千汉字。北斗双向短报文和人们平时在手机上使用的短信功能非常相似，每张北斗卡每分钟发送一次，每次可以发布78.5个字节的信息。北斗服务全球覆盖后，在海洋、沙漠和野外这些没有通信和网络的地方，北斗设备终端持有者既可以相互发送“短消息”，同时也可以查看對方的位置。

短报文双向发送时分为发送端和接收端，信息内容包含双方ID及传送信息内容。首先，发送端将接收端ID号和需要传送的通信信息，经过通讯申请信号加密，然后通过卫星转发至接入站点;地面控制中心站点，接收到通讯申请信号，对通信内容脱密处理，脱密后重新加密，送达至出站广播电文，经过电文的持续广播，再经卫星广播给接收端，接收端用户终端接收出站信号，通过对信息解调，后对加密信息解密，出站电文相应完成完整的通信。接收端也是相同通信过程。

2.2 北斗RDSS短报文通信设备

北斗卫星导航系统，显著特点之一能够实现在北斗卫星系统星可覆盖范围内无通信盲区、安全可靠。北斗卫星导航系统的指挥通信方式目前采用统一指挥，用户终端有多种形式，根据需求包括用户型指挥机和用户型手持机及多卡机。

2.2.1 北斗指挥机

北斗指挥机是系统平台中位置信息、北斗RDSS短报文接收，生产指挥信息发送的指挥级设备，它可以满足多种载体的定位通信需求。它将天线模块与功放集成为外置天线单元。主机中包括射频通道单元、信号处理主板，数据通过RS232型串口连接至显示控制终端。用户通过在显示控制终端上安装的人机交互软件，来完成用户机的各项应用。

2.2.2 北斗集群通信多卡机

从公路施工行业使用的数据传输量来看，在数据发送和传输应用方面，目前北斗二代用户信息容量为78.5字节，可向北斗用户开放使用，在实际使用场景过程，采用压缩比特流传输技术来解决带宽过窄问题。随着北斗三号完成全球组网，北斗卫星通信技术具备更加广泛的应用空间。另一方面，在通信周期方面，发送一次报文后需要等待1分钟的时间，才可以继续发下一条。相邻两次通信周期一分钟级，通信实时性不强，实际应用中可以通过北斗卡集群传输技术予以补偿，可以满足现场通信需求。

基于北斗短报文技术，用于实现语音、应急通信和紧急调度，以及位置服务、导航等功能。具有性能加强、功能丰富、高集成度、操作便捷、可扩展等优点，北斗语音多卡机可在车辆、船舶等移动载体使用，同时，根据现场施工实际，扩展为北斗指揮机，具备信息群发和通信监控、导航应用。

随着北斗三号完成全球部署，短报文功能对民用领域的开放和推广应用，服务容量提升10倍，可传输1 000个汉字。

3 实例运用方案

大多公路在建项目地处偏僻，自然条件恶劣。局部施工区域现场安全监管难，特别在野外无人区工程通信条件差、地形地质复杂的条件下，数据共享更是成为困扰工程项目管理的一大难题。项目指挥部难以将多个项目的资料在一个平台下进行统一管理、分析和共享，各项目部各标段之间更是信息不畅通、不对称，集团难以及时了解项目现场情况。在公路施工项目上部署北斗生产指挥调度平台系统，提供微型项目管理办公系统、分级指挥、应急调度、人员车辆定位监控等功能，将工程项目全过程管理中的各方人员、各类施工运输车辆、机械设备、物资、应急资源进行全面整合、协调调配，实现北斗技术与项目管理的有机结合、北斗智能终端的使用解决了地区实际通信难题，也提高了对突发事件的应急通信保障能力。

3.1 基于北斗的室内外人员通信

项目每个节点，可配置硬件设备包括北斗指挥机1台，部分北斗手持终端。北斗卫星手持终端供项目人员使用，该终端设备的使用需要配合经定制的外接屏显内置的APP实现短报文通信和位置上报功能。北斗指挥机对所有下属的北斗设备进行统一管理，实现所有北斗设备的位置监控、报警救援等服务功能。

项目部安装北斗指挥机系统，给工地现场管理人员配发手持北斗终端，可以相互之间进行信息联络，也可以给指挥机定期发布施工日报等日常性文件。解决了项目部和工点之间的信息不通畅或者信息不能及时沟通的问题，提高项目的管理效率和及时性。

3.2 北斗多卡集成通信终端搭建办公环境的通信方案

北斗卫星RDSS短报文通信功能为本项目办公通信提供了手段，采用将64张北斗民用智能卡进行集成为北斗卫星多卡集成通信终端，通过北斗卫星实现高频次通信，通信速率为0.61 kbps，增加了通信带宽。可实现文件、图像、语音信息的存储和传送功能。数据均经过压缩后进行传输，接收端同样为集成了64张北斗智能卡的多卡集成通信终端，接收数据后进行解压。

现场项目部和总部部署北斗卫星多卡集成通信终端，利用北斗卫星RDSS通信功能实现文件传输、图像传输、与手持终端短信互通等。数据均经过压缩加密后进行传输，接收端同样为集成了64张北斗多卡机，接收数据后进行解压解密。

3.3 数据保密

北斗RDSS民用通道为开放性链路，数据在传输过程中不可控，传输时可能被截获、篡改、破坏。对于某些特殊行业用户，本身业务信息敏感度较高，业务数据在传输过程中存在以下风险：

①信息大多敏感，失泄密后容易造成经济损失;

②用户可能被伪冒，发布错误的内部行业信息;

③指挥机被伪冒，发布非法管理指令，导致普通用户不可用。

针对此安全应用需求，可采用订制的北斗数据安全通用密码模块（简称RDM）对数据进行加密传输和安全认证。

北斗数据安全通用密码模块是基于国产处理器内核自主研发的安全控制器芯片，集成了高性能加解密算法核模块，为实现用户业务数据传输中的信息安全，采取信息加密和密钥算法，对通信数据进行加解密，定期更换密钥等特殊密码资源，确保文件加密存储和加密传输。

北斗用户终端使用时，经过身份鉴别后，调用北斗数据安全通用密码模块提供的加密接口对待传输数据进行加密，然后通过北斗链路发送给接收端。接收端接收到密文后，实时调用北斗数据安全通用密码模块，对文件进行解密，并通过密钥认证恢复出明文。

4 总结

我国北斗产业正迈向大踏步前进发展阶段，2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。根据交通运输部提出的“全覆盖、全替代、保安全”行业要求及“智慧交通”应用新需求，通过“北斗+”和“+北斗”，以及北斗新时空服务，推动北斗时空服务体系及其所形成的系统集成、资源集聚、融合集群的智能信息产业，为创新和创业创造便利条件和服务。

参考文献：

[1]北斗卫星导航系统官方网站，www.beidou.gov.cn.

[2]谢芝东，赵二保，温全，等.北斗RDSS短报文通信技术在电力系统的应用[J].农村电气化，2017（03）：5-7.