鄧亞男，余妍霓，謝鑫

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在減災(zāi)救災(zāi)方面的應(yīng)用

鄧亞男，余妍霓，謝鑫

（河北金融學(xué)院，河北 保定 071051）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了不容小覷的作用，其應(yīng)用前景十分廣闊。就減災(zāi)救災(zāi)方面來說，北斗的地質(zhì)監(jiān)測(cè)、短報(bào)文和導(dǎo)航追蹤功能都為這一領(lǐng)域作出了重大貢獻(xiàn)。早在2008年對(duì)汶川大地震的援助救災(zāi)中，北斗就為抗險(xiǎn)救災(zāi)提供了巨大的便利，救援部隊(duì)使用北斗的短報(bào)文功能進(jìn)行了應(yīng)急通訊，使得寶貴的救援時(shí)間每一秒都花在了刀刃上。2020-06-23，最后一顆北斗組網(wǎng)衛(wèi)星成功發(fā)射運(yùn)行標(biāo)志著中國全面建成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)如今已經(jīng)覆蓋全球。隨著時(shí)間的推移，北斗系統(tǒng)的技術(shù)越來越成熟，也能更好地參與減災(zāi)救災(zāi)工作了。

北斗衛(wèi)星；導(dǎo)航系統(tǒng)；自然災(zāi)害；減災(zāi)救災(zāi)

1 引言

2020年的中國是多災(zāi)多難的，新冠肺炎、森林火災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)害、冷凍雪災(zāi)、降雨洪澇、地震活動(dòng)的連續(xù)發(fā)生使中國人民受盡了苦難。這些事件的發(fā)生凸顯了針對(duì)自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、發(fā)現(xiàn)、救援的重要性。自然災(zāi)害的發(fā)生是人類目前所不能避免的，所以對(duì)自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要，監(jiān)測(cè)災(zāi)害的發(fā)生就能提前做好準(zhǔn)備，保證能及時(shí)撤離人員并減少財(cái)產(chǎn)損失。除了災(zāi)害監(jiān)測(cè)，應(yīng)急預(yù)警信息和救援行動(dòng)是挽救生命和避免災(zāi)害產(chǎn)生更嚴(yán)重后果的高效手段。然而，對(duì)自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、發(fā)現(xiàn)、救援都不是輕而易舉的事情。自然災(zāi)害的發(fā)生充滿不確定性，突發(fā)性自然災(zāi)害更會(huì)導(dǎo)致斷電、通信線路中斷等使得政府不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)其存在并對(duì)災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行救援。所以，有必要對(duì)如何減少自然災(zāi)害帶來的損失進(jìn)行更深入的研究，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在自然災(zāi)害的減災(zāi)、救災(zāi)中發(fā)揮不可或缺的補(bǔ)充作用。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成和功能

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯格洛 納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空面段、地面段和用戶段三部分組成?？臻g段，北斗系統(tǒng)空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星等組成；地面段，北斗系統(tǒng)地面段包括主控站、時(shí)間同步/注入站和監(jiān)測(cè)站等若干地面站，以及星間鏈路運(yùn)行管理設(shè)施；用戶段，北斗系統(tǒng)用戶段包括北斗兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，短報(bào)文通信等能力。

3 傳統(tǒng)減災(zāi)救災(zāi)措施

3.1 傳統(tǒng)減災(zāi)救災(zāi)措施列舉

3.1.1 災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)

災(zāi)害預(yù)警是通過觀測(cè)各種災(zāi)害發(fā)生的不同特征，來預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。在古時(shí)人們就會(huì)根據(jù)動(dòng)物的異常行為、異樣的氣候來猜測(cè)災(zāi)難發(fā)生。而現(xiàn)代在科技飛速發(fā)展的背景下，預(yù)警災(zāi)難的方式也更科學(xué)有效。各種各樣的災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)層出不窮：①地震預(yù)警。地震發(fā)生最初時(shí)，產(chǎn)生2種波，一種是速度快但破壞力有限的縱波，速度約6 km/s；一種是跑得較慢但破壞性更大的橫波，傳播速度約為3.5 km/s。地震預(yù)警系統(tǒng)就是利用了縱波比橫波傳播速度快、電磁波又遠(yuǎn)比地震波快的原理。地震一旦發(fā)生，深入地下的探測(cè)儀器就可以檢測(cè)到縱波，然后傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即刻能計(jì)算出震級(jí)、烈度、震源等大致信息，迅速向破壞性地震波尚未波及的區(qū)域發(fā)出地震避險(xiǎn)警報(bào)。②洪水預(yù)警。通過一定的技術(shù)手段對(duì)水文觀測(cè)站所在的河段處、水庫的進(jìn)水口或者重要的水利設(shè)施進(jìn)行本時(shí)段的流量、水位、土壤含水量、降水量、蒸發(fā)量等一系列的測(cè)量，從而對(duì)未來一定時(shí)期的狀態(tài)做出預(yù)報(bào)或預(yù)測(cè)。洪水預(yù)報(bào)首要關(guān)注的是洪水的徑流深、峰現(xiàn)時(shí)間和洪峰流量這3個(gè)要素，然后是整個(gè)洪水的發(fā)生過程。

3.1.2 災(zāi)前防備措施和災(zāi)后救助措施

一般通過加固房屋，宣傳防災(zāi)知識(shí)，開展防災(zāi)演練，健全減災(zāi)規(guī)劃管理制度等措施來達(dá)到防災(zāi)的目的。為了減少災(zāi)害損失，無數(shù)工程學(xué)者致力于研究出更好的防災(zāi)房屋。以應(yīng)對(duì)地震為例，為了研究出更好的抗震房屋，工程師最開始采用了彈性設(shè)計(jì)的方法，企圖用更大的房屋支柱來抵抗地震的引力。但隨著不斷進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，這種方法的弊端顯現(xiàn)了出來。更大的支柱會(huì)受到更大的地震吸引力。在發(fā)現(xiàn)彈性設(shè)計(jì)的方法行不通后，工程學(xué)者采用了延性設(shè)計(jì)的方法，通過改善建筑截面的承載能力來達(dá)到抗震的目的。之后有了更加先進(jìn)的抗震方法，比如消能子結(jié)構(gòu)、隔震結(jié)構(gòu)等。更好的房屋構(gòu)造不止能對(duì)地震減災(zāi)，也能減少火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等的災(zāi)害損失。

有效的防災(zāi)制度和強(qiáng)烈的群眾防災(zāi)意識(shí)是必不可少的，公眾需要充分意識(shí)到自然災(zāi)害的危險(xiǎn)性，并有足夠的防災(zāi)意識(shí)，才能在災(zāi)害發(fā)生時(shí)有更好的應(yīng)對(duì)能力，減少悲劇的發(fā)生。政府會(huì)通過完善減災(zāi)救災(zāi)的相關(guān)制度、加大應(yīng)對(duì)災(zāi)害的宣傳以達(dá)到更高效減災(zāi)救災(zāi)目的。

災(zāi)害發(fā)生后，政府收到災(zāi)情通知，會(huì)組織救助人員前往災(zāi)情地點(diǎn)實(shí)施救助，并提供救援物資，妥善安排好受災(zāi)群 眾。而如何更快地獲取災(zāi)情信息以安排救助成了災(zāi)后救助的重點(diǎn)。

3.2 傳統(tǒng)減災(zāi)救災(zāi)措施具體分析

現(xiàn)有的減災(zāi)救災(zāi)措施，比如災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、防災(zāi)房屋、防災(zāi)宣傳等等都是必不可少的，但僅僅利用這些措施還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能有效地將災(zāi)害防患于未然，減災(zāi)救災(zāi)仍然存在不少難點(diǎn)。

災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)往往不夠精準(zhǔn)。就地震預(yù)測(cè)來說，東漢時(shí)期張衡發(fā)明的候風(fēng)地動(dòng)儀，并不能預(yù)測(cè)地震的發(fā)生，只能在地震時(shí)感知地震發(fā)生的方向，不能確定具體位置和震級(jí)大小?，F(xiàn)在的地震預(yù)警系統(tǒng)要先進(jìn)很多，但預(yù)警系統(tǒng)只能在幾十秒甚至幾秒之前感知到地震的發(fā)生，而越接近震中，電磁波與地震波的時(shí)間差越短，提供的預(yù)警時(shí)間就越短，這種預(yù)警對(duì)于重災(zāi)區(qū)的居民來說沒有太大意義。

救災(zāi)過程中也存在許多難點(diǎn)，難以精確定位到傷員位置、災(zāi)后通訊不暢不能及時(shí)實(shí)施救助等等。災(zāi)害發(fā)生后，交通和通訊中斷，無法在第一時(shí)間傳出求救信息，物資運(yùn)輸不便，人員擁擠。調(diào)配不合理會(huì)造成很多救災(zāi)人員擠在一處狹小的區(qū)域，而又有其他受災(zāi)區(qū)域沒得到救災(zāi)人員及時(shí)的救助。救災(zāi)過程中最為突出的矛盾就是有限的能力和災(zāi)情信息管理的無限需求。

4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在減災(zāi)、救災(zāi)方面的應(yīng)用

4.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在減災(zāi)方面的應(yīng)用

4.1.1 大風(fēng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)測(cè)量大氣的風(fēng)速和風(fēng)向，最大風(fēng)速可測(cè)150 m/s，精度1 m/s，風(fēng)向精度3°。該系統(tǒng)的強(qiáng)大測(cè)量功能可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)的走向及其大小，向漁民發(fā)布預(yù)警，減少漁民在航海時(shí)遭遇惡劣天氣而發(fā)生的災(zāi)難。當(dāng)臺(tái)風(fēng)足夠大時(shí)，向臺(tái)風(fēng)預(yù)計(jì)行駛軌道上的居民發(fā)布警告，提醒人們不要出行。

4.1.2 洪澇

洪澇產(chǎn)生的直接原因是洪水，洪水是由高山融水或降水量過多而產(chǎn)生的。氣象衛(wèi)星遙感水情監(jiān)測(cè)和北斗衛(wèi)星大氣水汽監(jiān)測(cè)可以預(yù)報(bào)短期強(qiáng)降水。在汛期期間，北斗衛(wèi)星可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各長江流水的水位變化，在信號(hào)較弱的地區(qū)也能及時(shí)通信將水位信息發(fā)送出去。

4.1.3 地震

將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與分布在各地的地震監(jiān)測(cè)儀器直接相連，就能準(zhǔn)確獲得各個(gè)地震監(jiān)測(cè)儀的位置信息和時(shí)間信息。由于北斗衛(wèi)星能提供靜態(tài)厘米級(jí)的高精度定位服務(wù)，所以，就能在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立地震監(jiān)測(cè)儀來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地質(zhì)的變化同時(shí)將信息傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)的變化，及時(shí)做出地震災(zāi)害預(yù)警，為當(dāng)?shù)厝嗣竦奶由鸂?zhēng)取寶貴時(shí)間。例如，四川處于喜馬拉雅-地中海地震帶上，是地震災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，可以就該地區(qū)建立特別監(jiān)察點(diǎn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)該地區(qū)的地質(zhì)變化，做到及時(shí)預(yù)警。

4.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在救災(zāi)方面的應(yīng)用

4.2.1 短報(bào)文功能

北斗的短報(bào)文功能在救災(zāi)中發(fā)揮了十分重要的作用。北斗衛(wèi)星在地球同步軌道上提供的衛(wèi)星通信服務(wù)是北斗的特色服務(wù)，這是區(qū)別于其他導(dǎo)航系統(tǒng)不同的一點(diǎn)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有SMS短報(bào)文通信服務(wù)，能夠從地面發(fā)送請(qǐng)求由GEO衛(wèi)星接收轉(zhuǎn)發(fā)給地面中心，再由地面中心發(fā)送信息到GEO衛(wèi)星，由其轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送請(qǐng)求的對(duì)象。在災(zāi)害發(fā)生后，傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)往往也會(huì)被破壞，導(dǎo)致救援力量無法迅速到達(dá)，實(shí)施救助時(shí)救援人員和物資也沒法得到最合理的安排。這時(shí)候北斗的短報(bào)文功能就發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，受災(zāi)地區(qū)可以通過北斗及時(shí)發(fā)出求救信息以得到幫助，前線救援人員和救援指揮部隊(duì)也可以通過北斗進(jìn)行通信交流，保證了救援時(shí)間的有效利用和救援物資的及時(shí)供給。例如2008年的汶川地震，當(dāng)時(shí)災(zāi)區(qū)通信基站等基礎(chǔ)設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，北斗依靠獨(dú)門絕技，發(fā)出災(zāi)區(qū)傳出的第一條信息，并在后續(xù)實(shí)施搜救中發(fā)揮重要作用。

4.2.2 導(dǎo)航定位功能

北斗全天候、全天時(shí)的導(dǎo)航也為救災(zāi)提供了很多便利。在發(fā)生重大災(zāi)害后，救援行動(dòng)是一個(gè)艱巨的任務(wù)。如何安排救援的路線，救災(zāi)物資才能在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)災(zāi)害地點(diǎn)。災(zāi)害后的路段情況極大可能與往常的不同，比如地震后，災(zāi)害地點(diǎn)附近的路段會(huì)產(chǎn)生巨大道路裂縫、路面出現(xiàn)大量障礙物等情況，同時(shí)還要警惕余震的出現(xiàn)。利用傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備來監(jiān)控救災(zāi)路線情況顯然是不行的，因?yàn)樵跒?zāi)害發(fā)生的一瞬間就足以切斷傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以利用導(dǎo)航定位功能時(shí)時(shí)定位救災(zāi)車輛的進(jìn)度、傳遞信息在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)最優(yōu)的救災(zāi)方案。

5 在疫情時(shí)期北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)做出的貢獻(xiàn)

2020年，一場(chǎng)突如其來的疫情席卷了武漢，并且以飛快的速度傳播開來，導(dǎo)致整個(gè)中國都深受疫情的影響。這次新冠肺炎的確診病例累計(jì)到今天共確診了八萬多人，但與海外確診病例相比，真的是小巫見大巫。中國之所以能夠迅速控制住疫情，全國人民都作出了巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)，在這場(chǎng)抗擊新冠肺炎的疫情中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起了重要作用。

疫情期間，出現(xiàn)在各大短視頻平臺(tái)上的“喊話”無人機(jī)其實(shí)就是北斗衛(wèi)星發(fā)揮了作用。這些無人機(jī)運(yùn)用了北斗高精度定位導(dǎo)航技術(shù)，通過對(duì)街道或人口密集的地區(qū)進(jìn)行巡察和監(jiān)控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和制止不帶口罩或者人與人密切接觸的不當(dāng)行為。甚至部分無人機(jī)還安裝了紅外線熱成像功能，能夠遠(yuǎn)程對(duì)人體進(jìn)行溫度測(cè)量，以達(dá)到快速發(fā)現(xiàn)感染者的目的。在火車站、機(jī)場(chǎng)等人流聚集區(qū)，裝有消毒液的無人機(jī)也是大顯身手，用它們進(jìn)行消殺，既快捷又能避免感染的風(fēng)險(xiǎn)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工程總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)指出，基于北斗的無人機(jī)、無人配送車也紛紛應(yīng)用到此次疫情的醫(yī)療物資配送。這些無人機(jī)和無人配送車?yán)帽倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精確定位功能可以準(zhǔn)確地將醫(yī)療物資派送到目的地，這也有效地杜絕了人與人之間的密切接觸，降低了病毒傳播的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于物資運(yùn)輸?shù)穆肪€和方案，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)都能夠從監(jiān)控道路及疫情情況中分析出最優(yōu)路線，以保證物資運(yùn)輸?shù)囊宦?暢通。

除此之外，北斗衛(wèi)星擁有的高精度測(cè)量技術(shù)對(duì)武漢火神山、雷神山醫(yī)院的建立起到了關(guān)鍵性作用，在提高建立效率的同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)了精度測(cè)量。

6 結(jié)束語

由此可見，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必將擔(dān)負(fù)起減災(zāi)救災(zāi)的重要任務(wù)。該系統(tǒng)不僅僅是在減災(zāi)救災(zāi)方面有諸多應(yīng)用，更是關(guān)乎國家安全的戰(zhàn)略核心技術(shù)和裝備，是大國重器?？萍际菄野踩Ｕ系闹匾С至α浚挥姓莆樟撕诵募夹g(shù)，才能從根本上保障國家安全。

［1］羅政.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布中的應(yīng)用［J］.數(shù)字通信世界，2020（2）：27-28.

［2］吳清榮，楊澤寒，付建華.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.河南科技，2015（12）：28-29.

［3］盧鋆.敲黑板、劃重點(diǎn)！走向世界的北斗三號(hào)系統(tǒng)服務(wù)［EB/OL］.［2019-05-21］.http://www.beidou.gov.cn/zy/ kpyd/201905/t20190522_18117.html.

［4］李愛群，高振世，張志強(qiáng).工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)［M］.2版.南京：東南大學(xué)出版社，2012.

TN967.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.050

2095－6835（2020）22－0117－03

鄧亞男（1999—），女，四川達(dá)州人，河北金融學(xué)院學(xué)生。余妍霓（1998—），女，四川西昌人，河北金融學(xué)院學(xué)生。謝鑫（1999—），女，湖南益陽人，河北金融學(xué)院學(xué)生。

〔編輯：張思楠〕