北斗衛星導航系統在現代航海保障中的應用探討

◎ 鄭祥鑫 陳得新 交通運輸部南海航海保障中心湛江航標處

1.北斗衛星導航系統在航海保障中應用的背景

北斗衛星導航系統（BDS）是中國自行研制、自主運行的全球衛星導航系統，在國際衛星導航系統中具有重要地位，現已逐步應用于航海保障領域，促進了海上航行更加便利、安全、高效。伴隨著北斗衛星導航系統與航海保障業務有機結合的不斷深入，以及在國際海事航保領域標準化的逐步開展，北斗衛星導航系統迎來了應用于航海保障領域的大好前景。進一步加強北斗衛星導航系統的海上應用，是適應海事航保發展、完善海上定位導航服務安全機制的必然要求。

2.北斗衛星導航系統和航保融合的技術優勢

2.1 北斗衛星導航系統自身技術優勢

北斗衛星導航系統具有幾大優勢，一是系統功能強大，北斗三號具備導航定位和短報文通信功能，可提供定位導航授時、全球和區域短報文通信、國際搜救等服務類服務；二是系統性能指標先進，全球范圍定位精度、測速精度、授時精度都達到先進水平，亞太地區性能更優；三是系統為自主系統，安全、可靠、穩定，保密性強。

2020年北斗三號工程建成并開通全球服務，北斗系統運行相當平穩，性能也明顯提升，在全球區域定位精度優于10米，在亞太區域性能更優。北斗三號組網衛星還進一步升級拓展，系統耗電功率大大降低，其中短報文服務容量相比之前提升了10倍，能夠傳輸文字、語音和圖片，性能得到大大提升。

2.2 北斗衛星導航系統取得的國際認可

北斗衛星導航系統是世界上被聯合國認可的第三個海上衛星導航系統，納入國際船載多系統無線電導航系統和國際搜救衛星系統。北斗衛星導航系統在實現航海保障信息化和現代化方面發揮著重要的作用，是中國航海保障事業走向世界的重要依托，也是國際履約研究的重要抓手。

3.北斗衛星導航系統在航保的應用

3.1 彌補現有遙測遙控系統弊端，實現遙測遙控終端全覆蓋

遙測遙控系統已在航標領域運用多年，之前使用的航標遙測遙控終端基本是采用公網GSM和船舶自動識別系統（AIS）兩種途徑進行數據傳輸。GSM數據傳輸原理是利用GPS獲得航標實時坐標，并利用傳感器采集航標燈工作和狀態參數，并以標準的短信格式通過公網GSM無線網絡，將數據發送到監控中心的接收終端進行處理，航標管理人員可以通過顯示界面對航標的工作狀況進行全天候實時監控。AIS原理是終端設備通過GPS等設備采集航標6號、21號等報文后利用甚高頻的通信方式傳輸到AIS基站，通過AIS內部網絡發送到中心計算機上實現航標管理人員對航標的實時監控。

這兩種方式各有弊端：GSM基站覆蓋范圍較小，在基站無法覆蓋的水域內，其航標信息無法回傳；AIS基站覆蓋范圍盡管可以達到20海里，但沿岸船舶數量增多，AIS信道日益擁堵，需要采用其他手段進行彌補。北斗系統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，可實現航標遙測遙控數據傳輸和遙測遙控范圍全面覆蓋。目前已在轄區內開展應用。

3.2 北斗系統在RBN-DGNSS中的應用

航運是世界最廣泛的運輸方式之一，也屬于最早應用全球導航衛星系統的領域。很長一段時間，船載差分終端普遍使用GPS系統，但是也面臨衛星導航信號源單一、容易受制于人的境地。一旦GPS信號受到屏蔽，或者GPS信號受到干擾和區域限制，將會產生嚴重的影響。北斗衛星導航系統的不斷升級完善，為推廣北斗衛星導航系統在航海保障領域的應用提供了基礎。

2016年年底，我國沿海的RBNDGPS臺站系統改造升級為R BNDGNSS 臺站系統，新系統支持DBDS、DGPS，可為海上公眾用戶提供更高精度的定位導航服務，滿足我國沿海地區的高精度定位導航需求。同時，根據IALA R-135建議案，采用了軟件參考站和完善性監測臺方案，符合目前國際未來技術的發展方向，并建立了系統監控中心，實現對沿海各個RBN-DGNSS臺站的遠程監測和管理。

3.3 其他航海保障工作中的作用

基于北斗衛星導航系統水域環境采集的多功能航標實現了對沿海的潮汐觀測、水文氣象資料采集，將數據分析后提供給海上作業和航海活動。建設覆蓋沿海重點水域的高精度北斗連續運行服務參考站系統（BDCORS）研究建設，更加提高了定位精度，應用于港口航道測繪和導助航設施建設等方面。通過將北斗衛星導航與船舶自動識別系統（AIS）相結合，船載北斗終端能夠將船舶的AIS信息通過北斗短報文通信的方式傳輸至岸基系統，擴展了原有的AIS岸基系統，豐富了海事監管和航海保障的手段，延伸了北斗海上應用的范圍。

4.北斗衛星導航系統的應用前景

4.1 北斗衛星導航系統的國際標準化進程和推廣

基于航海活動的重要性和國際化，推廣北斗衛星導航系統國際海事應用具有重要意義，在海事領域開展國際標準化工作是獲得國際海事領域廣泛認可和接受的先決條件，也是實現在全球航海中普及應用的重要步驟，中國海事局推動這項工作不斷取得突破性進展。2014年國際海事組織下屬的海上安全委員會（MSC）批準了船載北斗系統接收設備性能標準，這標志著北斗系統正式進入國際海事衛星導航系統。在2017年召開的IMO NCSR 4會議上，多系統船載無線電導航設備國際標準獲得通過，北斗系統被寫入海事應用的定位導航授時導則，在國際海事應用領域又向前邁出了一步。2018年召開的國際搜救衛星組織第59屆理事會使北斗系統進入國際中軌道搜救衛星系統發展規劃，標志著北斗系統開始加入到國際搜救衛星系統。為深入推動北斗系統船載終端的普及應用，中國可推動國內航行船舶搭載BDS船載設備，同時通過IMO平臺開展國際化應用，鼓勵國際航行船舶加裝北斗系統，可以實現兼容BDS等多種模式的衛星導航功能，定位精度、系統穩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 船舶應急救援，尤其是遠海危險海域救援

AIS船載通信作用距離較短，對于遠海中發生事故的船只無法進行有效幫助，且AIS系統無法對各種資源進行整合，救助行動受到了很多限制。如遇船舶無法向外部發送任何求救信息的情況，船舶可利用北斗衛星導航系統的定位和通信功能，自行向外界發出含有船舶動態位置和狀態信息的求救信號，并可接收來自岸基發送的指令，實現自動遇險求救功能。

4.3 用于應急搜救示位

基于北斗系統的海上救生裝具示位標在人員落水后能夠實現設備自動啟動，并將位置信息和求救信息發送出去。這種救生示位標可以方便地佩帶在衣服或救生衣上，能夠實時準確定位，大大縮短了搜救時間，提高了遇險者的獲救幾率，解決了傳統海上救援方法的弊端。北斗短報文通信這項北斗導航系統獨特的功能，為北斗衛星導航系統運用到海上救生增添了技術上的優勢。

4.4 基于北斗衛星導航系統的無人機

北斗高精度無人機技術是利用現有北斗高精度定位、智能化操控平臺、高精度傳感器、全自動化操控、專業化空三數據加密等應用技術來實現的，具有高效率、低成本及高分辨率的優點。無人機技術能夠有效提高通航水域的航海保障水平和效率，其獲取的現場信息具有良好的現勢性、時效性，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、船舶監控增添有力的手段，對航標設施的需求調研、日常巡檢、夜間巡視和拉距測試可以起到形象直觀和事半功倍的效果，還可為應急反應提供現場環境數據，并通過通信功能對一般性故障進行遙控處理，極大減輕了一線工作人員的勞動壓力。

5.結論

隨著北斗衛星導航系統技術的不斷發展和應用的不斷拓展，將在我國航海保障事業中發揮越來越關鍵的作用。北斗衛星導航系統在航海保障領域的研究和應用，將為營造科技化、信息化和智能化的海上通航環境奠定堅實基礎，能夠有效提升航海保障部門的科技水平和轄區港口航道水域的航行安全水平，有助于航海保障事業轉型升級，實現創新發展。