对于中小规模用户,所管理的人员车辆及飞机有限,数据量较小,可采用点到点传输结构模式,即监控中心与管理中心采用无线卫星通信方式交换信息,完成对车辆和飞机的调度监控。
管理型用户终端与手持/车载/机载终端构成一点对多点的传输模式,其中:手持/车载/机载终端采用神州天鸿普通型用户终端,由防火队员随身携带或安装在车辆/飞机上;移动目标调度监控中心与神州天鸿指挥型用户终端(即主控站)相连接。所有手持/车载/机载终端车辆状态和数据信息以及通信电文发送到移动目标调度监控中心由管理型用户终端接收所有数据和信息;管理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/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。
如上图中所示,移动目标调度监控中心与神州天鸿网络管理中心通过专线连接完成与手持/车载/机载终端的数据信息传输,其中:手持/车载/机载终端采用神州天鸿普通型用户终端,与车辆/飞机的传感器相连接,由防火队员随身携带或分别安装于车辆/飞机上;移动目标调度监控中心与神州天鸿网络管理中心通过专线直接连接。所有手持/车载/机载终端将车辆/飞机状态和数据信息以及通信电文发送到神州天鸿网络管理中心,再由网管中心将所有数据信息通过专线发送到移动目标调度监控中心;移动目标调度监控中心所发出的指令或信息将通过专线发送到神州天鸿网络管理中心,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。
5.系统功能
5.1移动目标的定位、地图轨迹显示
实现人员、车辆和飞机的实时定位功能,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、车辆和飞机的位置信息直观反映在电子地图上。同时,可以根据用户的需求,将人员、车辆和飞机的动态轨迹展现在电子地图上。(见图6)
图6 车辆定位地图显示
5.2火源、火场快速定位
通过使用神州天鸿终端的定位功能,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神州天鸿系统终端,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。
5.3移动目标行进方向、速度
使用神州天鸿系统终端,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。
5.4移动目标的智能监控
通过短信息功能,移动目标调度监控中心 发出控制指令,通播所有车载/机载/手持终端或指定某一手持/车载/机载终端车辆位置、车辆状态等信息传送到监控中心;通过神州天鸿系统的通信功能,可以实现某些自动监测设备工作状态数据的自动回传。
5.5移动目标调度控制
移动目标调度监控中心可以根据人员、车辆和飞机当前所处的位置,根据需要发出相关调度控制指令给所辖手持/车载/机载终端,实现人员、车辆和飞机的调度指挥。指挥部可以通过神州天鸿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。(见图7)
图7 调度信息显示
5.6移动目标信息通信
移动目标调度监控中心与人员/车辆/飞机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。通过神州天鸿终端,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。
5.7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,指挥部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,指挥部可以指引后续队伍沿同一路径抵达火场。移动目标调度监控中心可以预先设置人员、车辆行进路线或飞机的航线,当人员、车辆或飞机偏离预定线路时,控制中心将触发偏航告警,同时将告警信息显示出来。(见图8)
图8 车辆紧急告警(图中京A修改)
5.8移动目标紧急告警
手持/车载/机载终端设置紧急告警按钮,当人员、车辆或飞机发生紧急情况,需要救助时,可通过简单按钮操作发送紧急告警信息,及时通知移动目标调度监控中心或安全、救援单位当前人员/车辆/飞机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。
5.9火源地抵达告警
当人员、车辆或飞机即将抵达火源地后,由防火队员、车辆驾驶员或飞行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移动目标调度监控中心,并在电子地图上显示人员、车辆或飞机位置轨迹信息并弹出告警信息。
5.10图片传输
利用神州天鸿终端通信功能,可以将火场实际情况的图片回传到指挥部,供领导决策使用。
5.11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。
5.12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(见图9)
图9 多窗口监控
5.13面积测量
在火场周围适当部署神州天鸿终端,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。
5.14防火设施的规划、验收
在林火预防中通过使用神州天鸿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,也可以利用神州天鸿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。
5.15日常巡查管理、车辆管理
通过使用神州天鸿终端的定位功能,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。
5.16治沙造林、林业勘察
神州天鸿系统可应用于林业资源管理方面,例如治沙造林规划、验收。林业勘察方面勘察点的快速、精确定位,野外作业的双向通信。
6.系统应用特点
6.1 自主知识产权、国内政策主导
神州天鸿系统是基于我国自主的 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,受我国政策的主导。因此,相比于国外GPS/Inmarsat-C/OmniTracs等系统,神州天鸿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。
6.2 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。
6.3 终端体积小、功耗低
系统终端设备高度集成化,安全稳定,设备体积小,便于安装和维护;同时终端设备发射功率小,节电理想。
6.4 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。
6.5 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,将报告信息反馈到监控中心,或发送个人信息、E-mail等。
6.6 动态调度功能
调度人员能在任意时刻由监控中心发出文字调度指令,调度所辖防火队员、车辆、飞机作业,并得到确认信息。
6.7 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/飞机的运行路线、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。
6.8 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。
6.9 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。
7.终端技术指标
7.1应用系统技术指标:
1) 畅通率: 99.9%
2) 误码率: 小于1×10-5
3) 报文长度:200字节/次
4) 传输速度:上行链路 15.625Kb/s;下行链路 31.25Kb/s
5) 响应时间:高≤1秒;中≤ 5秒;低≤ 10秒
6) 系统处理能力:150万次/小时
7) 定位精度:平面5~15米,高程7米,差分5米
8) 授时精度:单向-30ns;双向-10ns
9) 通信波段(终端至卫星):发射-L波段;接收-S波段
10) 覆盖区域:北纬5°~55°,东经70°~145°
7.2车载终端设备技术指标:
1) 接收部分
接收天线
波束宽度:俯仰方向 10°~75° (手持终端设备20°~75°)
水平方向 0°~360° (手持终端设备0°~120°)
频率:S波段
2) 发射部分
发射天线
波束宽度:俯仰方向 10°~75° (手持终端设备20°~75°)
水平方向 0°~360° (手持终端设备0°~120°)
频率:L波段
首次捕获时间: ≤4秒(从开机通道接收并解调出信息所需时间,
不包括用户认证时间)
失锁再捕获时间:≤1秒
3) MTBF(平均故障间隔时间):≥8000小时
4) 环境条件
冲击:6g/s
振动:0.1g/(20-100)Hz
湿度:100%(45℃)
车内部分工作环境温度:-10~+55℃
车外部分工作环境温度:-30~+55℃
储存环境温度:-55~+70℃(液晶显示器为-30~+70℃)
5) 整机体积:≤0.003m3(未包括天线)
6) 整机重量:≤2kg(未包括天线)
7) 电源:直流10~32V 纹波≤1%,具备电源逻辑控制功能。
8) 接收功耗≤6W
9) 接口标准:RS232
8 .应用实例
大兴安岭森林防火辅助决策系统
本系统利用神州天鸿系统结合电子地图(GIS)形成了森林防火的辅助决策系统,适应了国家林业局大力提倡将高科技引入森林防火的需求,并建立了成功的典范,此系统在2002年4月全国森林防火工作现场会上进行了成功演示,并得到国家林业局各级领导的一致认可。并在大兴安岭逐步加大了投入数量,使得大兴安岭的防火体系达到了我国先进水平。
此系统是将神州天鸿终端设备装载到防火队员、防火汽车或飞机上,在人员、汽车和飞机运动时,系统自动将当时定位信息实时传输到地区防火指挥部,在电子地图上形成实时轨迹,迅速直观的显示人员、汽车和飞机的运动位置和方向,同时还可以随时发送短信息进行多方或单方的交流,使防火指挥部 时间掌握各地人员及火场各种现场情况,以便对其进行指挥调度,并及时作出决断。同时可将运行轨迹存入历史数据库中,系统将在需要时从数据库中直接读出并显示。
该系统主要用于扑火队员、车辆行进、扑火运兵、飞机巡护、机降扑火的跟踪定位、通信。防火了望塔上安装该系统可实时传输所采集到的各项数据,以判断林火发生的状况。还可用于野外导航、测定火场面积、林业资源调查等工作。