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减灾救灾方面北斗卫星导航系统的应用

2020-11-26 299 上传者：管理员

摘要：北斗卫星导航系统在很多领域都发挥了不容小觑的作用，其应用前景十分广阔。就减灾救灾方面来说，北斗的地质监测、短报文和导航追踪功能都为这一领域作出了重大贡献。早在2008年对汶川大地震的援助救灾中，北斗就为抗险救灾提供了巨大的便利，救援部队使用北斗的短报文功能进行了应急通讯，使得宝贵的救援时间每一秒都花在了刀刃上。2020-06-23，最后一颗北斗组网卫星成功发射运行标志着中国全面建成了北斗卫星导航系统，北斗系统如今已经覆盖全球。随着时间的推移，北斗系统的技术越来越成熟，也能更好地参与减灾救灾工作了。

关键词：
减灾救灾
北斗卫星
北斗系统
导航系统
自然灾害
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1、引言

2020年的中国是多灾多难的，新冠肺炎、森林火灾、风雹灾害、冷冻雪灾、降雨洪涝、地震活动的连续发生使中国人民受尽了苦难。这些事件的发生凸显了针对自然灾害的监测、发现、救援的重要性。自然灾害的发生是人类目前所不能避免的，所以对自然灾害的监测就显得尤为重要，监测灾害的发生就能提前做好准备，保证能及时撤离人员并减少财产损失。除了灾害监测，应急预警信息和救援行动是挽救生命和避免灾害产生更严重后果的高效手段。然而，对自然灾害的监测、发现、救援都不是轻而易举的事情。自然灾害的发生充满不确定性，突发性自然灾害更会导致断电、通信线路中断等使得政府不能在第一时间发现其存在并对灾害地区进行救援。所以，有必要对如何减少自然灾害带来的损失进行更深入的研究，北斗卫星导航系统能够在自然灾害的减灾、救灾中发挥不可或缺的补充作用。

2、北斗卫星导航系统的组成和功能

中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

北斗卫星导航系统由空面段、地面段和用户段三部分组成。空间段，北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成；地面段，北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施；用户段，北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，短报文通信等能力。

3、传统减灾救灾措施

3.1传统减灾救灾措施列举

3.1.1灾害预警系统

灾害预警是通过观测各种灾害发生的不同特征，来预测灾害发生的时间和地点。在古时人们就会根据动物的异常行为、异样的气候来猜测灾难发生。而现代在科技飞速发展的背景下，预警灾难的方式也更科学有效。各种各样的灾难预警系统层出不穷：(1)地震预警。地震发生最初时，产生2种波，一种是速度快但破坏力有限的纵波，速度约6km/s；一种是跑得较慢但破坏性更大的横波，传播速度约为3.5km/s。地震预警系统就是利用了纵波比横波传播速度快、电磁波又远比地震波快的原理。地震一旦发生，深入地下的探测仪器就可以检测到纵波，然后传给计算机，计算机即刻能计算出震级、烈度、震源等大致信息，迅速向破坏性地震波尚未波及的区域发出地震避险警报。(2)洪水预警。通过一定的技术手段对水文观测站所在的河段处、水库的进水口或者重要的水利设施进行本时段的流量、水位、土壤含水量、降水量、蒸发量等一系列的测量，从而对未来一定时期的状态做出预报或预测。洪水预报首要关注的是洪水的径流深、峰现时间和洪峰流量这3个要素，然后是整个洪水的发生过程。

3.1.2灾前防备措施和灾后救助措施

一般通过加固房屋，宣传防灾知识，开展防灾演练，健全减灾规划管理制度等措施来达到防灾的目的。为了减少灾害损失，无数工程学者致力于研究出更好的防灾房屋。以应对地震为例，为了研究出更好的抗震房屋，工程师最开始采用了弹性设计的方法，企图用更大的房屋支柱来抵抗地震的引力。但随着不断进行的实验，这种方法的弊端显现了出来。更大的支柱会受到更大的地震吸引力。在发现弹性设计的方法行不通后，工程学者采用了延性设计的方法，通过改善建筑截面的承载能力来达到抗震的目的。之后有了更加先进的抗震方法，比如消能子结构、隔震结构等。更好的房屋构造不止能对地震减灾，也能减少火灾、台风等的灾害损失。

有效的防灾制度和强烈的群众防灾意识是必不可少的，公众需要充分意识到自然灾害的危险性，并有足够的防灾意识，才能在灾害发生时有更好的应对能力，减少悲剧的发生。政府会通过完善减灾救灾的相关制度、加大应对灾害的宣传以达到更高效减灾救灾目的。

灾害发生后，政府收到灾情通知，会组织救助人员前往灾情地点实施救助，并提供救援物资，妥善安排好受灾群众。而如何更快地获取灾情信息以安排救助成了灾后救助的重点。

3.2传统减灾救灾措施具体分析

现有的减灾救灾措施，比如灾害预警系统、防灾房屋、防灾宣传等等都是必不可少的，但仅仅利用这些措施还远远不能有效地将灾害防患于未然，减灾救灾仍然存在不少难点。

灾害预警系统往往不够精准。就地震预测来说，东汉时期张衡发明的候风地动仪，并不能预测地震的发生，只能在地震时感知地震发生的方向，不能确定具体位置和震级大小。现在的地震预警系统要先进很多，但预警系统只能在几十秒甚至几秒之前感知到地震的发生，而越接近震中，电磁波与地震波的时间差越短，提供的预警时间就越短，这种预警对于重灾区的居民来说没有太大意义。

救灾过程中也存在许多难点，难以精确定位到伤员位置、灾后通讯不畅不能及时实施救助等等。灾害发生后，交通和通讯中断，无法在第一时间传出求救信息，物资运输不便，人员拥挤。调配不合理会造成很多救灾人员挤在一处狭小的区域，而又有其他受灾区域没得到救灾人员及时的救助。救灾过程中最为突出的矛盾就是有限的能力和灾情信息管理的无限需求。

4、北斗卫星导航系统在减灾、救灾方面的应用

4.1北斗卫星导航系统在减灾方面的应用

4.1.1大风

北斗卫星导航系统可以实时测量大气的风速和风向，最大风速可测150m/s，精度1m/s，风向精度3°。该系统的强大测量功能可以精准预测台风的走向及其大小，向渔民发布预警，减少渔民在航海时遭遇恶劣天气而发生的灾难。当台风足够大时，向台风预计行驶轨道上的居民发布警告，提醒人们不要出行。

4.1.2洪涝

洪涝产生的直接原因是洪水，洪水是由高山融水或降水量过多而产生的。气象卫星遥感水情监测和北斗卫星大气水汽监测可以预报短期强降水。在汛期期间，北斗卫星可以实时监测各长江流水的水位变化，在信号较弱的地区也能及时通信将水位信息发送出去。

4.1.3地震

将北斗卫星导航系统与分布在各地的地震监测仪器直接相连，就能准确获得各个地震监测仪的位置信息和时间信息。由于北斗卫星能提供静态厘米级的高精度定位服务，所以，就能在一些偏远地区设立地震监测仪来实时监测地质的变化同时将信息传输到监测中心。通过实时监测地壳运动的变化，及时做出地震灾害预警，为当地人民的逃生争取宝贵时间。例如，四川处于喜马拉雅-地中海地震带上，是地震灾害多发地区，可以就该地区建立特别监察点，重点监测该地区的地质变化，做到及时预警。

4.2北斗卫星导航在救灾方面的应用

4.2.1短报文功能

北斗的短报文功能在救灾中发挥了十分重要的作用。北斗卫星在地球同步轨道上提供的卫星通信服务是北斗的特色服务，这是区别于其他导航系统不同的一点。

北斗卫星导航系统拥有SMS短报文通信服务，能够从地面发送请求由GEO卫星接收转发给地面中心，再由地面中心发送信息到GEO卫星，由其转发给发送请求的对象。在灾害发生后，传统的通讯网络往往也会被破坏，导致救援力量无法迅速到达，实施救助时救援人员和物资也没法得到最合理的安排。这时候北斗的短报文功能就发挥了至关重要的作用，受灾地区可以通过北斗及时发出求救信息以得到帮助，前线救援人员和救援指挥部队也可以通过北斗进行通信交流，保证了救援时间的有效利用和救援物资的及时供给。例如2008年的汶川地震，当时灾区通信基站等基础设施遭到严重破坏，北斗依靠独门绝技，发出灾区传出的第一条信息，并在后续实施搜救中发挥重要作用。

4.2.2导航定位功能

北斗全天候、全天时的导航也为救灾提供了很多便利。在发生重大灾害后，救援行动是一个艰巨的任务。如何安排救援的路线，救灾物资才能在最短的时间内到达灾害地点。灾害后的路段情况极大可能与往常的不同，比如地震后，灾害地点附近的路段会产生巨大道路裂缝、路面出现大量障碍物等情况，同时还要警惕余震的出现。利用传统的监控设备来监控救灾路线情况显然是不行的，因为在灾害发生的一瞬间就足以切断传统的监控设备。而北斗卫星导航系统可以利用导航定位功能时时定位救灾车辆的进度、传递信息在最短的时间内到达最优的救灾方案。

5、在疫情时期北斗卫星导航系统做出的贡献

2020年，一场突如其来的疫情席卷了武汉，并且以飞快的速度传播开来，导致整个中国都深受疫情的影响。这次新冠肺炎的确诊病例累计到今天共确诊了八万多人，但与海外确诊病例相比，真的是小巫见大巫。中国之所以能够迅速控制住疫情，全国人民都作出了巨大贡献。同时，在这场抗击新冠肺炎的疫情中，北斗卫星导航系统起了重要作用。

疫情期间，出现在各大短视频平台上的“喊话”无人机其实就是北斗卫星发挥了作用。这些无人机运用了北斗高精度定位导航技术，通过对街道或人口密集的地区进行巡察和监控，能够及时发现和制止不带口罩或者人与人密切接触的不当行为。甚至部分无人机还安装了红外线热成像功能，能够远程对人体进行温度测量，以达到快速发现感染者的目的。在火车站、机场等人流聚集区，装有消毒液的无人机也是大显身手，用它们进行消杀，既快捷又能避免感染的风险。北斗卫星导航系统的工程总设计师杨长风指出，基于北斗的无人机、无人配送车也纷纷应用到此次疫情的医疗物资配送。这些无人机和无人配送车利用北斗卫星导航系统的精确定位功能可以准确地将医疗物资派送到目的地，这也有效地杜绝了人与人之间的密切接触，降低了病毒传播的风险。对于物资运输的路线和方案，北斗导航系统都能够从监控道路及疫情情况中分析出最优路线，以保证物资运输的一路畅通。

除此之外，北斗卫星拥有的高精度测量技术对武汉火神山、雷神山医院的建立起到了关键性作用，在提高建立效率的同时，又实现了精度测量。

6、结束语

由此可见，北斗卫星导航系统必将担负起减灾救灾的重要任务。该系统不仅仅是在减灾救灾方面有诸多应用，更是关乎国家安全的战略核心技术和装备，是大国重器。科技是国家安全保障的重要支持力量，而只有掌握了核心技术，才能从根本上保障国家安全。

参考文献：

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