基于北斗/世廣技術的船舶實時監控系統概述

曹愛萍，蔡喜光，趙美慧

(威海海洋職業學院，山東 威海 264300)

1 船舶實時監控系統發展現狀

目前，國內外船舶監控及定位方式主要是通過AIS、SSAS、GPS+GPRS/CDMA+GIS、北斗衛星技術等，尤其是GPS+GPRS/CDMA+GIS和北斗技術特別適用于GPRS技術覆蓋不到的偏遠及信號較弱的海域，北斗技術和GPS技術的融合對船舶領域的定位監控系統具有重要意義。

常見的定位監控系統有以下幾種：

VTS+AIS。AIS[1]是船舶自動識別系統的英文簡稱，裝有AIS設備的船舶能夠在VHF覆蓋范圍內獲得所有附件船舶的運行快慢、行駛方位、間隔距離以及船舶的名稱、型號等信息。VHF對這些信息的發送間隔會隨著船只運行速度的提高而減小，當船舶停靠時，信息發送的時間間隔會長達數分鐘。但是，當船舶在航道中高速運行時，則會每兩秒鐘發送一次覆蓋范圍內所有船舶的航行信息，因此AIS技術有效避免了船只相互間發生碰撞等事故，極大提高了船只出行效率。

Inmarsat+SSAS。SSAS是船舶保護報警系統[2]的英文簡稱，當船只受到危險或攻擊時，啟動報警系統可以通過Inmarsat向有關部門發送包括船只名稱、位置、當前狀態等信息在內的報警信號，可以極大地提高船只遇險后的被救概率，有效減少船只上的人員傷亡和財產損失。

GPS+GPRS/CDMA+GIS。這是將GPS技術、GPRS/CDMA技術和GIS技術相融合的一種獲取船舶航行信息的方式[3]。裝有GPS終端的船只通過GPS定位功能獲取相關信息，并上傳至GPRS/CDMA進行處理，將最終數據存儲在本地數據庫，最后利用GIS的地理數據顯示、分析與管理功能將船舶信息實時顯示在江面圖上，可以為基站提供準確的船舶位置、航速等信息，有利于基站對流域內各船只的監管。

北斗/世廣衛星。是將北斗系統、世廣衛星及其相應的通信網絡將船載終端、地面基站相連接起來的定位監控系統。北斗系統是完全由我國科研人員研發的系統，擁有完整的知識產權，具有導航、測速和授時功能，且其定位精密度和測速精度高，不僅適用于信息流暢的區域內，在比較偏遠的航道內仍然具有良好的導航監測功能，獨有的短報文功能可以實現用戶與基站的雙向通信，不僅能夠完成基站對用戶的管理和監測，用戶也可以向基站發送簡單的通行信息基于以上特點，北斗衛星導航系統在國內外船舶監測領域必然將得到大規模的應用和發展。

2 北斗/世廣衛星實時監控系統的結構

北斗衛星系統其發展過程分為三步[3]：第一步為北斗衛星一號系統，已經建設完畢。第二步為北斗二號系統，截至2012年基本完成亞太區全覆蓋。第三步2019年已基本完成，其輻射范圍已覆蓋全世界，成為在GPS、GLONASS之后的第三大衛星導航系統。其在GPS、GLONASS的基礎上加入了短報文功能，極大豐富了相關應用功能。

北斗衛星導航系統與GPS衛星導航系統比較。目前，GPS仍是世界范圍內應用最廣的導航定位監控系統，但是隨著北斗技術的日益完善，會有越來越多的用戶體驗到北斗技術的方便與強大。GPS與CNSS導航系統的覆蓋范圍均輻射全球，可以為全球用戶提供服務。目前，GPS可以服務的衛星數量有24個，CNSS可服務的衛星數量高達35個，可以更加精準地輻射到一些比較偏僻或者偏遠的地方。GPS的定位精度為5 m，CNSS的定位精度為10 m。

北斗/世廣衛星系統的結構組成和工作原理。主要由太空北斗/世廣衛星構成的太空通信系統、船載終端系統、岸邊基站監控系統三大部分組成，其結構原理圖如圖1所示。

圖1 工作原理圖Fig.1 Schematic diagram

船載終端是衛星通信系統和岸邊基站監控系統的聯絡樞紐，通過衛星通信系統完成船舶航行位置、航信速度等信息的接收和發送，并接收岸邊基站控制系統的指令和信號，可完成信息采集、觸發報警、實時定位、導航檢測等多種功能。

衛星通信系統由北斗衛星和世廣衛星兩大部分組成，主要起到信號傳輸作用。北斗衛星導航系統具有聯系用戶和岸邊基站的雙向短報文功能，導航和定位時效性較高。

岸邊基站監控系統的主要功能是收集信息并對船舶進行監控，進而發出指令和信號，引導船舶安全有序的航行。

系統可實現的功能。通信功能：通過北斗/世廣衛星的定位監控系統，在已經安裝終端的船舶上可以實現船舶間的雙向通信、岸邊基站對船舶的雙向通信、船舶和岸上移動設備的短消息通信。報警功能：當裝有北斗終端的船舶遭遇到危險時，可以啟動緊急報警按鈕，向岸邊基站及附近船舶申請緊急救援，船載終端會連續發送報警信息直至控制中心確認。報警信息中包含船舶當前所處位置、運行速度等。

3 世廣衛星監控系統的主要效益

社會效益。利用北斗/世廣衛星監控的船舶系統將為全中國乃至全世界的船舶海上作業，尤其是偏遠航線上的船舶監管做出十分有益的貢獻。實現了船舶終端、陸地監管、太空信息的三方信息交換，實現了船舶終端和網絡通信、船舶終端和監控系統的雙向通信。基于北斗導航系統的全天候不間斷的實時定位監控功能，可以實現對遠洋偏僻航線航行的船舶進行全面的監控管理，降低船舶發生危險或者事故的概率，提高國內外對船舶的監管水平。通過監管可以有效地規范海上漁船的航行秩序，大大減少了違規違法船只的出現。

經濟效益。北斗/世廣衛星監控系統的出現，突破了我國海洋安全監管系統建設的技術難點，使我國在海洋監管領域擁有了獨立自主權的導航監控系統，實現了港口、基站、遠洋一體化監控。北斗/世廣衛星的導航定位監控系統為船舶提供了海上緊急情況的實時報警，大大增加了船舶航行的可靠性和搜救成功的可能性，對海上船舶的安全救助提供了有利幫助，從而大大降低了船只和船員的生命財產風險。

推廣應用前景。利用北斗/世廣衛星組成的導航定位為基礎的海洋船舶安全信息監管系統在全國海洋管理系統上具有里程碑式的意義，為推動我國海洋經濟發展做出了不可磨滅的貢獻。