卫星物联网:网络天地一体,城市内外互联
2022-09-05物联网的直接用户并非人类,而是人类所拥有的各种资产。对于生活在工业化社会当中的我们来说,每人分到几十个乃至上百个终端其实是很正常的事情。
除了私人的交通工具——汽车、电动车、自行车之外,我们还会用到一些公共交通工具,例如飞机、高铁、地铁、公交车、共享单车等等。
如果把用于各类服务的商业资产也算在内,例如物流平台、物流设备、能源设施等,我们每个人所连接的终端数量是非常多的。
在个人使用的基础上,如果出于环境保护、自然灾害预警等需要去监测山体、河流、大气、野生动物等等自然存在,物联网终端的数量可以说会达到一个天文数字。
即便是如今这样发达的物联网服务,想要完成这样的海量连接,也只不过刚刚迈入门槛而已。在万物互联的需求下,卫星物联网的技术应运而生。
★为什么要发展卫星物联网?★
2009年我国提出了发展万物互联的物联网产业,到现在十几年过去了,这个产业链正在突飞猛进地发展。
从产业规模来说,麦肯锡给出来2025年卫星物联网的产值可以达到5600到8500亿美元,而且亚洲将成为天基物联网收入符合增长率唯一超过10%的区域。
对许多人来说,“物联网”一词会让人想到智慧城市的成就,比如带有交通摄像头和空气质量传感器的路灯或自己家中的联网设备。
一个很自然的问题是,为什么你从没想使用卫星连接任何这些设备?答案是不需要。这是一些没有意义的尝试。
然而基于卫星的物联网网络产业仍在蓬勃发展,尽管在很多方面,它就像卫星宽带一样,是那些没有其他连接选择的人的最后手段。
它被广泛应用于防火、海洋船舶监控、集装箱跟踪、智慧农业等领域。
只要没有地面运营商的网络,就可以通过卫星物联网搭建一个成熟通道,解决物联网的负担问题。
当下,前端的采集传感器成熟了,后端的数据分析也成熟了,唯独中间传输层遇到了瓶颈。
不管用2G、3G还是现在的4G、5G,现在我们能实现的物联网只是城市内部的覆盖,城市外围的物联网场景仍是无人区。但是,物联网的场景大部分集中在城市外围。
在城市的外围,我国有很大一部分山水林田湖城,从生态环境建设到自然灾害的应急预警都缺乏网络覆盖。另外,海域、空域上同样也是缺乏网络覆盖的。
新基建之下,信息系统需要跟上,这些场景都是窄带物联网的应用范围,从覆盖范围来说,地面、网络是永远跟不上物联网应用场景的拓展的。
所以卫星物联网是解决物联网传输层覆盖瓶颈的唯一有效手段,没有第二个。
★什么情况下适合选用卫星物联★
第一种情况可能更明显,如果无论地面基础设施存在在哪里,它都是更好的选择,那么物联网网络的卫星连接非常适合在地面网络不存在或无法存在的地方,提供服务。
例如,人们考虑在穿越太平洋的货物集装箱上配备的跟踪设备时,那里没有5G网络,监控从中国运往加州的集装箱的唯一方法是通过卫星。农业网络和监测环境健康的网络也属于这一类。
第二种情况是存在地面基础设施覆盖,但必须跨越A点和B点之间的多个网络。这种情况最常发生在卡车运输等物流领域。
例如,在几个欧洲国家之间运输的卡车司机通常需要向沿途的多家运营商付费,以确保服务的连续性。
在这种情况下,客户就会想到卫星物联的服务。
★卫星物联应用场景示例★
1,地质监测
近年来由于雨水充沛,我国滑坡、泥石流等自然灾害频发,对人民生命和财产造成了不可估量的损失,较多地质灾害频发区域都在无信号覆盖区且监测环境恶劣,急需无人区覆盖、低功耗、全天候不受天气影响的卫星通信手段,解决数据采集及监测问题。
带有卫星通信能力的高性能地质灾害预警、土壤地质监测、气象环境监测等采集设备, 将为西藏、江西、云南等地进行地质监测提供技术支撑,保证设备在恶劣天气影响下仍可稳定工作。
2,智慧农业
为位置较为偏僻,地面网络信号覆盖差的农场,部署卫星物联设备,采集农场风速、风向、温湿度、光照等参数,为农业种植,农业养殖提供更精确的数据。
3,电网气象监测
以国家电网川藏线为例,过往都是使用直升机及车辆进行川藏线特高压电力塔巡检工作,由于川藏线大部分区域都在海拔3000m以上,部分区域海拔4000-6000米,接近直升机飞行高度极限,稍微有温度极具变化、强风、霜冻、暴雪等现象出现为直升机及地面人员巡检带来极大风险。大范围的天气预报在高原地区、尤其是垭口、山顶基本不具备参考性,而且危险地区基本没有手机信号覆盖,无法及时采集当地信息。
此时就可通过卫星回传气象信息,积累垭口风力、风向(具备湍流预警功能)、压强、温度、湿度及降雨数据,获得气象基础数据,为电力巡检人员提供积累区域气象数据,时刻掌握区域气象信息动态。
4,海上应用
通过追踪洋流运动,测量海洋表层下面设定深度的平均海流和表层温度、盐度等数据,利用通信卫星传输北斗/GPS位置及温度盐度数据给地面监控站。可应用于海洋洋流研究、溢油等污染扩散追踪、海洋渔业监测、海洋搜救等领域。
升级优化多源卫星大数据处理、构建基于船舶位置的大数据分析能力,融合人工智能、大数据计算等技术,提供面向航海保障的数据支撑服务,为海事安全监管和支撑航运经济发展提供有效服务。可通过运用AIS、北斗定位数据,经过大数据分析,获得证据并推算走私船舶运行位置,协助相关部门调取船舶航行数据,为打击海上走私,越界等违法行为提供帮助。
5,空管监控
卫星物联还可应用于空中监控。例如,2020年,某卫星识别美国军机3,715架, 消息数据量为1,513,593条,其中追踪到中国国境内数据 79,193条,监测到美国军机KC-135R加油机于 2021年1月25日在我国东海附近往台湾方向,1月27日在台湾附近。
总之,卫星物联网应用广泛,它可以和地面物联网形成互补,在一些特殊情况下,比如海上、沙漠或地面基站建设困难的地方,使用卫星物联网确实是一种很好的选择。
目前国内外已经有不少公司在研究卫星物联网,或已经商业化,例如国内中国航天科工集团进行的“行云工程”、Swarm公司构建的卫星网络。
随着卫星物联网工程的不断增多,应用也会更加常见,卫星物联网将会形成更大范围互联覆盖。