北斗RDSS在公路施工中的應用實踐

王同德

摘 要：針對公路施工項目地處偏遠、邊疆山區，分布區域廣，工程分散;縱向管理部門多、散;建設總指揮部與項目管理部門、施工分包部門點位分散、相距較遠;項目區域內通信基站少、通信網絡覆蓋不全，信息溝通不便的問題。結合建設實例，分析其建設效果和未來應用前景。

關鍵詞：北斗RDSS;公路施工;通信

中圖分類號：U415 文獻標識碼：A

0 緒論

為了解決施工現場的實際通信難題，作者通過多種通信方式的比選，得出北斗RDSS短報文是最經濟且能解決項目最基本通信需求的結論。對北斗RDSS短報文通信技術階段的項目管理、指揮調度、應急通信可行性進行了驗證。

1 通信方式介紹

目前常規使用的通信方式包括：傳統的光纖方式、4G/5G通信、衛星通信、衛星互聯網等。在偏遠地區無信號地域，常規的地面通信方式都不行的情況下，確定經濟、合理的通信方式非常有必要。

1.1 衛星通信

衛星通信是地面既有無線通信基站間之間，基站與用戶之間利用衛星作為中繼，進行的通信方式。衛星通信系統由衛星系統和地面站兩部分組成。衛星通信覆蓋面廣，通信點位不受限制，通信可靠性高，不易受氣象條件、自然災害的影響，通信方式設置靈活，不同方向或不同區間可使用相同信道。

1.1.1 天通衛星

天通一號通過S頻段衛星鏈路，實現終端之間及終端通過關口站與公網用戶間的雙向通信，天通手持終端可同時接入天通網絡和地面運營商公網，實現多場景無縫切換，可以提供9.6 kbps（手持）、384 kbps（便攜、車載、船載）數據連接速率，是可以滿足該項目基本的通信需求的。但是，如果大量的配備給現場施工人員及施工項目管理人員，將會產生比較高的網絡通信資費。就項目成本控制而言，大量部署不經濟，但是在應急通信方面可以部署。

1.1.2 VAST

VSAT（Very Small Aperture Terminal），衛星小數據站（小站）或個人地球站（PES）。不需要地面線路，不受沒有地形、距離和地面通信條件等方面的制約。VSAT移動用戶通信可快速接入衛星，連接下行速率64 Mbps，上行速率2 Mbps。缺點是：解決了機構之間的衛星通信問題，但是對于散布在施工現場的工程施工工點來說，不能全面覆蓋且不能解決實質問題。重點是，通信資費高昂，項目建設方出于成本考慮是不會考慮部署的。因此，該通信方式不可行。

1.1.3 北斗RDSS通信

北斗衛星導航系統是由我國自主建設、獨立運行的，能夠與GPS、伽利略、格洛納斯衛星導航實現系統的兼容共用，而且具備提供星基增強、短報文通信和應急搜救等特色化服務的能力。2018年北斗服務范圍已覆蓋至“一帶一路”國家和地區。隨著2020年最后一顆北斗衛星發射成功，北斗系統完成全球組網，可提供全球服務能力。

雙向短報文通信技術，適用于北斗衛星所覆蓋服務區域，通信條件不具備生產項目的指揮調度的信息收集和傳輸，同時，北斗RDSS短報文采取傳輸路由雙向加密，可全程保障數據安全傳輸。北斗RDSS短報文在傳輸過程中無償提供服務，數據通信免費。因此，公路項目管理中，采用基于北斗RDSS短報文技術進行信息通信傳輸，是現有信息通信的補充方式，是替代通信手段、有效的途徑，是切實可行的。

綜上所述，為偏遠地區沒有信號的選擇的常規通信方式和衛星通信方式進行篩選對比得出，無論從實現方式和信息資費上都不能滿足此類公路施工項目的通信需求。因此，采用基于北斗RDSS短報文雙向通信技術進行項目管理信息傳輸是一種切實可行的替代通信手段和有效的解決途徑。

2 北斗雙向短報文通信技術

2.1 北斗短報文雙向通信工作原理

北斗的雙向短報文是北斗系統的特色之一，具備雙向通信功能，地面用戶與地面用戶之間、地面用戶與指控中心之間可實現雙通道數字、漢字報文通信，北斗三號組網成功后，部分區域可達到一千漢字。北斗雙向短報文和人們平時在手機上使用的短信功能非常相似，每張北斗卡每分鐘發送一次，每次可以發布78.5個字節的信息。北斗服務全球覆蓋后，在海洋、沙漠和野外這些沒有通信和網絡的地方，北斗設備終端持有者既可以相互發送“短消息”，同時也可以查看對方的位置。

短報文雙向發送時分為發送端和接收端，信息內容包含雙方ID及傳送信息內容。首先，發送端將接收端ID號和需要傳送的通信信息，經過通訊申請信號加密，然后通過衛星轉發至接入站點;地面控制中心站點，接收到通訊申請信號，對通信內容脫密處理，脫密后重新加密，送達至出站廣播電文，經過電文的持續廣播，再經衛星廣播給接收端，接收端用戶終端接收出站信號，通過對信息解調，后對加密信息解密，出站電文相應完成完整的通信。接收端也是相同通信過程。

2.2 北斗RDSS短報文通信設備

北斗衛星導航系統，顯著特點之一能夠實現在北斗衛星系統星可覆蓋范圍內無通信盲區、安全可靠。北斗衛星導航系統的指揮通信方式目前采用統一指揮，用戶終端有多種形式，根據需求包括用戶型指揮機和用戶型手持機及多卡機。

2.2.1 北斗指揮機

北斗指揮機是系統平臺中位置信息、北斗RDSS短報文接收，生產指揮信息發送的指揮級設備，它可以滿足多種載體的定位通信需求。它將天線模塊與功放集成為外置天線單元。主機中包括射頻通道單元、信號處理主板，數據通過RS232型串口連接至顯示控制終端。用戶通過在顯示控制終端上安裝的人機交互軟件，來完成用戶機的各項應用。

2.2.2 北斗集群通信多卡機

從公路施工行業使用的數據傳輸量來看，在數據發送和傳輸應用方面，目前北斗二代用戶信息容量為78.5字節，可向北斗用戶開放使用，在實際使用場景過程，采用壓縮比特流傳輸技術來解決帶寬過窄問題。隨著北斗三號完成全球組網，北斗衛星通信技術具備更加廣泛的應用空間。另一方面，在通信周期方面，發送一次報文后需要等待1分鐘的時間，才可以繼續發下一條。相鄰兩次通信周期一分鐘級，通信實時性不強，實際應用中可以通過北斗卡集群傳輸技術予以補償，可以滿足現場通信需求。

基于北斗短報文技術，用于實現語音、應急通信和緊急調度，以及位置服務、導航等功能。具有性能加強、功能豐富、高集成度、操作便捷、可擴展等優點，北斗語音多卡機可在車輛、船舶等移動載體使用，同時，根據現場施工實際，擴展為北斗指揮機，具備信息群發和通信監控、導航應用。

隨著北斗三號完成全球部署，短報文功能對民用領域的開放和推廣應用，服務容量提升10倍，可傳輸1 000個漢字。

3 實例運用方案

大多公路在建項目地處偏僻，自然條件惡劣。局部施工區域現場安全監管難，特別在野外無人區工程通信條件差、地形地質復雜的條件下，數據共享更是成為困擾工程項目管理的一大難題。項目指揮部難以將多個項目的資料在一個平臺下進行統一管理、分析和共享，各項目部各標段之間更是信息不暢通、不對稱，集團難以及時了解項目現場情況。在公路施工項目上部署北斗生產指揮調度平臺系統，提供微型項目管理辦公系統、分級指揮、應急調度、人員車輛定位監控等功能，將工程項目全過程管理中的各方人員、各類施工運輸車輛、機械設備、物資、應急資源進行全面整合、協調調配，實現北斗技術與項目管理的有機結合、北斗智能終端的使用解決了地區實際通信難題，也提高了對突發事件的應急通信保障能力。

3.1 基于北斗的室內外人員通信

項目每個節點，可配置硬件設備包括北斗指揮機1臺，部分北斗手持終端。北斗衛星手持終端供項目人員使用，該終端設備的使用需要配合經定制的外接屏顯內置的APP實現短報文通信和位置上報功能。北斗指揮機對所有下屬的北斗設備進行統一管理，實現所有北斗設備的位置監控、報警救援等服務功能。

項目部安裝北斗指揮機系統，給工地現場管理人員配發手持北斗終端，可以相互之間進行信息聯絡，也可以給指揮機定期發布施工日報等日常性文件。解決了項目部和工點之間的信息不通暢或者信息不能及時溝通的問題，提高項目的管理效率和及時性。

3.2 北斗多卡集成通信終端搭建辦公環境的通信方案

北斗衛星RDSS短報文通信功能為本項目辦公通信提供了手段，采用將64張北斗民用智能卡進行集成為北斗衛星多卡集成通信終端，通過北斗衛星實現高頻次通信，通信速率為0.61 kbps，增加了通信帶寬。可實現文件、圖像、語音信息的存儲和傳送功能。數據均經過壓縮后進行傳輸，接收端同樣為集成了64張北斗智能卡的多卡集成通信終端，接收數據后進行解壓。

現場項目部和總部部署北斗衛星多卡集成通信終端，利用北斗衛星RDSS通信功能實現文件傳輸、圖像傳輸、與手持終端短信互通等。數據均經過壓縮加密后進行傳輸，接收端同樣為集成了64張北斗多卡機，接收數據后進行解壓解密。

3.3 數據保密

北斗RDSS民用通道為開放性鏈路，數據在傳輸過程中不可控，傳輸時可能被截獲、篡改、破壞。對于某些特殊行業用戶，本身業務信息敏感度較高，業務數據在傳輸過程中存在以下風險：

①信息大多敏感，失泄密后容易造成經濟損失;

②用戶可能被偽冒，發布錯誤的內部行業信息;

③指揮機被偽冒，發布非法管理指令，導致普通用戶不可用。

針對此安全應用需求，可采用訂制的北斗數據安全通用密碼模塊（簡稱RDM）對數據進行加密傳輸和安全認證。

北斗數據安全通用密碼模塊是基于國產處理器內核自主研發的安全控制器芯片，集成了高性能加解密算法核模塊，為實現用戶業務數據傳輸中的信息安全，采取信息加密和密鑰算法，對通信數據進行加解密，定期更換密鑰等特殊密碼資源，確保文件加密存儲和加密傳輸。

北斗用戶終端使用時，經過身份鑒別后，調用北斗數據安全通用密碼模塊提供的加密接口對待傳輸數據進行加密，然后通過北斗鏈路發送給接收端。接收端接收到密文后，實時調用北斗數據安全通用密碼模塊，對文件進行解密，并通過密鑰認證恢復出明文。

4 總結

我國北斗產業正邁向大踏步前進發展階段，2035年前還將建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系。根據交通運輸部提出的“全覆蓋、全替代、保安全”行業要求及“智慧交通”應用新需求，通過“北斗+”和“+北斗”，以及北斗新時空服務，推動北斗時空服務體系及其所形成的系統集成、資源集聚、融合集群的智能信息產業，為創新和創業創造便利條件和服務。

參考文獻：

[1]北斗衛星導航系統官方網站，www.beidou.gov.cn.

[2]謝芝東，趙二保，溫全，等.北斗RDSS短報文通信技術在電力系統的應用[J].農村電氣化，2017（03）：5-7.