音调控制电路罗政
(工业和信息化部应急通信保障中心，北京100804)
摘要：在应对强台风等自然灾害的过程中，现有的应急指挥及救援手段仍不够完善㊂通过分析北斗卫星导航系统的现状及发展趋势，着眼于台风应急救援的难点及关键问题，探索北斗卫星导航系统可应用于台风应急救援中的台风灾情收集及影响范围划定㊁台风应急救援力量部署及指挥㊁台风遇险人员的定位救援㊁台风应急救援中的物资配送㊁建立救援队伍和灾民之间的合作救援网络，并提出相关结论和发展建议㊂ 关键词：应急救援；卫星导航；台风灾害
1㊀引言
台风灾害主要集中在台风登陆前后，最直接的体
现包括狂风㊁暴雨㊁风暴潮㊂同时，台风带来诸多衍生灾害，如海啸㊁泥石流㊁洪涝㊁山体滑坡等，不但使沿海地区遭受严重的人员伤亡和经济损失，而且会造成渔业农业绝收情况㊂例如,2019年在浙江省温岭市城南镇登陆的超强台风 利奇马 ，登陆时中心附近最大风
力有16级(52m/s)，狂风导致了大量渔船㊁房屋被毁, 57人死亡㊁14人失踪，直接经济损失达到537亿余元㊂在应对强台风等自然灾害的过程中，现有的应急指挥及救援手段仍不够完善㊂因此，急需对先进技术在台
风应急救援中的应用进行深入研究㊂
2㊀北斗卫星导航系统的现状及发展趋势北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是由我国自主研制的全球卫星导航与定位系统，与美国GPS㊁俄国GLONASS㊁欧盟GALILEO 组成全球四大卫星导航系统㊂2.1㊀北斗卫星导航系统的能力
北斗卫星导航系统能够为全球各类型用户提供导航㊁定位㊁授时等全天候㊁全天时㊁高精度㊁高可靠的常规服务，同时提供星基增强㊁精密单点定位㊁短报文通信㊁国际搜救㊁地基增强等诸多独特服务㊂(1)星基增强服务方面，能够向用户播发星历误
差㊁卫星钟差㊁电离层延迟等多种修正信息，从而提高原有卫星导航系统的定位精度㊂
(2)精密单点定位服务方面，能够提供动态分米级㊁静态厘米级的高精度定位服务，从而适应国土测绘㊁精准农业㊁无人驾驶等行业对高精度服务需求㊂(3)短报文通信方面，与其他卫星导航系统仅能实现卫星单向接收信息不同，北斗系统能够通过卫星实现接收机与卫星之间的天地双向通信，为终端用户
拉画笔提供基于卫星的双向报文通信功能㊂同时，北斗卫星导航系统内的所有终端用户之间也能够使用短报文通信，无论距离远近㊂短报文功能使卫星能向特定接收机发送信息，在突发事件造成传统通信中断的情况下，高轨北斗卫星能够与地面保持通信畅通，这在军事或
应急领域均将发挥超乎想象的作用㊂
(4)国际搜救服务方面，目前国际搜救主要采用单向通信，遇险人员能够向卫星发送求援信息，而遇险
人员难以获悉信息是否发送成功及救援进度㊂与此不同的是，北斗卫星导航系统能够通过返向链路进行确认，通过卫星使遇险人员掌握信息发送情况和救援实
时进度㊂
(5)地基增强服务方面，北斗三号系统拥有2000余个基准站，建立全国性的高精度网络，提供实时米级㊁分米级㊁厘米级的增强定位精度服务㊂目前，该服务在国土测绘㊁精准农业㊁车道级导航等领域得到大规模应用㊂
2.2㊀北斗卫星导航系统的组成
北斗卫星导航系统包括空间端㊁地面端和用户端㊂在空间端,3种不同轨道的卫星组成混合导航星座:3
颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星㊁24颗中圆地球轨道(MEO)卫星和3颗地球同步轨道(GEO)卫星等㊂目前，只有北斗系统采用3种不同轨道混合星座布局，既能覆盖全球，同时又能提供更高精度的定位和导航服务㊂地面端包括地面监控站㊁主控站和时间同步/注入站等若干个地面站㊂用户端由北斗用户终端组成，包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片㊁模块㊁天线等基础产品，以及终端产品㊁应用系统与应用服务等㊂截止到2019年年底，北斗三号部署了由24颗中圆轨道卫星组成的核心星座，这标志着其完成中圆地球轨道(MEO)的组网工作㊂随着系统智能运维能力
逐步完善，北斗三号系统持续稳定运行，各项性能指标(如服务准确性㊁可用性和连续性)都满足预期需求㊂经过测试，其定位精度优于5m，能够提供星基增强㊁精密单点定位㊁短报文通信㊁国际搜救㊁地基增强等全方
离合器盘位服务㊂
预计在2020年6月将发射2颗地球静止轨道卫
星，完成北斗三号系统建设㊂基于北斗卫星导航系统, 2035年将构建覆盖范围㊁融合程度㊁智能化程度更高的综合定位导航授时体系，逐步完善时空信息服务能力㊂
3㊀北斗卫星导航与台风应急救援
3.1㊀台风应急救援的难点及关键问题
在应对台风灾害的应急救援过程中，应急救援队伍经常面对的难题之一是电力损毁导致通信调度渠道不通畅㊂产生这种问题有多种原因：一是强台风导致电线杆倒伏，损毁电力设施或致使其发生故障；二是台风带来的暴雨造成江河水位上升或城市内涝，为排除触电等不安全因素，电力部门往往选择关闸断电；三是即便电力设施修复，电力部门也要等到水位下降或内涝险情排除，才会开闸通电㊂在短时间停电的情况下，通信可通过油机等方式供电，但若遇到长时间停电，势必导致出现移动通信不畅或覆盖不全的情况，阻滞了遇险人员求援及应急救援部署㊂
要解决这一难题，可考虑以下关键问题: (1)遇险人员如何快速精准地向应急救援指挥中心发送求援信息;
(2)应急救援指挥中心如何按照收集的灾情险情及台风发展过程，高效率部署救援力量; (3)应急救援指挥中心如何与救援前线建立并保持通畅的通信渠道，保障救援指挥实施; (4)救援人员如何以最快速度精准搜寻并定位遇险人员㊂
针对这些关键问题，急需到可靠方案，同时实现精准动态定位及应急环境通信，而这些都正适合北斗卫星导航系统发挥其能力㊂
3.2㊀北斗卫星导航系统在台风应急救援中的关键应用㊀㊀台风灾害应对和应急救援的关键之处，在于准确收集灾情险情，并据此估计台风灾害的损毁程度㊁影响范围及发展态势，以便科学预判台风灾害损毁的地理范围及损失情况，并精准部署救援力量，北斗卫星导航系统能够为灾情分布及救援指挥提供技术保障㊂(1)台风灾情收集及影响范围划定
台风灾情信息包括反映台风灾害造成损毁情况的
小麦玉米联合收割机
音视频文件及影像资料，当前获取此类信息主要依靠
前线调查㊁险情报送㊁气象卫星影像㊁江河水位雨量监测等手段和技术㊂台风过境可能带来泥石流㊁山体滑坡等次生灾害，以及危房倒塌㊁传染病等安全隐患，台风应急救援的重点是灾后24h~72h，所以必须在短时间内收集台风灾情，预判损失较大的范围，部署救援力量㊂
北斗卫星导航系统能够精准定位台风灾害造成的房屋塌方，同时发挥短报文功能在前线调查人员和应急救援指挥中心之间建立通信渠道㊂通过匹配影像坐标与数字卫星地图，实现调查地点和灾情信息的
位置确定，并据此整合各灾区台风灾害的影像资料，结合台风云图在较短时间内判断台风影响范围及各灾区的受
损情况，以便高效科学地开展应急救援指挥㊂(2)台风应急救援力量部署及指挥
台风灾害将不可避免地切断常规通信渠道，迟滞应急救援指挥调度以及各救援力量之间的协同配合㊂应急救援力量的高效部署和指挥离不开整齐划一的指挥体系，由此可见，一套建立在北斗卫星导航系统基础上的台风应急救援方案，将有力推动台风应急救援工作的开展㊂
针对我国台风灾害破坏性强㊁波及面广的特征，以及台风应急救援快速精准的需求，北斗卫星导航系统能够发挥自主导航能力，实现台风应急救援力量部署
和统一指挥调度等目标:
•灾情监测：可以实时监测车辆和人员的位置㊁速度和方向，掌握灾害调查人员的进度，并及时报告灾害的危害，发生的位置和发展情况㊂
•实时灾害信息传输：空中和地面调查团队可以将各种实时灾害音视频等影像资料返回到终端的调度中心，并迅速形成灾害分布图㊂
•应急救援调度指挥：指挥中心可以依照地面调查团队和车辆的坐标和状态，运输路线的状况以及反馈的灾害信息，进行实时部署，以实现应急人员的及时响应㊁救援团队的快速行动和科学部署㊂
(3)台风遇险人员的定位救援
台风灾害影响范围广，导致复杂的灾难，例如建筑液晶屏保护膜
物多次倒塌和人员伤亡㊂救援团队赶赴第一线后，必须在第一时间确定搜索方案，也就是按照建筑或场所的类型㊁破损程度㊁外部环境影响等因素，明确其救援的紧急程度并分配先后顺序，并分配救援力量和任务㊂通过卫星定位导航技术确定每个救援对象的坐标，规划导航救援线路路径，动态部署各类救援单位，实现救援力量的科学分配，缩短应急救援所需时间㊂
利用北斗卫星导航系统，不但能够制定和执行应急救援方案，而且能够协助特定救援工作的定位㊂应开发兼有定位和导航能力的各类应急救援装备，通过卫星定位技术协助确定救援位置的坐标方位㊂使用台风灾害发生前预置的卫星定位设备，或者将此类装备配备在可以通过狭窄空间的小型救援机器上，在较短时间内精准确定遇险人员的坐标，导航引导救援人员
行进，提高应急救援效率㊂
(4)台风应急救援中的物资配送
咖啡玉米
按照不同使用目的，主要需调运两种物资至灾害发生区域：第一种是为受灾众提供基本生活保障的物品；第二种是为救援人员提供救援行动所需的工具㊁药品等设备装备㊂这些都是灾区极度缺乏需要尽快补充的，因此必须快速通过各类渠道从仓库或生产地运输至灾区㊂
台风灾害的成灾面积大，如利奇马台风严重影响10余个省市，评估结果显示，其造成的中等及以上台风灾害风险覆盖面积达24.8万平方公里㊂更为复杂的是，台风往往造成洪水泛滥㊁交通中断，导致救灾物
资需求面大且相对不集中㊂为了达到高效运输台风应急救援物资的目的，主要是整合需求信息并科学规划物资运输，具备通信能力的北斗卫星导航系统将对此大有帮助㊂第一步，预判并汇总各区域对物资的供应能力和需求情况，通过北斗卫星导航系统确定其具体坐标，为科学规划运输体系提供支持；第二步，卫星导航系统将保障有针对性的空中投送和物资的地面运
输㊂伴随着灾后交通恢复，救援物资的地面运输体系
实时变化更新，此时其导航功能将发挥作用，分析规划
行进路线并引导救援物资分配㊂
(5)建立救援队伍和灾民之间的合作救援网络
在灾害高发地区，同时预置台风应急救援设备和北斗卫星导航系统设备及相关通信装备，这将有助于构建以各救援单位及灾民为信息节点的庞大灾情资料采集网络㊂
美国应急部门研发了一套设备和软件系统，其目的在于协助遇险人员了解灾害发展情况㊂该软件通过GPS定位遇险人员，并使用无线网络将其坐标回传至服务器，进而构建遇险人员周边地点的三维可视化模型，提前预判遇险人员的潜在风险并及时预警，各遇险人员能够在该网络中以无线方式相互分享影像和资料㊂
北斗卫星导航系统能够借助灾民的力量，整合其回传的坐标及遇险信息，在救援过程中建立救援队伍和灾民之间的合作救援网络，不但能够统筹特定区域内的救援指挥，而且可以科学部署救援人员㊂
4㊀结论与建议
4.1㊀结论
(1)北斗卫星导航系统在台风灾害的应急救援中将带来意义非凡的影响和促进㊂
(2)北斗卫星导航系统在台风应急救援的信息获取㊁应急响应㊁方案规划㊁救援指挥㊁前线救援等各个环节中，均能够施展其极具特的能力，进而从技术层面保障台风应急救援㊂
4.2㊀建议
按照我国北斗卫星导航系统的发展趋势与灾害应急救援的需要，建议构建基于北斗卫星导航的应急救援系统，为如何开展应急救援以应对破坏力强㊁波及范
围广的台风灾害提供解决方案㊂
(1)建设台风应急救援北斗导航与指挥决策系统㊂一是在北斗卫星导航系统多种应用模式的基础上，建设台风灾情采集㊁预判和决策定位导航系统，在
较短时间内采集台风灾情并划定受灾区域；二是在北斗卫星导航系统自主导航技术的基础上，综合台风灾害预测难度大㊁受灾和破坏区域大以及台风应急救援实效性强等特征，建设台风应急救援指挥调度系统，提高应急救援效率；三是建设台风应急救援物资导航系统，使灾区所需的各类物资及队伍高效投放至灾区，节
省应急救援准备时间㊂
(2)研发台风应急救援北斗导航装备㊂一是能够自动精准定位遇险人员的救援装备，在最短时间内确定遇险人员的坐标，为减少灾害伤亡争取时间；二是兼具短报文通信功能的北斗导航单兵装备，以便救援人员快速抵达灾区现场并实时与应急救援指挥中心沟通救援进展，满足台风应急救援的特殊需求㊂
参考文献
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救系统[J].指挥控制与仿真,2018,40(6):43-49.作者简介:
罗政㊀工业和信息化部应急通信保障中心助理工程师，主要从事应急通信㊁卫星通信等方面的研究
工作
The application of Beidou satellite navigation system in
emergency rescue of typhoon disaster
LUO Zheng
(Emergency Communication Center of Ministry of Industry and Information Technology,Beijing,100804,China) Abstract:During the process of responding to natural disasters like severe typhoons,current emergency command and
rescue methods are still insufficient.Through analyzing the current situation and development trend of Beidou satellite navigation system,this article focuses on the difficulties and key issues of typhoon emergency rescue,and explores the application of Beidou satellite navigation system in it,including disaster information collection and area delineation, emergency rescue force deployment and dispatch,location rescue of disaster victims,material distribution of emergency rescue,establishment of cooperative rescue networks between rescue teams and victims.Finally,relevant conclusions and development suggestions are proposed.
Key words:emergency rescue,satellite navigation,typhoon disaster
(收稿日期:2020-01-18)
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