一种基于高通量卫星的油气输送管线环境感知方法及系统与流程

本发明涉及卫星应用和油气输送管线监测，特别是涉及一种基于高通量卫星的油气输送管线环境感知方法及系统。

背景技术：

1、ka波段的频率范围为26.5～40ghz，通常用于卫星通信。ka波段最重要的一个特点是频带较宽，因此，ka频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(hdtv)、卫星新闻采集(sng)、vsat业务、直接到户(dth)业务及个人卫星等新业务提供条件。ka波段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。在ka波段频率下，用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益，而是受制于抑制其他系统干扰的能力。ka波段卫星通信特别适合宽带数字传输、高速卫星通信等需求，随着高频元器件及工艺等问题的解决和大量卫星通信新技术的应用，ka波段宽带卫星通信逐渐走向成熟实用阶段。

2、ka频段宽带卫星通信系统概述如下：

3、(1)通信频率范围。位于国际卫星通信第三区的我国其可用ka波段划分为：卫星上行频率27.5～31ghz，下行17.7～21.2ghz，总带宽3.5ghz。

4、(2)通信卫星运行轨道。在3.6万公里同步轨道及小于5千公里低轨位置都有ka波段通信卫星在轨运行，如法国ka-sat宽带通信卫星和“铱星”系统星间链路ka波段通信系统。

5、ka波段宽带卫星通信的优势：

6、(1)宽带高速。总带宽达到3.5ghz，而c、ku波段则只有500～1000mhz的带宽。viasat-1全ka波段卫星通信总容量达到了140gbps，为ku波段卫星容量的100倍以上。

7、(2)抗干扰性能优越。由于各种干扰源其频率都远离ka波段，所以不可能对ka波段卫星通信造成任何干扰。

8、(3)天线口径小。ka波段卫星转发器使用蜂窝状多点波束具有较高的eirp值，通信频率高在使用相同尺寸天线接收时能获得比c、ku波段更高的天线增益。这些特性使ka波段天线尺寸可以做得很小。

9、(4)远端设备小巧。远端设备体积小重量轻，非常适合在各种应急情况下外出采访时使用。

10、(5)安装开通方便快捷。设备开通对外部安装环境要求低，天线架设占地很小，安装开通十分方便快捷。

11、高通量卫星采用多点波束和频率复用技术使系统容量大幅提升，卫星资源使用成本更低；ka高通量卫星带宽更大、传输速率更高，终端尺寸更小，用户采购终端认证后即可入网，大大降低了卫星通信的使用门槛。高通量卫星还具备接入专网和公专网融合接入的能力，可按需配置多种等级的加密手段，能够满足各类用户业务及管控要求。

12、然而，现有技术尚未存在基于ka高通量卫星的油气输送管线环境感知的成熟技术方案，存在解决上述问题的技术需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案，一种基于高通量卫星的油气输送管线环境感知方法及系统，基于卫星通信、卫星导航、卫星遥感一体化实现对油气输送管线环境的实时智能感知，提升环境感知数据(音频、视频、遥感数据等)的回传效率，提升信息的时效性，提升油气输送等应用场景中的信息获取速度和信息整体通信系统运行质效，充分发挥高通量卫星稳定双向传输的优势，确保安全回传和端侧应用升级迭代。

2、本发明一方面提供了一种基于高通量卫星的油气输送管线环境感知方法，包括：

3、s1，确定与所述油气输送相关的多个参数，并基于所述多个参数确定与所述油气输送管线环境感知系统对应的分布态势和网络拓扑；

4、s2，采集油气输送管线环境感知数据形成信息，基于所述分布态势和网络拓扑在与所述油气输送管线环境感知系统的各个模块之间进行信息交互，在预定时间段后判断是否在所述模块之间完成所述信息交互；

5、s3，如果完成所述信息交互，且判断最终完成信息交互的模块为主节点，则实施步骤s4，如果完成所述信息交互，且判断最终完成信息交互的模块不为主节点，则实施步骤s5；

6、s4，建立临时独占高通量卫星链路，通过所述临时独占高通量卫星链路进行数据传输和汇聚，对汇聚后的所述数据进行数据处理后将所述数据处理结果通过同一所述临时独占高通量卫星链路进行处理后的数据的回传；

7、s5，进行数据采集和汇聚，对汇聚后的所述数据进行数据处理后将所述数据处理结果通过实时建立的非独占高通量卫星链路进行数据回传。

8、优选的，所述s1包括：

9、s11，解析经纬度数值，基于所述经纬度数值确定与所述油气输送管线环境感知系统对应的设备位置姿态；

10、s12，识别油气输送管线rfid参数；

11、s13，基于所述设备位置姿态以及所述油气输送管线rfid参数确定与所述油气输送管线环境感知系统对应的分布态势和网络拓扑。

12、优选的，所述采集油气输送管线环境感知数据基于多维态势感知模块实现，所述多维态势感知模块包括传感器设备、动态巡查设备以及多维态势感知信息融合设备；其中：

13、所述传感器设备包括光学、红外、烟雾、气象、土壤、震动温度、湿度和含氧量中的一种或多种传感器设备；所述传感器设备中内置环境风险识别算法；

14、所述多维态势感知信息融合设备通过sar卫星和光学卫星遥感影像或sar航空遥感影像与光学航空遥感影像中的一种复合遥感手段获取遥感数据，将所述遥感数据与所述传感器设备获得的数据进行数据融合，从而实现所述油气输送管线环境感知数据的多维态势感知。

15、优选的，所述数据处理采用云数据处理方式或边缘数据处理方式进行；其中所述云数据处理方式基于智能云模块实现，所述边缘数据处理方式基于智能终端模块实现；所述边缘数据处理方式为网络边缘计算方式或者移动边缘计算方式。

16、优选的，所述临时独占高通量卫星链路以及所述实时建立的非独占高通量卫星链路的建立基于自动化推演模块实现，包括：

17、根据用户资源使用需求和位置信息，推演所述高通量卫星链路对应的高通量卫星服务方案中技术参数和服务要求；

18、基于所述技术参数和服务要求进行所述高通量卫星链路的三维立体建模形成卫星链路三维立体模型；

19、对所述卫星链路三维立体模型进行高通量卫星应用可行性和易用性分析，基于通过高通量卫星应用可行性和易用性标准的所述卫星链路三维立体模型建立所述临时独占高通量卫星链路以及所述实时建立的非独占高通量卫星链路；其中，高通量卫星应用可行性和易用性标准包括具备快速响应能力并有效支撑油气管线环境感知。

20、优选的，所述方法还包括：

21、s6，基于融合信息展示模块对所述数据处理结果进行显示，包括：

22、s61，将所述分布态势、所述高通量卫星链路、所述油气输送管线环境感知信息、与所述油气输送管线环境感知系统对应的设备参数和设备运行状态信息进行信息融合形成融合信息；

23、s62，基于gis和数字引擎的三维建模和立体化展示所述融合信息；

24、其中，所述融合信息展示模块按需进行本地化部署；展示形式包括web或app展示形式。

25、优选的，所述s1实施前还包括：进行油气输送管线环境感知的初始化，包括：

26、进行油气输送管线环境感知所对应系统加电；

27、进行油气输送管线环境感知系统中各个模块的初始化。

28、本发明的第二方面在于提供一种基于高通量卫星的油气输送管线环境感知系统，包括：

29、分布态势和网络拓扑确定模块(101)，用于确定与所述油气输送相关的多个参数，并基于所述多个参数确定与所述油气输送管线环境感知系统对应的分布态势和网络拓扑；

30、环境数据采集和交互模块(102)，用于采集油气输送管线环境感知数据形成信息，基于所述分布态势和网络拓扑在与所述油气输送管线环境感知系统的各个模块之间进行信息交互；

31、判断模块(103)，用于在各个模块之间进行信息交互的预定时间段后判断是否在所述模块之间完成所述信息交互；

32、第一高通量卫星传输和感知模块(104)，用于判断完成所述信息交互，且判断最终完成信息交互的模块为主节点，则实施如下步骤：建立临时独占高通量卫星链路，通过所述临时独占高通量卫星链路进行数据传输和汇聚，对汇聚后的所述数据进行数据处理后将所述数据处理结果通过同一所述临时独占高通量卫星链路进行处理后的数据的回传；

33、第二高通量卫星传输和感知模块(105)，用于判断完成所述信息交互，且判断最终完成信息交互的模块不为主节点，则实施如下步骤：进行数据采集和汇聚，对汇聚后的所述数据进行数据处理后将所述数据处理结果通过实时建立的非独占高通量卫星链路进行数据回传。

34、本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。

35、本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。

36、本发明提供的基于高通量卫星的油气输送管线环境感知方法和系统，具有如下有益效果：

37、基于卫星通信、卫星导航、卫星遥感一体化实现对油气输送管线环境的实时智能感知，提升环境感知数据(音频、视频、遥感数据等)的回传效率，提升信息的时效性，提升油气输送等应用场景中的信息获取速度和信息整体通信系统运行质效，充分发挥高通量卫星稳定双向传输的优势，确保安全回传和端侧应用升级迭代。