基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)

北京衛(wèi)星導航中心　張　婷　魏　來

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基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)

北京衛(wèi)星導航中心張婷魏來

畜牧業(yè)的信息化建設(shè)突飛猛進，利用遙感、地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)控制畜牧業(yè)系統(tǒng)的運行。文章著重介紹了一種基于GNSS技術(shù)研發(fā)的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能和其在草原防火和草原病蟲害防治方面的應(yīng)用。

GNSS；牧區(qū)作業(yè)；監(jiān)控

1.引言

“美麗的草原我的家，風吹綠草遍地花”，我國擁有60億草原，約占國土面積的40%，其中50億畝在西部，由于長時間過度放牧、自然和人為災(zāi)害的影響，導致草原的生態(tài)壞境受到嚴重的威脅，嚴峻的草地生態(tài)環(huán)境形勢，引起了各界人士對維護草地生態(tài)環(huán)境和建立可持續(xù)發(fā)展的草原畜牧業(yè)生產(chǎn)體系的關(guān)注。利用GNSS技術(shù)調(diào)查、監(jiān)測和預(yù)報不同利用狀態(tài)下草原草場的時空規(guī)律和形態(tài)，為評估退化草地的恢復和改良提供依據(jù)和實踐措施是十分必要和有效的。針對牧區(qū)高科技作業(yè)安全所設(shè)計的飛行保障系統(tǒng)，我們研制了基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)。

2.基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)

基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)具有對飛機的實時監(jiān)控及飛行航線偏航報警兩大基本功能。系統(tǒng)以GPS+GLONASS+北斗（COMPASS）的多系統(tǒng)衛(wèi)星組合定位和北斗信息傳輸平臺為基礎(chǔ)，不僅實現(xiàn)了本機的精確定位，還可以將自身的位置通過北斗平臺發(fā)往指揮機構(gòu)。

2.1COMPASS平臺

COMPASSⅡ是在CPMPASSⅠ的基礎(chǔ)上，我國自主研發(fā)和建立的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，不僅具有三維定位、三維測速和定時能力，而且具有一定的通信能力。系統(tǒng)由衛(wèi)星星座（地面同步衛(wèi)星、高軌道衛(wèi)星和中軌道導航定位衛(wèi)星組成）、地面監(jiān)控和用戶設(shè)備組成。在建成全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)后，將由5顆GEO、3顆IGSO和27顆MEO組成。該平臺最大的特點是可以同時提供定位與數(shù)據(jù)通信功能，這優(yōu)越于其它以往的任何設(shè)備，僅僅提供定位功能或者僅僅提供通信功能，非常適合用做監(jiān)控調(diào)度及指揮應(yīng)用。COMPASSⅡ平臺同時具有“遠距離、全天候、無盲區(qū)”的特點，可以為飛行指揮機構(gòu)提供及時、高效、準確的飛行數(shù)據(jù)，以便對飛機的飛行情況進行實時監(jiān)控。

2.2系統(tǒng)的組成

基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)由地面和空中部分組成。其中地面部分主要包括“北斗指揮通信系統(tǒng)”（總部的北斗中心指揮機，分別的北斗指揮機）、“監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng)”（監(jiān)控平臺）兩部分，遠程計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機控制視頻控制系統(tǒng)（紅外一體機、球形云臺、視頻會議終端和DVD播放機）。空中部分主要包括“GNSS機載終端設(shè)備”和“UniPilot飛行安全系統(tǒng)”兩部分。工作流程是：牧區(qū)作業(yè)的飛機（安裝有機載終端GNSS和飛行安全系統(tǒng)UniPilot），實時接收天空中的北斗衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星信號，并發(fā)送請求經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后傳送給總部的北斗中心指揮機，通過監(jiān)控平臺、數(shù)據(jù)服務(wù)器和通信服務(wù)器，將信號處理后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給分部的北斗指揮機，將信息通過上行鏈路經(jīng)GPS衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給牧區(qū)作業(yè)的飛機，機載終端和飛行安全系統(tǒng)處理后指揮飛機正常運行。

2.3系統(tǒng)的主要功能

（1）地面部分子系統(tǒng)

地面部分由北斗指揮通信系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)度兩大部分組成。北斗通信系統(tǒng)包括北斗中心指揮機及天線等；監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)包括通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控調(diào)度平臺軟件和監(jiān)控終端（多屏視頻系統(tǒng)）等。它可以實時在衛(wèi)星遙感地圖上顯示飛機的位置及狀態(tài)；同時記錄飛機的飛行數(shù)據(jù)。

（2）監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng)

系統(tǒng)日志：按照時間和事件將系統(tǒng)運行的每一步操作分類，并記錄下來；

系統(tǒng)備份：進行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的備份和恢復；

用戶管理：對用戶檔案的添加、修改和刪除進行管理；

監(jiān)控服務(wù)：實時監(jiān)控各直升機的飛行狀態(tài)；

矢量地圖服務(wù)：提供矢量地圖的顯示和操作；

遙感圖服務(wù)：提供遙感地物的顯示和操作；

數(shù)字高層模型圖服務(wù)：提供模型圖的顯示和操作；

信息接收處理服務(wù)：將接收到的采集數(shù)據(jù)進行解密、解碼后，按照統(tǒng)一的格式重新打包以進行入庫和實時分發(fā)；

GIS引擎：提供將數(shù)據(jù)庫中的海量GIS數(shù)據(jù)進行檢索和提取的功能模塊；

數(shù)據(jù)庫連接引擎：管理數(shù)據(jù)庫連接池，以保證系統(tǒng)的整體運行效率。

（3）監(jiān)控平臺系統(tǒng)

基于GNSS的飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺，采用多屏視頻系統(tǒng)，它是一套性能強大的高端圖像處理系統(tǒng)，能夠在不同的屏幕上顯示各自不同的畫面，又可共同組合成一幅大畫面，既可以在多個顯示終端上同時顯示多個動態(tài)畫面，用于同時顯示不同的場景，也可以將多個顯示終端組合成為一個大的終端來顯示超大、超寬畫面。

3.應(yīng)用

GNSS飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)利用機載終端可以對牧區(qū)發(fā)生火災(zāi)的操場進行快速地點精確定位（在草原中單點定位可以達到5-6米的精度），在第一時間把精確的坐標發(fā)布給給各個撲救機構(gòu)，由救災(zāi)指揮中心根據(jù)傳送回來的火災(zāi)數(shù)據(jù)，在指揮系統(tǒng)中進行精確定位，同時確定下來操場周邊的各種水源點的坐標，在最短的時間內(nèi)確定火場周邊最佳取水點，迅速鎖定撲救目標，而且制定撲救方案和現(xiàn)場應(yīng)急指揮最有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次，在機載終端輸入大概的火災(zāi)邊緣點，劃定火災(zāi)范圍，并根據(jù)實時的溫度、濕度、風力風向等天氣情況，以及附近人員、房屋、牧場、水資等基本狀況，制定 人員疏散、物資搶救、撲火切入點等方案。最大程度地挽回火災(zāi)損失，提高救火效率并減少撲救過程中的人員傷亡。GNSS飛機牧區(qū)作業(yè)導航監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)用于草原滅蝗，GNSS技術(shù)可以準確

定位蝗蟲發(fā)生的地理位置和面積，并與蟲災(zāi)資料連接起來，從而便于在地理信息系統(tǒng)中分析處理，同時還可以用來作為飛施防病蟲害時的導航儀。如今，飛機按照機載終端確定的經(jīng)緯度作業(yè)，滅蝗藥物噴灑均勻，可以實現(xiàn)大面積連片噴灑，既簡便又準確。

［1］譚述森.衛(wèi)星導航定位工程［M］.國防工業(yè)出版社，2010（7）.

［2］陳振國，楊鴻文，郭文彬.衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京郵電大學出版社，2003（8）.

［3］竇長江.淺析衛(wèi)星導航透明轉(zhuǎn)發(fā)器的空間安全防護和發(fā)展戰(zhàn)略［J］.空間電子技術(shù)，2003（2）:14-17.

［4］竇長江，白英廣.導航衛(wèi)星有效載荷自適應(yīng)濾波研究［J］.空間電子技術(shù)，2007（1）:19-23.