北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在現(xiàn)代航海保障中的應(yīng)用探討

◎ 鄭祥鑫 陳得新 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心湛江航標(biāo)處

1.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障中應(yīng)用的背景

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國(guó)自行研制、自主運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中具有重要地位，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于航海保障領(lǐng)域，促進(jìn)了海上航行更加便利、安全、高效。伴隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與航海保障業(yè)務(wù)有機(jī)結(jié)合的不斷深入，以及在國(guó)際海事航保領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的逐步開展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)迎來(lái)了應(yīng)用于航海保障領(lǐng)域的大好前景。進(jìn)一步加強(qiáng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的海上應(yīng)用，是適應(yīng)海事航保發(fā)展、完善海上定位導(dǎo)航服務(wù)安全機(jī)制的必然要求。

2.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和航保融合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有幾大優(yōu)勢(shì)，一是系統(tǒng)功能強(qiáng)大，北斗三號(hào)具備導(dǎo)航定位和短報(bào)文通信功能，可提供定位導(dǎo)航授時(shí)、全球和區(qū)域短報(bào)文通信、國(guó)際搜救等服務(wù)類服務(wù)；二是系統(tǒng)性能指標(biāo)先進(jìn)，全球范圍定位精度、測(cè)速精度、授時(shí)精度都達(dá)到先進(jìn)水平，亞太地區(qū)性能更優(yōu)；三是系統(tǒng)為自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)。

2020年北斗三號(hào)工程建成并開通全球服務(wù)，北斗系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)，性能也明顯提升，在全球區(qū)域定位精度優(yōu)于10米，在亞太區(qū)域性能更優(yōu)。北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星還進(jìn)一步升級(jí)拓展，系統(tǒng)耗電功率大大降低，其中短報(bào)文服務(wù)容量相比之前提升了10倍，能夠傳輸文字、語(yǔ)音和圖片，性能得到大大提升。

2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)取得的國(guó)際認(rèn)可

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是世界上被聯(lián)合國(guó)認(rèn)可的第三個(gè)海上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，納入國(guó)際船載多系統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)和國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)航海保障信息化和現(xiàn)代化方面發(fā)揮著重要的作用，是中國(guó)航海保障事業(yè)走向世界的重要依托，也是國(guó)際履約研究的重要抓手。

3.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航保的應(yīng)用

3.1 彌補(bǔ)現(xiàn)有遙測(cè)遙控系統(tǒng)弊端，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控終端全覆蓋

遙測(cè)遙控系統(tǒng)已在航標(biāo)領(lǐng)域運(yùn)用多年，之前使用的航標(biāo)遙測(cè)遙控終端基本是采用公網(wǎng)GSM和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）兩種途徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GSM數(shù)據(jù)傳輸原理是利用GPS獲得航標(biāo)實(shí)時(shí)坐標(biāo)，并利用傳感器采集航標(biāo)燈工作和狀態(tài)參數(shù)，并以標(biāo)準(zhǔn)的短信格式通過(guò)公網(wǎng)GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心的接收終端進(jìn)行處理，航標(biāo)管理人員可以通過(guò)顯示界面對(duì)航標(biāo)的工作狀況進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控。AIS原理是終端設(shè)備通過(guò)GPS等設(shè)備采集航標(biāo)6號(hào)、21號(hào)等報(bào)文后利用甚高頻的通信方式傳輸?shù)紸IS基站，通過(guò)AIS內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)航標(biāo)管理人員對(duì)航標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

這兩種方式各有弊端：GSM基站覆蓋范圍較小，在基站無(wú)法覆蓋的水域內(nèi)，其航標(biāo)信息無(wú)法回傳；AIS基站覆蓋范圍盡管可以達(dá)到20海里，但沿岸船舶數(shù)量增多，AIS信道日益擁堵，需要采用其他手段進(jìn)行彌補(bǔ)。北斗系統(tǒng)具有定位和短信通信的功能，定位精度高，信息傳輸不依賴地基通訊基站，可實(shí)現(xiàn)航標(biāo)遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸和遙測(cè)遙控范圍全面覆蓋。目前已在轄區(qū)內(nèi)開展應(yīng)用。

3.2 北斗系統(tǒng)在RBN-DGNSS中的應(yīng)用

航運(yùn)是世界最廣泛的運(yùn)輸方式之一，也屬于最早應(yīng)用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的領(lǐng)域。很長(zhǎng)一段時(shí)間，船載差分終端普遍使用GPS系統(tǒng)，但是也面臨衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)源單一、容易受制于人的境地。一旦GPS信號(hào)受到屏蔽，或者GPS信號(hào)受到干擾和區(qū)域限制，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷升級(jí)完善，為推廣北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

2016年年底，我國(guó)沿海的RBNDGPS臺(tái)站系統(tǒng)改造升級(jí)為R BNDGNSS 臺(tái)站系統(tǒng)，新系統(tǒng)支持DBDS、DGPS，可為海上公眾用戶提供更高精度的定位導(dǎo)航服務(wù)，滿足我國(guó)沿海地區(qū)的高精度定位導(dǎo)航需求。同時(shí)，根據(jù)IALA R-135建議案，采用了軟件參考站和完善性監(jiān)測(cè)臺(tái)方案，符合目前國(guó)際未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向，并建立了系統(tǒng)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)沿海各個(gè)RBN-DGNSS臺(tái)站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理。

3.3 其他航海保障工作中的作用

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)水域環(huán)境采集的多功能航標(biāo)實(shí)現(xiàn)了對(duì)沿海的潮汐觀測(cè)、水文氣象資料采集，將數(shù)據(jù)分析后提供給海上作業(yè)和航海活動(dòng)。建設(shè)覆蓋沿海重點(diǎn)水域的高精度北斗連續(xù)運(yùn)行服務(wù)參考站系統(tǒng)（BDCORS）研究建設(shè)，更加提高了定位精度，應(yīng)用于港口航道測(cè)繪和導(dǎo)助航設(shè)施建設(shè)等方面。通過(guò)將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）相結(jié)合，船載北斗終端能夠?qū)⒋暗腁IS信息通過(guò)北斗短報(bào)文通信的方式傳輸至岸基系統(tǒng)，擴(kuò)展了原有的AIS岸基系統(tǒng)，豐富了海事監(jiān)管和航海保障的手段，延伸了北斗海上應(yīng)用的范圍。

4.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景

4.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和推廣

基于航海活動(dòng)的重要性和國(guó)際化，推廣北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際海事應(yīng)用具有重要意義，在海事領(lǐng)域開展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作是獲得國(guó)際海事領(lǐng)域廣泛認(rèn)可和接受的先決條件，也是實(shí)現(xiàn)在全球航海中普及應(yīng)用的重要步驟，中國(guó)海事局推動(dòng)這項(xiàng)工作不斷取得突破性進(jìn)展。2014年國(guó)際海事組織下屬的海上安全委員會(huì)（MSC）批準(zhǔn)了船載北斗系統(tǒng)接收設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著北斗系統(tǒng)正式進(jìn)入國(guó)際海事衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在2017年召開的IMO NCSR 4會(huì)議上，多系統(tǒng)船載無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)獲得通過(guò)，北斗系統(tǒng)被寫入海事應(yīng)用的定位導(dǎo)航授時(shí)導(dǎo)則，在國(guó)際海事應(yīng)用領(lǐng)域又向前邁出了一步。2018年召開的國(guó)際搜救衛(wèi)星組織第59屆理事會(huì)使北斗系統(tǒng)進(jìn)入國(guó)際中軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，標(biāo)志著北斗系統(tǒng)開始加入到國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)。為深入推動(dòng)北斗系統(tǒng)船載終端的普及應(yīng)用，中國(guó)可推動(dòng)國(guó)內(nèi)航行船舶搭載BDS船載設(shè)備，同時(shí)通過(guò)IMO平臺(tái)開展國(guó)際化應(yīng)用，鼓勵(lì)國(guó)際航行船舶加裝北斗系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)兼容BDS等多種模式的衛(wèi)星導(dǎo)航功能，定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和通信能力都有大幅提高，有力保障海上航行安全。

4.2 船舶應(yīng)急救援，尤其是遠(yuǎn)海危險(xiǎn)海域救援

AIS船載通信作用距離較短，對(duì)于遠(yuǎn)海中發(fā)生事故的船只無(wú)法進(jìn)行有效幫助，且AIS系統(tǒng)無(wú)法對(duì)各種資源進(jìn)行整合，救助行動(dòng)受到了很多限制。如遇船舶無(wú)法向外部發(fā)送任何求救信息的情況，船舶可利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位和通信功能，自行向外界發(fā)出含有船舶動(dòng)態(tài)位置和狀態(tài)信息的求救信號(hào)，并可接收來(lái)自岸基發(fā)送的指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遇險(xiǎn)求救功能。

4.3 用于應(yīng)急搜救示位

基于北斗系統(tǒng)的海上救生裝具示位標(biāo)在人員落水后能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，并將位置信息和求救信息發(fā)送出去。這種救生示位標(biāo)可以方便地佩帶在衣服或救生衣上，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確定位，大大縮短了搜救時(shí)間，提高了遇險(xiǎn)者的獲救幾率，解決了傳統(tǒng)海上救援方法的弊端。北斗短報(bào)文通信這項(xiàng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獨(dú)特的功能，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用到海上救生增添了技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。

4.4 基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)

北斗高精度無(wú)人機(jī)技術(shù)是利用現(xiàn)有北斗高精度定位、智能化操控平臺(tái)、高精度傳感器、全自動(dòng)化操控、專業(yè)化空三數(shù)據(jù)加密等應(yīng)用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有高效率、低成本及高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠有效提高通航水域的航海保障水平和效率，其獲取的現(xiàn)場(chǎng)信息具有良好的現(xiàn)勢(shì)性、時(shí)效性，最大降低人為因素的干擾，而且信息的定性、定量和定位精度高，可為近岸短距離通航管理、船舶監(jiān)控增添有力的手段，對(duì)航標(biāo)設(shè)施的需求調(diào)研、日常巡檢、夜間巡視和拉距測(cè)試可以起到形象直觀和事半功倍的效果，還可為應(yīng)急反應(yīng)提供現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)通信功能對(duì)一般性故障進(jìn)行遙控處理，極大減輕了一線工作人員的勞動(dòng)壓力。

5.結(jié)論

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷拓展，將在我國(guó)航海保障事業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越關(guān)鍵的作用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，將為營(yíng)造科技化、信息化和智能化的海上通航環(huán)境奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，能夠有效提升航海保障部門的科技水平和轄區(qū)港口航道水域的航行安全水平，有助于航海保障事業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。