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无人机在卫星通信里的应用介绍

2020-08-26 10:04 性质:转载 作者:陈红良 来源:电子发烧友
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我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,随着国民经济快速发展、生产规模的不断扩大以及社会财富的不断积累,每年自然灾害侵袭造成的直接经济损失均在千亿规模...

我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,随着国民经济快速发展、生产规模的不断扩大以及社会财富的不断积累,每年自然灾害侵袭造成的直接经济损失均在千亿规模以上。今年以来,洪涝灾害肆虐,据新华社报道,此次洪水灾害已致 4552 万人次受灾影响,截至 7月22日 ,直接经济损失超过1160亿元。

我国历年来洪涝及地震直接经济损失

当地震、洪水、泥石流、冰雪等自然灾害发生时,短期内会造成通信设备损毁,灾区往往面临着大面积通讯中断、电力中断、道路中断的情况,普通的应急通信手段无法快速恢复通信。在灾害突发事件初期,会引起大范围社会关注甚至恐慌心理,通信业务量一般会猛增,会造成不同程度的网络拥塞,极端情况下可能造成大面积通信网络中断,同时应急通信不易调度部署,快速恢复难度较大,会对救灾行动带来严重影响。

1 海外及我国的应急通信系统建设

简介

发达国家应对突发事件的通信保障体系建设的较早,经过了多年的建设和实践的不断检验,发展了很多先进的技术、手段和措施。其中美国日本、欧洲等国家及地区均建立了较为完善的应急通信体系,在应对2005年卡特里娜飓风、2011年日本特大地震海啸等灾害中发挥着显著的作用,这些成熟的经验对我国应急通信的发展具有很高的参考价值。

海外应急通信系统及通信方式

2003年非典发生后,我国十分重视应急管理工作,采纳了车载卫星通信、车载移动通信、便携卫星移动通信等较为丰富的应急通信手段,并在近年来的历次灾害中不断发挥作用、得到有效检验。2008汶川大地震中,当地公用通信基本瘫痪,应急通信发挥了非常突出的作用,为抗灾救援提供了有力的保障。

我国应急通信及指挥网络架构

由于光缆技术的快速发展及光缆成本的不断降低,我国通信业大量使用光缆建设网络。从目前常用的通信方式上看,固定电话、手机以及互联网都对光缆等有线基础设施有着极高程度的依赖。汶川大地震的教训告诉我们,有线传输在大灾面前极不可靠,修复难度大,也很容易被再次损坏。重点发展无线通信技术作为灾害发生时的应急通信手段,建立卫星互联网、无线应急通信网作为通信保障机制,是对通信过分依赖地面传输的不足之处进行补充与完善。

卫星通信:利用人造地球卫星做中继站转发无线电信号,实现多个地球站之间的通信,具有覆盖面大、频带宽、机动灵活、不受地理条件限制等特点。卫星电话是地面光缆断裂、基站被毁时唯一可用的通信设备,是灾区最适用的应急通信手段。2016年8月6日,西昌卫星发射中心成功将天通一号发射升空,这是我国卫星移动通信系统的首发星。

专网集群通信: 集群通信系统是一种多用户动态使用无线电通道的专用移动通信系统,语音通信采用PTT(Push To Talk)方式,呼叫接续快,主叫方能够实现一呼百答。专网集群通信具有信号抗干扰能力、传输质量和保密性较强的特点,可作为现场应急指挥调度的专用网络,能够快速建立多种呼叫方式。常见的应急指挥车辆上都配备了数字集群通信系统。目前全球应急通信网络的主流,仍是以语音集群通信为主的窄带专网,传输数据能力有限。对于下一代宽带专网,已有多个国家启动了国家应急通信宽带专网的建设,利用运营商现有 LTE网络及专用频谱共建专网。LTE 宽带专网相比于窄带专网最大的区别是从 PTT演变成 PTV(push to video),显著提升了数据传输能力。

无线自组网:无线自组网包括 Ad hoc、Mesh、传感器网络等,具有无中心、自配置和快速组网等显著特点,可以在没有固定通信基础设施的条件下,独立动态性组网,通过多跳路由协同合作搭建无线通信网络,适合区域应急通信,实现不同网络类型、设备之间的联通,有利于扩展覆盖范围。 通过借鉴海外应急通信模式,我国应急通信的通信方式逐渐走向卫星化、专网宽带化。同时,随着大数据、云计算、人工智能等技术的成熟,应用通信系统逐渐数字化及多媒体化、智能化。除此之外,在通信技术日新月异的今天,无人机、5G等“黑科技”在应急通信保障中扮演着重要角色。

2 无人机在应急通信里的应用

2008年的汶川地震发生后,道路损毁严重导致网络抢通困难,应急通信车无法进入,震中区域的对外通信全部中断,直到147个小时后,7个重灾县对外移动通信才逐渐恢复。此后,高空基站被正式提上研发日程,其主要载体为热气球、氦气艇、无人机等,可升至千米高空,承载大容量的基站。

2017年8月8日九寨沟地震中,一套由中国移动研发的无人机高空基站在光缆震断、飞石不断的九寨沟景区荷叶寨紧急升空,迅速打通方圆30多平方公里的移动通信信号。这是中国移动首次在地震中尝试用无人机搭载基站进行通信抢险作业,实现了在应急通信车不能到达区域的情况下迅速抢通网络。此后,在 2018年广东“山竹”台风、山东寿光抗洪,2019年木里森林火灾等救援中,不断验证了无人机高空基站是地震、洪水、泥石流等受灾面积大、道路损毁严重的灾害场景下,最为有力的通信保障利器之一。

无人机高空基站在地震中首次应用 助援九寨沟

广东“山竹”台风救灾

山东寿光抗洪救灾

木里森林火灾救援

无人机不仅仅可以用于搭载通信基站,提供强有力的应急通信支撑,并且在今年的洪涝救灾过程中大放异彩,成为应急通信保障的又一利器。

据人民邮电报报道,受持续性强降雨影响,湖北恩施鹤峰县四个行政村19个基站退服。由于光缆恢复区域山势险峻,需要横跨水面60多米的湾潭河,无法采用传统人力布放光缆的方式恢复,中国移动抢修人员结合现场实际情况后决定采用无人机牵引技术布放光缆,于次日下午恢复全部通信业务。

无人机布放光缆能有效克服地貌及施工作业环境复杂等不利因素,特别适用于自然灾害频发的山区和跨河等复杂区域,确保了施工的安全,为5G基站布放光缆工作增加了新思路。

中国移动采用无人机牵引技术布放光缆,布放光缆1300多米

除了无人机技术,5G技术也正从全方位地在应急通信里发挥重要作用。

3 5G在应急通信里的应用

在年初这场新冠肺炎疫情“阻击战”中,中国移动在3天内完成了武汉“小汤山”医院5G部署,实现2G、4G、5G全覆盖,可满足2万人通话上网需求,有效支撑央视直播和北京301医院远程会诊。中国移动还利用5G移动医疗车+云视讯终端,构成移动化、小型化、一体化会诊系统,让优质医疗资源快速抵达“战疫”一线,助力疫情期间的一线医护人员进行5G床旁会诊。在武汉,5G远程医疗系统让北京的专家跨越1200公里,与武汉“战疫”前线的临床医生实现“面对面”高清救治指导。

中国移动5G医疗车

中国移动5G云视讯终端

5G技术与无人机的组合也让5G高空基站方案成为可能。据环球网报道,今年初,中国移动联合华为完成全球首个无人机5G高空基站应急通信测试,高空无人机基站飞行200m高空时覆盖能力超过6.5KM。此次测试进一步验证了5G高空基站方案的落地可行性,为今后的应急救援工作提供更加优质的通信保障方案。

5G无人机高空基站

4 5G消息在应急通信里的应用

随着国内LTE网络的成熟覆盖,IMS的建设完成,使得RCS(Rich Communication Suite,富媒体通讯套件)的乘着5G通信建设的东风焕发了新机。5G消息本质上不是5G通信特有的功能,其源于2008年就已经诞生的RCS业务,是一种富媒体消息业务。相比较传统的短信服务,5G消息具备内容丰富、全面可达的优势。在5G消息应用之前,政府部门只能向公众推送文本消息,进行简单的应急预警通知与防灾科普宣传。现在通过5G消息的应急群发应用,政府部门可以面向公众推送包含图文、视频、链接等丰富的媒体消息,更具有交互性。

7月24日,中国移动浙江公司基于全新5G消息平台,上线了政府应急业务,为公众提供应急预警体系和科普宣传,其中的应急群发功能可以提供台风、地震等灾害性预警和预测查询。我国南方正遭遇洪涝灾害,5G消息的应用将为人民群众提供及时的应急通讯,同时也显现出5G消息在应急通信保障和指挥调度体系方面有着广阔的应用前景。

5G 消息在应急通信中的应用

在中国应急通信保障体系的发展中,我们能够看到,以中国移动为代表的运营商始终冲锋在第一线,这是中国移动作为央企的使命担当。我们也要看到,中国移动积极应用无人机、5G通信等新技术,帮助救援队伍搭建信息通道,有效保障现场救援指挥,为受灾民众不仅仅是提供了及时的通信保障服务,更是快速架设了重要的信息生命桥梁。

随着科技的进步,在中国移动这样负责任的企业的努力下,畅通互通、安全可靠的中国应急通信保障体系也越来越牢靠,极大地助力保障人民群众生命财产安全。

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