北斗卫星森林防火系统可行性方案

北斗卫星森林防火系统方案

二〇一二年八月二十八日

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一、北斗卫星系统介绍

北斗卫星系统是基于我国自主知识产权的"北斗导航系统"而建立起来的卫星通信导航系统，能够全天候、全天时提供卫星导航和通信服务。系统主要由空间卫星、地面中心站和用户终端等部分组成。

空间卫星：空间卫星部分由2~3颗地球同步卫星组成，负责执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中

继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。

地面中心站：地面中心站连续地产生和发射无线电测距信号，接收并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，通过空间卫星分别送给有关用户。所以，一切计算和处理集中在地面中心站。

用户终端：完成用户端与卫星之间上、下行数据的处理；发送用户业务请求，接收用户数据；提供必要的显示及数据接口。根据使用终端的客户类型，用户终端分为车载型用户终端、船载型用户终端、遇险报警型用户终端、手持型用户终端、通信型用户终端、授时型用户终端、管理型用户终端、双模型用户终端和增强型用户终端。

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北斗卫星系统具有三大功能：快速定位、短报文通信、精密授时。

快速定位：地面中心站发出的测距信号（具体为格式化的帧结构及其伪码）含有时间信息，经过卫星-用户终端站-卫星，再回到中心站，由出入站信号的时间差可计算出距离，可在秒级之内完成。

短报文通信：北斗卫星系统是双向闭合环路系统，每个用户终端都有专用识别码，用户终端通过该专用识别码发送和接收信息。通过网管中心，用户终端与固定用户之间也可以进行信息的发送和接收。

精密授时：精密授时与通信、定位都是在同一信道中完成的。地面中心站产生标准时间和标准频率，通过询问信号将时标的时间码送给终端。

北斗卫星系统可以根据不同行业的不同应用需要，提供包括定位信息、导航服务、信息通信、精密授时和GPS差分信息广播在内的基本服务业务，以及群、组呼、遇险安全告警、同陆地用户双向信息通信、同其他移动终端（CDMA/GSM等终端）的双向信息通信等增强服务业务在内的多种应用服务。例如：针对需要大区域、大量自动数据采集系统的应用要求，基于北斗卫星系统的通信服务功能，

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可以建立与水文自动测报系统应用模式相似的自动数据采集系统；根据现代物流应用需求，结合北斗系统所提供的强大的定位导航和通信服务功能，可以实现车辆调度监控指挥系统、集装箱调度监控系统以及船舶调度监控系统等多种应用系统；针对森林防火部门对林火扑救指挥以及日常管理的应用要求，利用北斗系统所提供的定位和通信功能，可以实现基于北斗卫星系统的森林防火调度指挥应用。

二、应用可行性分析

在森林防火扑救指挥中，不仅需要有精确的定位设备对火源、火场进行精确定位，还要为参加林火扑救的队伍进行精确的定位导航，以保证在林火发生时能使得扑救队伍能够选择最佳路径在最短时间内抵达火场并实施扑救；此外，还要为扑救队员与森林防火指挥中心之间提供有效的通信手段，已保证指挥中心下达的各种指挥调度信息能够及时准确的传达到各级扑救指战员，同时也要使得扑救一线的火场火势以及其他信息能够及时有效地上报到指挥中心，为指挥人员进行科学合理的决策提供准确的信息。此外，在森林防火的日常巡护巡查过程中，也需要行之有效的定位工具和通信手段，保持流动巡护人员及时准确到位，并与指挥中心保持

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流畅的通信联络以及时传递巡查过程中发现的各种有效信息。

简而言之，无论是林火发生时的扑救指挥还是日常管理中的巡查，都需要有精确的定位工具和有效的通信手段，保证森林防火中心与森林防护人员保持密切的联系，并随时掌握一线人员的动态位置。

众所周知，GPS手持设备可以为森林防火队员和巡护人员提供高精度的定位导航信息，卫星电话、甚高频对讲机或超短波电台可以为防火人员提供移动通信手段，但由于甚高频以及超短波通信的通信距离及受地形限制的因素，极大的制约了其使用范围，无法保证防火人员能够与指挥中心之间保持畅通无阻的通信，而卫星电话设备造价高，通信费用高昂，也极大的限制了其在森林防火中的广泛应用。由于通信手段的限制，尽管一线防火人员配备了高精度的定位导航设备，也无法使得指挥部门实时动态地掌握前方人员的位置，进而不能有效的实施指挥调度控制，不能实现科学高效的林火扑救。

北斗运营系统是同时提供定位和通信功能的卫星系统，将其应用于森林防火中，它不仅可以解决甚高频或超短波通信中的通信有效距离受限制的问题，还可以为防火队员提供

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高精度的位置信息，实现定位导航；在使用北斗系统卫星终端进行定位的过程中，终端在获得本地位置信息的同时，防火指挥中心通过北斗指挥型终端也可以监收到该终端的位置信息，或者通过登录到网管中心获得该终端同样的位置信息。北斗系统卫星终端的最大特点是其可以同时提供数据通信与定位功能，这不同于以往的任何设备，仅提供定位功能或仅提供通信功能，定位和通信功能被集成在一个设备当中；北斗系统卫星终端设备小型化、集成度高、设备紧凑简单、低功耗和操作简单等特点，并且可采用电池供电，与其他卫星电话设备相比，设备和通信费用相对都比较便宜，因此可以在森林防火部门进行广泛应用；北斗系统卫星终端有车载、机载以及手持等各型终端，可非常简便可靠地安装在扑救车辆、航空护林飞机上，并提供给防火队员个人使用，从而使得森林防火部门能够全面动态的掌握所有相关车辆、飞机以及人员的状态信息，更加及时有效地实现科学合理的调度指挥和控制。由此可见，北培系统可以为森林防火部门提供有效的定位和通信手段，非常适合在森林防火中应用。依托北斗系统，结合森林防火部门用户需求，可以为森林防火指挥部门实现并提供及时、高效、可视化的人员、车辆调度监控系统。此系统不仅可以在森林火灾发生时，能够实现森林火灾的快速定位，及时了解详实的火场及其周围的地理

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和资源环境，在辅助决策系统的支持下，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的最优配置，缩短扑火出动时间，提高扑火效率，把森林火灾造成的损失尽可能地减少到最低限度，还可以为森林防火的日常管理提供服务。

北斗手持型终端

指挥型终端

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三、通信组网方案

3.1点到点通信组网方案

对于中小规模用户，所管理的人员车辆有限，数据量较小，可采用点到点传输结构模式，即指挥中心通过指挥型终端采用无线卫星通信方式交换信息，完成对车辆的调度监控。

指挥型用户终端与手持/车载终端构成一点对多点的传输模式，其中：手持/车载终端采用普通型用户终端，由防火队员随身携带或安装在车辆上；指挥中心与指挥型用户终端相连接。所有手持/车载终端车辆的状态和数据信息以及通信电文发送到移动目标调度指挥中心由指挥型用户终端接收所有数据和信息；指挥型用户终端所发出的指令或信息以广播方式播发至所有手持/车载终端或单独发送到某一指定手持/车载终端。

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3.2 专线通信组网方案

对于中大规模用户，其所管辖的人员、车辆较多，人员、车辆调度、监控的数据量大，因此用专线如（DDN 、帧中继、VPN 、PSTN 等）连接传输模式，即设立森林防火指挥部的指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线连接完成与手持/车载终端的数据信息传输，完成对人员、车辆的调度监控。

指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线连接完成与手持/车载终端的数据信息传输，其中：手持/车载终端采用普通型用户终端，与车辆机的传感器相连接，由防火队员随身携带或分别安装于车辆上；指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线直接连接。所有手持/车载终端将车辆机状态和数据信息以及通信电文发送到北斗民用运营商

的运营平台，再由运营平台将所有数据信息通过专线发送到指挥中心；指挥中心所发出的指令或信息将通过专线发送到北斗民用运营商的运营平台，然后再以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

四、系统功能

4.1移动目标的定位、地图轨迹显示

实现人员、车辆的实时定位功能，可设定为自动间隔定位、被动定位等；通过与地理信息系统功能相结合，可以将人员、车辆的位置信息直观反映在电子地图上。同时，可以

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根据用户的需求，将人员、车辆的动态轨迹展现在电子地图上。

4.2火源、火场快速定位

通过使用终端的定位功能，可以对火源、火场进行快速定位。在林火扑救指挥中通过使用终端设备，可以实现火源、火场的快速定位，进而将火源、火场的定位信息与专用GIS 系统相结合，可以为指挥部门提供直观的电子地图显示，同时通过辅助决策及专家系统，及时准确模拟火灾行为，预测火势发展，从而形成科学合理的扑火兵力部署及扑火调度决策。

4.3移动目标行进方向、速度

使用系统终端，与专用GIS系统相结合，方便指挥部实时动态了解扑火力量的兵力部署和行进方向、速度。

4.4移动目标的智能监控

通过短信息功能，指挥监控中心发出控制指令，通播所有车载/手持终端或指定某一手持/车载终端的位置、状态等信息传送到指挥中心；通过系统的通信功能，可以实现某些自动监测设备工作状态数据的自动回传。

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4.5移动目标调度控制

指挥中心可以根据人员、车辆当前所处的位置，根据需要发出相关调度控制指令给所辖手持/车载终端，实现人员、车辆的调度指挥。指挥中心可以通过终端双向数据通信功能，完成指挥调度任务的下达，同时，前线队伍也可将指令执行情况通过终端返回。在扑救任务完成时，顺利指引扑火队员的返回，以避免出现不必要的损失。

4.6移动目标信息通信

指挥中心与人员/车辆之间可以进行双向信息通信，相互传递有价值的信息报文，以满足森林防火的要求。通过系统终端，可以借助其双向通信功能实现指挥部与前线队伍的双向数据通信。

4.7导航、选择最佳路径

通过电子地图可实现对各扑火力量的动态监控，指挥中心还可以实现对扑火队伍的导航和最佳路径选择，指引扑火队伍以最快速度抵达火场周围。同时，根据前期到达火场的扑火队伍的行进轨迹，指挥中心可以指引后续队伍沿同一路径抵达火场。指挥中心可以预先设置人员、车辆行进路线，当人员、车辆偏离预定线路时，控制中心将触发偏航告警，同时将告警信息显示出来。

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4.8移动目标紧急告警

手持/车载终端设置紧急告警按钮，当人员、车辆发生紧急情况，需要救助时，可通过简单按钮操作发送紧急告警信息，及时通知指挥中心或安全、救援单位当前人员/车辆所处位置以及遇险性质，并显示在电子地图（GIS）上，以方便有关部门高效实施救援和抢险工作。

4.9火源地抵达告警

当人员、车辆即将抵达火源地后，由防火队员、车辆驾驶员在本地终端上触发报警按钮，火源地抵达告警信息将自动回传到指挥中心，并在电子地图上显示人员、车辆位置轨迹信息并弹出告警信息。

4.10强大的数据管理

具有用户历史定位、通信数据库，轨迹文件等，以便存档备查。通过轨迹回放，再现历史情况，为各种分析提供科学依据。

4.11自动漫游

对车辆进行同屏多窗口监控时，每个窗口可对一个运动目标实施动态监控，实现自动漫游功能。

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4.12面积测量

在火场周围适当部署北斗系统终端，通过其快速定位可以对火场面积进行及时测算。通过轨迹生成可完成对过火场地的圈定，在火灾过后对过火面积进行精确的测量计算。

4.13防火设施的规划、验收

在林火预防中通过使用北斗系统的快速定位功能，并与森林防火部门专用的地理信息系统相结合，可以促进防火通道的科学规划和建设。在防火通道建设验收过程中，也可以利用系统的精确定位功能，结合其轨迹生成能力，以较高效率和准确度完成防火通道的验收工作，节省大量的人力和物力。

通过对防火设备进行定位并在电子地图上显示，可以准确的对防火设备布局进行分析，为防火设备的规划提供科学依据。为了望塔的建设提供精确的规划图与建设中的精确定位。

4.14日常巡查管理、车辆管理

通过使用终端的定位功能，可以完成对了望哨以及护林巡查人员的流动定位，监督巡查人员是否巡查到位；可以完成对车辆的管理和调度,为日常管理工作中提供方便。

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五、系统应用特点

5.1自主知识产权、国内政策主导

北斗系统是基于我国自主的第一代卫星导航定位系统而建立的，我国拥有该系统的自主知识产权。因此，相比于国外GPS/Inmarsat-C/OmniTracs等系统，北斗森林防火信息管理应用系统将保证国内用户的利益不受国外政策和形势的变化而影响。

北斗系统是受我国政策的主导。国家发展改革委与国防科工委2007年11月16日颁布《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》，要求：加快形成建立以北斗卫星导航系统为核心的民用导航产业体制；建立统筹协调机制，研究制定北斗卫星导航系统民用应用政策，促进北斗卫星导航系统的产业化应用；对于涉及国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制，鼓励其他行业和领域采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制。2009年11月，国家有关部门对“第二代卫星导航专项应用与产业化推广计划”进行了正式的批复，这标志着北斗大规模民用产业化推进工作，已经拉开了序幕。

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5.2高并发处理能力、覆盖区域范围大

系统具有高并发处理能力；系统覆盖范围为北纬5度至55度、东经70度至145度，覆盖中国大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖。

5.3系统稳定、可靠性高

“512”汶川地震中来自汶川县城的第一条灾区信息就是通过北斗卫星传输出来的。地震后，汶川县城内所有的手机、网络通信瘫痪，灾情无法掌握。中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台终端机，这种终端机不但能接收北斗卫星的导航信号，还可以用短报文的形式与指挥中心取得联系。指挥人员在监控中心随时通过监控屏幕关注每个救援小组的位置信息，必要时以短报文形式发出指令。救援队伍在赶往灾区的过程中，通过卫星定位可得知自己所处的位置，并判断离救援目的地的距离，从而选择最佳路线，保证以最快的速度到达灾区开展救援工作。在玉树地震救援中，北斗卫星系统同样发挥了非常大的作用。

从2003年12月15日、北斗卫星导航试验系统建成并正式开通运行以来，已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产

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生显著的经济效益和社会效益。系统现有用户数量约十万，累计提供定位服务2.5亿次，通信服务1.2亿次，授时服务2500万次，系统运行可靠性达到99.98%。

5.4实时监控

查询移动目标的导航信息（经度、纬度、速度等）并在电子地图上直观地显示出来。

5.5双向通信

监控中心可与移动目标进行数字报文通信。移动目标通过相应的终端，将报告信息反馈到指挥中心，或发送个人信息、E-mail等。

5.6动态调度功能

调度人员能在任意时刻由指挥中心发出文字调度指令，调度所辖防火队员、车辆作业，并得到确认信息。

5.7数据存储、分析功能

实现路线规划及优化，预先或实时规划防火队员、车辆的运行路线、运行区域，估计到达时间（ETA）等。依据储存的轨迹信息，可随时随地调阅各个移动目标的以往运行轨迹，并可根据要求复现或查询途中各项记录信息。

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5.8数据共享

提供灵活、完善地数据库查询接口，实现与其它信息管理系统的无缝连接，组成完整的企业、部门信息管理系统。

5.9系统兼容

系统采用模块化设计，底层平台与上层应用系统分离，可兼容网络、GSM、集群通讯等多种通讯网络。采用开放接口终端控制模块，兼容各种主流监控终端设备。

六、结语

该系统的设计应当采用当前先进、成熟的技术，充分参考我国各地森林火灾监控监测预警以及应急指挥的各种手段，结合各地的自然情况和森林防火工作实际情况，能实现对森林火灾的自动监控、火险预警、信息通信和应急指挥等。系统搭建后应当能够极大地消除森林火灾的监控盲区，大大缩短发现火灾的时间，并能在必要时为森林火灾的扑救指挥提供强大的通信支持和辅助决策服务，从而为有效遏制森林火灾的发生、提高综合防控能力、改善防火基础设施、完善防火信息标准化体系、加大森林防火工作的科技含量打下良好的基础。

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