灾害应急救援中北斗短报文与无人机协同定位技术

引言：

随着科技的飞速发展，无人机技术已经渗透到我们生活的方方面面，特别是在应急救援领域，无人机展现出巨大的潜力和价值。而在无人机应急救援场景中，北斗系统能够实时提供灾区现场的空间位置和三维图像信息，帮助救援人员迅速了解现场情况，进行态势分析和决策支持。通过无人机搭载的高精度传感器和定位设备，他们可以实时收集灾区的各种数据，并通过数据处理和分析，为救援决策提供科学依据[1]。然而，在多源异构信息融合趋势下，如何实现北斗短报文与无人机平台在空间定位链路上的深度协同，成为提升灾害应急效率的关键变量。

一、北斗短报文与无人机协同定位的技术基础与可行性分析

（一）北斗短报文通信技术概述

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）第三代部署完成后，其短报文通信（Short Message Communication, SMC）功能在应急环境中体现出不可替代性。该技术绕开地面网络依赖，以星地链路实现低带宽条件下的稳态通信，有效覆盖基站失联区域。尤其在大型自然灾害场景中，短报文作为极少仍可维持通信链路的方式之一，具有极强抗干扰与稳定穿透能力，适用于便携终端部署。然而，其报文长度及发送周期受限，决定其不适于连续大数据传输，因此如何在有限信息量内精准编码坐标与身份字段，是协同机制设计中的关键优化方向。

（二）无人机定位与信息采集能力

无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）平台在灾害救援中的应用已从被动图像采集转向主动感知与数据回传，其空域灵活性与高机动性能可有效覆盖地面死角。多旋翼系统日益集成 GNSS、惯性导航与视觉定位算法，在信号遮蔽区域可辅助进行局部坐标重构。同时，先进的图像识别模块能够自动提取特征点并与地理坐标匹配，提高空间信息解析精度。相较北斗短报文，无人机在带宽与处理速率上具有显著优势，适合执行短时高频任务。其节点可控、部署灵活的特性，使其成为构建临时协同网络的理想中介载体[2]。

（三）协同定位的可行性机制探讨

将北斗短报文的稳定性与无人机的机动性融合，可形成高度冗余、适配性强的协同定位架构。技术上，可构建“上空感知-地面标注-星间确认”的三层协作机制：无人机负责在大范围内主动侦测并下发坐标请求，地面人员通过北斗终端回应位置信息，由短报文形式上传至卫星，后续由指挥平台进行集成处理。此模式不依赖单一链路，能在多点故障环境中维持坐标流动性。在信号失真或误差不可控情况下，可引入时间戳、航迹轨迹等冗余参数对定位结果进行双向校核，从而提升数据可靠性[3]。该协同机制的优势不仅在于双向验证、快速部署，更在于其对通信资源占用极低、适应复杂灾害现场的特性，具有明确的技术可行性与实战转化潜力。

二、协同定位技术在灾害应急救援中的应用模型与实施策略

（一）应用场景划分与需求分析

在灾害应急环境中，协同定位系统的设计必须精准契合任务场景特性，以功能取向划分使用策略。地震废墟场景下，人员生存时间窗口极短，定位系统应聚焦于点位密集、空间遮蔽严重的区域内实现坐标的单向快速上报。此类场景下，地面终端搭载北斗短报文通信模块，利用其高穿透性完成信号突围，配合低空无人机热源识别或轨迹提示，实现以“标记+提取”的方式搜救被困人员。而在山林走失等大范围搜索任务中，重点在于范围扫描与频次更新。无人机以螺旋扩展或格网扫描路径运行，周期性向下发出定位请求信号，地面终端在接收信号触发位置上报后，无人机再进行实时定位确认并中继返回控制端。若涉及通信盲区临时网络重构，则以无人机为移动通信基站，承担短报文接收、缓存与定向回传角色，同时辅以高空持续悬停平台确保链路持续稳定[4]。各类场景均要求设备快速启动、流程一体化部署，确保任务驱动逻辑与技术链路匹配无缝衔接。

（二）协同技术流程与任务分配机制

构建高效可控的协同定位流程体系，需明确信息传递闭环与系统内部职责划分。流程启动阶段，无人机在预设航迹内运行，周期性播发询位信号，北斗短报文终端在接收到信号后自动激活坐标上报功能，将位置信息封装成短报文格式，向卫星上行发送，同时被无人机近距离接收并本地缓存。任务节点进入中段后，无人机依据接收到的位置信息进行空间打点，并辅以地面图像匹配或姿态反演算法进行位置二次确认，确保坐标有效性与唯一性。数据处理完成后，返回控制终端下发定位反馈，指挥中心生成响应策略。任务分工上，可依据飞行平台差异构建“探测-中继-广播”三级无人机网络[5]。轻型多旋翼平台完成前沿探测，中型无人机负责中继转发，重载无人机以固定航点悬停广播区域坐标回传信息。在设备层面，建议构建北斗模块与无人机主控板通用接口标准，控制功耗峰值不超过20W，通信接口统一为 RS-485 或 CAN 总线，以保障模块快速集成与稳定运行。系统整体需在断电环境中保持 30 分钟以上自主运行能力，确保救援窗口内数据传输不中断。

（三）实施难点与优化路径

实现北斗短报文与无人机的协同定位机制在实际部署中面临多重挑战，首要问题即设备层间接口标准不统一，导致模块间通信效率下降甚至失效。为解决此问题，应推动无人机导航主板支持嵌入式北斗通信芯片标准化模组，并在数据层定义统一坐标编码协议，以实现通信协议、硬件电压、数据帧结构三方面兼容。在复杂电磁环境中，信号衰减常致短报文上行失败，建议采用层级中继策略构建冗余链路，依托具备低频通信能力的中继无人机划分不同海拔空域进行多维信号接收与再发射，有效规避地形遮挡带来的信道断裂。当前协同系统在坐标可信度验证方面存在短板，位置数据往往缺乏源头交叉验证，难以判断误差源。对此，应引入“多源协同感知定位”模型，即基于地面短报文坐标、无人机影像识别结果与飞行轨迹反演数据的三元校核算法，实现位置数据的实时置信度评分。系统输出不再是单一坐标点，而是带有置信标签的多级空间结果集，为应急响应提供更具判断力的基础参考，最大化降低定位误判带来的资源浪费。

三、结语

围绕灾害应急救援的核心诉求，本文以“协同”为逻辑中枢，系统性剖析了北斗短报文与无人机的协作可能。在场景拆解、流程建模、系统部署与难点破解层面，构建了一套具备工程可行性与响应弹性的技术闭环。未来研究可进一步聚焦算法轻量化、模块微型化及多源动态信息融合机制，推动该类系统向“常态集成、非常可用”迈进，实现从技术储备到实战支撑的真正转化。

参考文献：

[1]李航天.空中卫士：无人机在减灾救灾中的创新应用[N].中国应急管理报,2024-06-21(6).

[2]李新亮,刘玉磊.基于北斗导航系统的无人机应急指挥系统设计[J].软件,2021,42(2):118-120.

[3]任丽艳,李英成,肖金城,等.测绘无人机灾害现场多源数据集成与智能服务[J].测绘科学,2020,45(12):139-144.

[4]李英成,薛艳丽,李西林,等.北斗短报文的无人机飞行监管技术与装备研究[J].测绘科学,2019,44(6):47-51.

[5]黄正睿,潘淼鑫,陈崇成,等.集成 LoRa 与 BDS 的应急环境监测数据获取与传输技术[J].武汉大学学报(信息科学版),2021,46(4):530-537.