北京卫星导航中心　张　婷　魏　来



基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统

北京卫星导航中心张婷魏来

畜牧业的信息化建设突飞猛进，利用遥感、地理信息系统、全球导航卫星系统（GNSS）技术控制畜牧业系统的运行。文章着重介绍了一种基于GNSS技术研发的飞机牧区作业导航监控系统的组成、功能和其在草原防火和草原病虫害防治方面的应用。

GNSS；牧区作业；监控

1.引言

“美丽的草原我的家，风吹绿草遍地花”，我国拥有60亿草原，约占国土面积的40%，其中50亿亩在西部，由于长时间过度放牧、自然和人为灾害的影响，导致草原的生态坏境受到严重的威胁，严峻的草地生态环境形势，引起了各界人士对维护草地生态环境和建立可持续发展的草原畜牧业生产体系的关注。利用GNSS技术调查、监测和预报不同利用状态下草原草场的时空规律和形态，为评估退化草地的恢复和改良提供依据和实践措施是十分必要和有效的。针对牧区高科技作业安全所设计的飞行保障系统，我们研制了基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统。

2.基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统

基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统具有对飞机的实时监控及飞行航线偏航报警两大基本功能。系统以GPS+GLONASS+北斗（COMPASS）的多系统卫星组合定位和北斗信息传输平台为基础，不仅实现了本机的精确定位，还可以将自身的位置通过北斗平台发往指挥机构。

2.1COMPASS平台

COMPASSⅡ是在CPMPASSⅠ的基础上，我国自主研发和建立的全球卫星导航定位系统，不仅具有三维定位、三维测速和定时能力，而且具有一定的通信能力。系统由卫星星座（地面同步卫星、高轨道卫星和中轨道导航定位卫星组成）、地面监控和用户设备组成。在建成全球卫星导航定位系统后，将由5颗GEO、3颗IGSO和27颗MEO组成。该平台最大的特点是可以同时提供定位与数据通信功能，这优越于其它以往的任何设备，仅仅提供定位功能或者仅仅提供通信功能，非常适合用做监控调度及指挥应用。COMPASSⅡ平台同时具有“远距离、全天候、无盲区”的特点，可以为飞行指挥机构提供及时、高效、准确的飞行数据，以便对飞机的飞行情况进行实时监控。

2.2系统的组成

基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统由地面和空中部分组成。其中地面部分主要包括“北斗指挥通信系统”（总部的北斗中心指挥机，分别的北斗指挥机）、“监控调度指挥系统”（监控平台）两部分，远程计算机通过网络交换机控制视频控制系统（红外一体机、球形云台、视频会议终端和DVD播放机）。空中部分主要包括“GNSS机载终端设备”和“UniPilot飞行安全系统”两部分。工作流程是：牧区作业的飞机（安装有机载终端GNSS和飞行安全系统UniPilot），实时接收天空中的北斗卫星和GPS卫星信号，并发送请求经卫星转发后传送给总部的北斗中心指挥机，通过监控平台、数据服务器和通信服务器，将信号处理后经网络给分部的北斗指挥机，将信息通过上行链路经GPS卫星或北斗卫星转发给牧区作业的飞机，机载终端和飞行安全系统处理后指挥飞机正常运行。

2.3系统的主要功能

（1）地面部分子系统

地面部分由北斗指挥通信系统和监控调度两大部分组成。北斗通信系统包括北斗中心指挥机及天线等；监控调度系统包括通信服务器、数据服务器、监控调度平台软件和监控终端（多屏视频系统）等。它可以实时在卫星遥感地图上显示飞机的位置及状态；同时记录飞机的飞行数据。

（2）监控调度指挥系统

系统日志：按照时间和事件将系统运行的每一步操作分类，并记录下来；

系统备份：进行系统、数据库的备份和恢复；

用户管理：对用户档案的添加、修改和删除进行管理；

监控服务：实时监控各直升机的飞行状态；

矢量地图服务：提供矢量地图的显示和操作；

遥感图服务：提供遥感地物的显示和操作；

数字高层模型图服务：提供模型图的显示和操作；

信息接收处理服务：将接收到的采集数据进行解密、解码后，按照统一的格式重新打包以进行入库和实时分发；

GIS引擎：提供将数据库中的海量GIS数据进行检索和提取的功能模块；

数据库连接引擎：管理数据库连接池，以保证系统的整体运行效率。

（3）监控平台系统

基于GNSS的飞机牧区作业导航监控系统的监控平台，采用多屏视频系统，它是一套性能强大的高端图像处理系统，能够在不同的屏幕上显示各自不同的画面，又可共同组合成一幅大画面，既可以在多个显示终端上同时显示多个动态画面，用于同时显示不同的场景，也可以将多个显示终端组合成为一个大的终端来显示超大、超宽画面。

3.应用

GNSS飞机牧区作业导航监控系统利用机载终端可以对牧区发生火灾的操场进行快速地点精确定位（在草原中单点定位可以达到5-6米的精度），在第一时间把精确的坐标发布给给各个扑救机构，由救灾指挥中心根据传送回来的火灾数据，在指挥系统中进行精确定位，同时确定下来操场周边的各种水源点的坐标，在最短的时间内确定火场周边最佳取水点，迅速锁定扑救目标，而且制定扑救方案和现场应急指挥最有效的基础数据。其次，在机载终端输入大概的火灾边缘点，划定火灾范围，并根据实时的温度、湿度、风力风向等天气情况，以及附近人员、房屋、牧场、水资等基本状况，制定 人员疏散、物资抢救、扑火切入点等方案。最大程度地挽回火灾损失，提高救火效率并减少扑救过程中的人员伤亡。GNSS飞机牧区作业导航监控系统还应用于草原灭蝗，GNSS技术可以准确

定位蝗虫发生的地理位置和面积，并与虫灾资料连接起来，从而便于在地理信息系统中分析处理，同时还可以用来作为飞施防病虫害时的导航仪。如今，飞机按照机载终端确定的经纬度作业，灭蝗药物喷洒均匀，可以实现大面积连片喷洒，既简便又准确。

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