探析北斗短報文技術在虛擬航標中的應用

航標是指為船舶提供定位和導航等作用的輔助設備，對船舶的正常行駛具有重要作用。目前，AIS虛擬航標逐漸在船舶的導航中應用較為廣泛，在北斗衛(wèi)星導航系統的發(fā)展過程中，將北斗短報文技術應用于虛擬航標也具備較大的可行性。

1.虛擬航標及其應用分析

虛擬航標是在A IS技術基礎上所產生的一種新型航標，其結合了包括衛(wèi)星導航技術、電子海圖、AIS等信息技術。虛擬航標在應用上是利用無線電技術，在電子海圖、接收機等設備上標出水域中的某一點及其功能，從而起到導航的作用。目前虛擬航標的實際應用上，以虛擬AIS航標為主。虛擬AIS航標是指利用AIS臺站，并運用21號電文播發(fā)的不存在實體航標的航標信息，其中具體包括臨時虛擬AIS航標以及永久虛擬AIS航標。二者在實際應用中具有一定的差異性，臨時虛擬AIS航標的應用范圍包括對航行限制區(qū)域、臨時推薦線路、故障航標以及移位航標作出標識，永久虛擬AIS航標主要應用于實際條件無法布設實體航標的情況下，比如深水區(qū)域、海況環(huán)境惡劣地區(qū)、動態(tài)變化較為明顯的地區(qū)等。具體可以包括對航道界限、永久礙航物、安全水域界限、錨地與遮蔽等特殊區(qū)域的標識。永久虛擬AIS航標也要在各類電子及紙質海圖、航海出版物中進行標識。虛擬AIS航標具有準確性強、能夠快速設置、受到自然環(huán)境影響較小的優(yōu)勢，目前得到較為普遍的應用，比如2017年底在長江口深水航道界限的標識上，共應用45座虛擬AIS航標，具體包括了左側標、右側標以及專用標。

2.北斗短報文技術在虛擬航標中的應用

2.1 北斗短報文技術概述

北斗衛(wèi)星導航系統（BDS）是我國自主設計研發(fā)、獨立運行的衛(wèi)星導航系統，包含軍用與民用兩方面，具有高質量的定位、導航與授時等服務功能，也是目前全球無線電導航系統的組成部分之一。北斗短報文技術是北斗衛(wèi)星導航系統區(qū)別于國外其他衛(wèi)星導航系統的一項重要特征，北斗短報文服務具備雙向通信功能，能夠在進行準確定位的同時，將用戶所在位置向外部系統報告，從而達到定位、通信有效結合的目的。目前，北斗短報文技術在許多不同行業(yè)中都得到了有效應用，比如對于北斗二號，北斗短報文通信能夠達到120個漢字/次。北斗的用戶識別方式為卡號識別，因此在北斗服務范圍即可有效接收信息，并且能夠起到避免其他用戶干擾的作用，相對于傳統通信方式也具有明顯優(yōu)勢。

2.2 北斗短報文技術在虛擬航標中的應用

2.2.1 北斗分理服務平臺建設

在利用北斗短報文業(yè)務之前，需要事先進行北斗分理服務平臺的建設，而后能夠進行短報文信息轉發(fā)、遠程測控與信息共享等服務，也能夠對用戶信息作出有效的管理及查詢。北斗分理服務平臺的應用需要依靠北斗數據，在此基礎上具有位置服務、消息轉發(fā)等功能。北斗分理服務平臺可以提供航海保障服務，制定出統一的框架協議，與其他行業(yè)建立有效聯系。比如可以利用北斗指揮機陣列，對手機信息進行轉發(fā)。通過北斗分理服務平臺短報文服務的應用，能夠為航標建設、水上安全通信等許多方面提供安全保障。

2.2.2 北斗航標遙測遙控系統建設

北斗航標遙測遙控系統是航標建設中的一項重要部分，具有對航標的運行狀況及參數進行動態(tài)掌握的作用，更有利于對其進行管理。通常在遙測遙控系統的通信方面，利用了AIS基站鏈路與電信公網，而在二者沒有覆蓋的區(qū)域內，由于信號相對較弱，因此會對遙測遙控的使用造成困難。應用北斗航標遙測遙控系統時，能夠對上述問題作出有效改進，在監(jiān)控范圍及數據的可靠性上都具備顯著優(yōu)勢。工作過程中能夠對于航標燈器的電壓和電流以及位置信息進行采集，將上述信息利用北斗遙測終端處理，最后利用北斗衛(wèi)星，向監(jiān)控中心發(fā)送。通過北斗航標遙測遙控系統，航標管理部門能夠及時進行航標遙測數據的監(jiān)控。我國目前所安裝的北斗遙測航標數量在6000座以上。

2.2.3 虛擬航標的建立

北斗短報文技術在虛擬航標的建立中能夠得到有效應用，解決實體航標應用過程中存在的問題。目前關于航標遙測系統的主要問題集中于以下幾方面：第一是通信鏈路容易受到干擾，從而使數據傳輸中斷，并影響數據準確性。第二是遙測終端通信模塊出現故障，此種情況下，對于航標位置以及燈光不一定造成影響。第三是燈器故障，以及浮標漂移的問題。對于上述發(fā)生頻率較高的故障問題，需要通過定期開展巡檢與維護進行解決，維護成本相對較高。利用虛擬航標既能夠起到準確的導航作用，也能夠有效降低維護工作量及維護成本。在航標被撞或發(fā)生沉船時，可以通過快速設置虛擬航標，充分保證航行的安全性。

基于北斗短報文服務的虛擬航標主要是利用北斗衛(wèi)星系統傳輸虛擬航標信息至相應的用戶終端，而后將信息利用文字、符號的形式，在導航終端電子海圖上進行顯示。進行虛擬航標的調度及設置過程中，可以利用北斗導航系統，將信息向相應的終端發(fā)送。為了減少北斗短報文通信頻度影響，利用北斗指揮機陣列進行發(fā)送。航標主管部門向用戶端及時推送關于航標動態(tài)的信息。另外也具有查詢船舶位置、軌跡跟蹤及回放、調度管理等功能。進行虛擬航標發(fā)布時需要調用自定義北斗TCP接口協議，船舶端應具備接收機。

相對于AIS虛擬航標，基于北斗短報文服務的虛擬航標主要優(yōu)勢在于覆蓋范圍廣泛，并且不受基站的影響。目前在亞太地區(qū)范圍內，均可利用北斗短報文通信方式。在北斗三號建設的背景下，可以通過北斗報文經緯度數據對船舶進行定位，達到點對點通信以及特定區(qū)域通信的目的，使導助航服務的精確程度得到有效增強，也能夠減少AIS廣播的無線電干擾問題。其應用過程中，可以進行短信傳輸以及利用符號形式在海圖上顯示。目前已取得實際應用的技術主要包括利用北斗短報文技術，針對重點船舶以點對點方式播發(fā)氣象信息。另外還可以根據船舶類型的區(qū)別，根據其北斗位置信息，發(fā)送及訂閱特定的消息，目前這一技術已應用于長江口重點船舶氣象信息的播發(fā)。還可以在此基礎上利用GIS技術及遙感技術等，進一步建立三維可視航道圖。

2.3 北斗短報文技術在虛擬航標中的應用前景

在今后的虛擬航標建設中，北斗短報文技術也具備良好的應用前景，其中主要包括安全信息的播發(fā)、船舶動態(tài)信息的實時監(jiān)控、禁航區(qū)的自動管控等方面。除此之外還可以將該技術與AIS技術進行有效結合，通過北斗鏈路實現AIS船舶信息的傳輸，提高信息網絡覆蓋的全面性，確保船舶航行的安全。

3.結論

虛擬航標相對于實體航標，在精確度、更改速度等方面具有顯著優(yōu)勢，在船舶的導航、助航中發(fā)揮著重要作用。基于北斗短報文技術的虛擬航標能夠有效解決AIS虛擬航標應用過程中的局限性，因此具有很高的實際應用價值。