卫星/GSM双模通信方式在石油工业中的应用

何志敏 梅大成　西南石油学院

一、引言

　　在油田开发过程中，任何一个环节稍有疏漏就会造成巨大经济损失。由于受现场设备、人员认识角度及技术水平等各方面的限制，难免出现错误判断造成指挥操作不当。因此，基地指挥人员和专家需要及时掌握现场动态，制定出相应的技术方案指导现场施工。特别是在即将发生如“井喷”这样的意外事故时，如果不能及时关井，则可能造成巨大的损失。但是，靠人力去关井可能会造成人员伤亡，所以采用计算机控制就显得极为重要。而且，有些作业区位于偏远地区的沙漠、戈壁及海洋等交通不便的地方，采用单一的地面通讯手段不能将现场动态信息实时的传递回基地和各相关职能部门，很可能延误处理异常情况的宝贵时间。因此，我们提出使用卫星通讯方式，以实现信息传送和远程控制的实时性。本文即是针对井喷情况，提出的一种实时的基于卫星及GSM双模通讯的关井方案。

二、常见的几种移动卫星通信系统

（1）铱卫星

　　这是由美国同摩托罗拉公司牵头组建的铱星世界公司经营的低轨道全球移动通信卫星星座。它采用77颗卫星分布在7个极地圆轨道上，类似于铱原子外层电子分布，后来又改为66颗卫星运行在6个极地圆轨道上。铱星系统采用了星上处理、星间链路等大量先进复杂的技术，在研制和部署过程中实现了预期的功能，一直为世人所瞩目。

（2）轨道通信卫星系统

　　ORBCOMM卫星通信系统是由美国轨道科学公司和加拿大全球通信公司共同组建的全球卫星通信星座。ORBCOMM系统以低轨道卫星星座取代传统的地面通信站来提供低价位的全球覆盖，它直接联入internet，以电子邮件的形式为用户服务。由于数据传输速率只有2400bit/s，ORBCOMM系统只能提供近实时的低速率数字通信业务，而不能提供话音、视频等业务。

（3）全球星

　　全球星卫星通信系统是美国劳拉公司和高通公司牵头组建的低轨道星座全球移动卫星通信系统。全球星的设计思想与铱星系统有很多相似的地方，它也是利用低轨道星座提供世界范围内的移动通信服务。全球星提供的用户终端类型包括手机电话、固定电话和车载终端，业务内容有话音、信息、传真和数据等。全球星星座共有56颗卫星，包括48颗工作卫星和8颗在轨备用星。全球星系统利用的CDMA技术，话音质量、通话保密性和安全性要好于地面GSM网。全球星在经营中一直注重价格与服务的经济适用性，其用户终端手机价格和通话费要比铱星低。随着手机生产规模的扩大，手机价格还将继续下降，市场占有率将进一步增大。

三、系统构成

　　比较了几种卫星通讯方式，在本系统中，我们采用全球星通讯系统，并选取全球星双模卫星电话作为通信终端。

（1）双模控制机制

　　由于某些钻井现场位于偏僻的地区，任何一种单一的通信手段都不能满足他们全面的需要，因此在本系统中，使用的是双模控制机制。本系统提供一种综合的解决方案，利用卫星和地面无线通信系统相结合，从而保证通信的正常进行。

　　双模控制的目的是控制确定通信采用的通道。

　　利用GSM的短消息通信时，卫星电话将信息通过GSM网络传到短消息中心，然后短消息中心通过GSM网络将信息传到工控机中的GSM模块，进而传送给工控机。同样，工控机也能通过短消息中心的转接将信息传到卫星电话。在GSM网络地区，这种通信方式成功率高，通信速度快。

　　利用卫星系统通信时，卫星手机将信息发到卫星终端。信息再从卫星终端通过卫星发往工控机中的卫星收发模块，由卫星收发模块将接收到的信息传送给计算机。此种方式的通信速度较快，不受地域等因素的限制，具有准实时的性能。

　　双模卫星电话在需要发送信息时，必须确定信息发送的信道。全球星双模电话具有自动/人工选择GSM模式/全球星模式的功能。在人工状态下，用户可以自行选择采用GSM模式还是全球星模式。而在自动状态下，采用的控制机制为GSM优先的方法，即在需发送信息时，先检查GSM信号场强，如果场强满足发送要求，则通过GSM发送。如果GSM信号场强不允许发送，或GSM发送失败，则采用全球星模式，通过卫星发送信息。

（2）系统结构

　　该系统属于钻井监控系统的一部分，主要目的是防止意外事件的发生。该系统主要用于即将发生井喷这样的意外事故时，需要及时关井的情况。当钻井监测系统检测到某些参数已超过允许值，可能发生意外情况时，立即发出报警信号，启动此关井系统。

　　工控机中的卫星收发模块用于控制卫星通信链路，GSM模块用于控制GSM链路。工控机为双模终端的核心。它负责接收从钻井设备传来的信息，如果有报警信息需要发送，则选择信息从卫星收发模块或GSM模块发出，以实现双模智能控制。双模卫星电话接收到报警信号后，选择通过卫星模式或GSM模式发送关井信号，通过卫星或GSM网络传送到卫星收发模块或GSM模块，工控机接收卫星收发模块或GSM模块的信息，控制关井设备，使其执行关井操作。

（3）工控机内部通信方式

　　由于卫星电话是双模的，它在发送信号时可以选择自动或人工模式，根据其工作原理，我们可以得知，在每次发送信息时，它只可能以一种方式进行。因此在工控机中也只能是卫星收发模块和GSM模块中的一个接收到信息。所以在接收卫星电话的信息时，并不存在竞争，只需接收到信息的模块提出申请，工控机收到此申请后，发送允许命令，然后二者之间即可进行通信。

　　但是，在工控机要向卫星手机发送数据时，就需要选择是采用卫星通讯方式还是GSM通讯方式。本系统采用GSM优先的方式。即先通过GSM模块发送信息，成功后将返回成功的信息。如果失败，则选择卫星通讯方式，由卫星收发模块发送信息。

　　整个系统的实现，还包括各个模块间的通讯，以及和钻井监测系统的其他部分之间的匹配。
全球星/GSM的双模通信方式，既利用了GSM网络价格低廉的优势，又利用了卫星技术提供的经济、完美的沟通方式，特别适用于偏僻、通信不发达的地区。此种方式运用于石油工业，将大大加强作业过程的实时管理和控制，加强作业过程的安全性。

----《中国数据通信》