衛(wèi)星通信助力海上LBS應(yīng)用發(fā)展

●　文|中國交通通信信息中心　杜忠平　史 婧

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衛(wèi)星通信助力海上LBS應(yīng)用發(fā)展

●文|中國交通通信信息中心杜忠平史 婧

由于衛(wèi)星應(yīng)用涉及眾多不同的領(lǐng)域，而各個領(lǐng)域在應(yīng)用方面又有著較大的區(qū)別，如衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航等，其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈相對較為復(fù)雜[1]。以衛(wèi)星通信在交通行業(yè)的應(yīng)用為例，目前在鐵路、公路、水路、航空等多個領(lǐng)域進行了深入應(yīng)用，如GPS在智能交通系統(tǒng)（ITS）中的應(yīng)用；基于衛(wèi)星定位和無線通信技術(shù)的道路電子收費系統(tǒng)，以及衛(wèi)星通信在航運安全方面的應(yīng)用。衛(wèi)星通信憑借其覆蓋范圍廣、不受地理條件影響等優(yōu)勢，與地面通信系統(tǒng)形成互補，廣泛應(yīng)用于地面通信系統(tǒng)不易覆蓋或建設(shè)成本過高的領(lǐng)域，如通過衛(wèi)星進行位置定位，解決了地面通信系統(tǒng)無法全球覆蓋的問題。

在航運領(lǐng)域，衛(wèi)星通信技術(shù)輔助獲取遠距離船舶的海上位置。船舶位置的獲取[2]主要通過兩種方式，一種方式通過船載設(shè)備和近岸基站的交互，獲取近岸船舶的識別和位置定位；第二種方式是通過船載設(shè)備和衛(wèi)星之間的信息交互，獲取遠距離船舶的位置定位，解決岸基無法覆蓋區(qū)域的船舶位置定位問題，目前常用的遠距離船舶定位信道包括船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）衛(wèi)星、海事衛(wèi)星和北斗等。通過岸基和衛(wèi)星兩種方式可以實現(xiàn)覆蓋全球范圍的船舶位置定位。

船舶位置作為貫穿整個航運鏈條的基礎(chǔ)要素，其定位的準確性、時效性和全面性對航運至關(guān)重要，關(guān)系到海上信息服務(wù)的完善和提升，進而可加快推進航運傳統(tǒng)行業(yè)向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。本文將以寶船網(wǎng)為例，探討在衛(wèi)星通信技術(shù)的助力下，基于船舶位置的海上綜合信息服務(wù)的應(yīng)用場景和發(fā)展方向。

一、海上位置信息服務(wù)的應(yīng)用

基于位置的服務(wù)（Location Based Service，LBS）：它是通過電信移動運營商的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)）或外部定位方式（如GPS）獲取移動終端用戶的位置信息（地理坐標，或大地坐標），在地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。

基于船舶位置的海上綜合信息服務(wù)（Marine Location Based Service，MLBS）：它是通過船載通信設(shè)備和外部定位方式（如AIS衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星、海事衛(wèi)星等）獲取船舶的位置信息，并為用戶提供基于位置的增值服務(wù)。因此，MLBS不只是提供船舶位置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，它將融合與航運相關(guān)的多種基礎(chǔ)信息，如船舶靜態(tài)信息、港口信息、GIS信息和氣象信息等，并利用云服務(wù)、時空大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，創(chuàng)造出數(shù)據(jù)半成品和多種增值服務(wù)。基礎(chǔ)信息的查詢和服務(wù)是MLBS最基本的服務(wù)，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供的增值服務(wù)是MLBS的核心內(nèi)容和價值體現(xiàn)。

寶船網(wǎng)就是提供MLBS的平臺，它是北京國交信通科技發(fā)展有限公司自主研發(fā)和運營的，基于云服務(wù)，以船舶位置為基礎(chǔ)，融合全球電子海圖、全球岸基和衛(wèi)星AIS船舶動態(tài)和全球?qū)I(yè)氣象數(shù)據(jù)的綜合信息服務(wù)平臺，如圖1所示。

圖1　寶船網(wǎng)綜合信息服務(wù)平臺界面

寶船網(wǎng)主要具有以下功能。

（1）近岸AIS船舶跟蹤

平臺利用岸基AIS采集頻率高、信息豐富的特點，提供基于沿岸的AIS船舶動態(tài)和靜態(tài)信息，目前擁有最高質(zhì)量的中國沿海港口AIS船舶跟蹤數(shù)據(jù)。

（2）遠距離衛(wèi)星AIS船舶跟蹤

衛(wèi)星AIS[3]是一種遠距離船舶感知和定位技術(shù)，通過低軌道衛(wèi)星接收船舶發(fā)送的AIS報文信息，然后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的地球站，實現(xiàn)對遠海海域航行船舶的監(jiān)控。平臺通過遍布全球的低軌道的衛(wèi)星AIS星座和十多個地面基礎(chǔ)設(shè)施，感知遠離近岸航行的船舶AIS數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠洋航行船舶的近實時動態(tài)跟蹤，如圖2、圖3所示。

圖2　遠距離船舶信息采集

圖3　遠距離衛(wèi)星AIS船舶跟蹤

（3）船舶歷史軌跡查詢

系統(tǒng)自動存儲船舶歷史位置信息，用戶可以選擇時間段回放船舶航行軌跡，重新展現(xiàn)船舶航行過程，如圖4所示。

圖4　船舶歷史軌跡回放

（4）臺風(fēng)及海洋氣象預(yù)報

提供AWT全球權(quán)威海上氣象預(yù)報信息，這些信息和船舶位置信息進行疊加，直觀明了，易于海上日常生產(chǎn)和安全管理，如圖5所示。

圖5　臺風(fēng)及海洋氣象預(yù)報

（5）全球電子海圖支持

提供CMap全球電子海圖數(shù)據(jù)，符合IHO關(guān)于電子海圖數(shù)據(jù)的國際規(guī)范標準，全球范圍內(nèi)電子海圖數(shù)據(jù)實時更新，隨時隨地保障安全，如圖6所示。

圖6　全球電子海圖

（6）API服務(wù)

提供應(yīng)用開發(fā)接口（API）服務(wù)，可根據(jù)自身實際業(yè)務(wù)定制，實現(xiàn)在寶船網(wǎng)基礎(chǔ)上進行個性化開發(fā)。

海圖API服務(wù)包括提供全球電子海圖的瀏覽操作；支持在海圖上添加文字、圖片、線型、區(qū)域等標注信息；支持批量船舶展示；支持單船、多船軌跡顯示；提供多種繪制工具：標注工具、繪制折線工具、繪制多邊形工具、繪制矩形工具、繪制圓形工具、測量距離工具、電子方位線工具。

數(shù)據(jù)API服務(wù)包括提供船舶查詢服務(wù)；提供船舶基本信息查詢服務(wù)；提供船舶最新船位查詢服務(wù)；提供船舶歷史軌跡查詢服務(wù)；提供獲取指定區(qū)域船舶服務(wù)。

二、MLBS的應(yīng)用場景分析

以寶船網(wǎng)為例，將從時間、地點、人物和空間四個維度探討MLBS的應(yīng)用場景。

1．MLBS二維場景分析

二維即時間和地點，寶船網(wǎng)中船舶動態(tài)定位即包含了這兩個元素，即在什么時間船舶到達了什么地點（經(jīng)度、緯度）。在二維場景下，主要要求對船舶位置定位的準確性、及時性和完整性進行不斷完善和展示。

2．MLBS三維場景分析

三維即時間、地點和人物。任何事物只有在人的參與下，才會體現(xiàn)出其價值和意義。寶船網(wǎng)是一個基礎(chǔ)性船位數(shù)據(jù)平臺，也是一個基于大航運市場的生態(tài)系統(tǒng)，這個生態(tài)中包含多個人物角色，有船東、船舶管理公司、船舶投資方、船舶代理、貨主、貨代、拖車公司、船員等。在整個航運過程中，參與者不論貨方、船方，或是航運服務(wù)方，都是圍繞船舶的實際位置開展活動的，所有角色所關(guān)心的是以船舶位置為基礎(chǔ)的不同增值服務(wù)。從船東、船公司的角度看，通過MLBS可以有效控制運營成本，評估航運前景；從貨主的角度看，MLBS可以輔助高效、低成本的尋找到可用船舶，實時追蹤貨物運輸狀態(tài)；從服務(wù)方看，MLBS可快速促成交易，提高作業(yè)效率，降低等待成本，提升服務(wù)質(zhì)量；從政府監(jiān)管看，通過MLBS可以強化監(jiān)管，輔助決策，提升服務(wù)。

3．MLBS四維場景分析

四維即時間、地點、人物和空間，其中空間可以認為是應(yīng)用場景，同樣的事物在不同場景的應(yīng)用是不同的。MLBS的應(yīng)用場景包括港口、航運物流、航運金融、船舶管理、航線規(guī)劃、風(fēng)險評估、海上目標及區(qū)域預(yù)警、水上設(shè)施評估、全球經(jīng)濟預(yù)測等。MLBS可以在不同場景對事物的表現(xiàn)形式進行預(yù)測和影響。

MLBS在港口中，通過船位的實時位置跟蹤，可以有效降低船舶到離港預(yù)報不準確導(dǎo)致的港口資源浪費、調(diào)度計劃跟不上變化、港口服務(wù)程度低等問題，同時港口監(jiān)管單位也可以依據(jù)船舶運行軌跡，高效開展源頭防治、全程監(jiān)管和應(yīng)急處置等工作。在港區(qū)規(guī)劃中，也可以通過對港區(qū)設(shè)施（錨地、泊位等）使用率評估，對港區(qū)規(guī)劃提供輔助決策。

MLBS在航運物流領(lǐng)域中，是將位置信息服務(wù)轉(zhuǎn)換為物流信息服務(wù)，通過跟蹤貨物的運載工具船，而實現(xiàn)對貨物的實時跟蹤，從而為物流鏈中涉及的所有參與者提供預(yù)判能力、輔助決策能力，從而降低物流成本，提高調(diào)配效率，協(xié)調(diào)多種運輸工具，形成快速、暢通、便捷的物流綜合服務(wù)體系。

MLBS在航運金融方面主要表現(xiàn)在海上保險、船舶融資和航運價格衍生產(chǎn)品方面。MLBS以船舶位置為基礎(chǔ)，將航運要素資源進行有效配置，提升風(fēng)險防范和管控能力，構(gòu)建一個與之匹配的航運金融服務(wù)體系。

MLBS在航運交易方面可以實現(xiàn)線上船貨匹配，線下資源配置的方便、高效、快捷的新模式。

MLBS在船舶管理方面，可以結(jié)合船舶動靜態(tài)信息，從安全、效率、成本等多方面進行管理。

MLBS在航線規(guī)劃方面，可以融合全球航線變化趨勢、航道信息、氣象信息和船舶信息等多方面信息，不斷調(diào)整并制定出低成本、高安全的優(yōu)質(zhì)航線。

另外，MLBS還可以允許服務(wù)對象自定義海上目標和設(shè)定區(qū)域，對目標范圍內(nèi)的船只進行行為動態(tài)監(jiān)測和預(yù)警。

最后，通過全球船舶航行軌跡，可以推測出世界航運中心的轉(zhuǎn)移，即全球經(jīng)濟中心的轉(zhuǎn)移。航運起始于歐洲，在20世紀70年代，主要活躍于歐美地區(qū)，自20世紀80年代，航運中心越來越向亞洲轉(zhuǎn)移，尤其以東南亞最為明顯。通過對世界經(jīng)濟發(fā)展趨勢預(yù)測，可以及時調(diào)整發(fā)展方向和投資戰(zhàn)略。

三、結(jié)論

衛(wèi)星通信技術(shù)隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的不斷完善，全球船舶的位置跟蹤也將更及時、更高質(zhì)。本文以寶船網(wǎng)為例，介紹了通過衛(wèi)星通信技術(shù)，解決了岸上基站對遠距離船舶監(jiān)控困難的問題，從而獲取了覆蓋全球范圍的船舶位置動態(tài)信息。基于全球船位信息，可提供船舶動靜態(tài)信息、歷史軌跡、接口服務(wù)、數(shù)據(jù)半成品等服務(wù)，并指出基礎(chǔ)信息的查詢和服務(wù)是MLBS最基本的服務(wù)，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供的增值服務(wù)是MLBS的核心內(nèi)容和價值體現(xiàn)。最后，從時間、地點、人物和空間四個維度分析了基于船舶位置的海上綜合信息服務(wù)在港口、航運物流、航運金融、船舶管理、航線規(guī)劃、風(fēng)險評估、海上目標及區(qū)域預(yù)警、水上設(shè)施評估、全球經(jīng)濟預(yù)測等領(lǐng)域的應(yīng)用場景。

參考文獻

[1]劉功亮，李暉.《衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》[M].中國郵電出版社.2015.3.ISBN：9787115383303.

[2]何立居.同步定位衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海上船舶監(jiān)控中的應(yīng)用[J],航海技術(shù).2007,S1(B03):36-38.

[3]周翔宇，吳軒濤，齊壯，楊宗默.關(guān)于衛(wèi)星AIS對沖突信號識別的綜述[J], 中國水運月刊，2014,14(10):97-99.