基于北斗安全定位的航道巡航管理服務系統(tǒng)

付勇 江西省贛江船閘通航中心

自從GPS系統(tǒng)投入應用到民用導航后，世界進入了衛(wèi)星導航定位時代。我國水運行業(yè)及時引入該系統(tǒng)提供水運導航服務，還基于該系統(tǒng)嘗試開發(fā)了水上運輸遠程信息化巡航系統(tǒng)，迎來水上運輸遠程信息化巡航管理時代。然而一段時間以來，中東伊核紛爭導致地區(qū)GPS信號突然中斷，尤其在國內(nèi)企業(yè)華為芯片危機中，國人前所未有地感受到了因關鍵技術短板，隨時有可能面臨被技術“掐脖子”的危機。值得慶幸是，2020年6月23日，我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎網(wǎng)全部組建實現(xiàn)，預示著更自主、更安全、更有精確度、服務功效更優(yōu)化的我國水運導航服務時代的到來。為此本文探析基于北斗系統(tǒng)打造自主安全完善的水上運輸遠程信息化巡航應用系統(tǒng)。

1.水上運輸遠程信息化巡航概念述略

傳統(tǒng)船只駕駛多依靠航標或者船長日常經(jīng)驗。在航標漂移、夜間能見度不理想、航道航線因故一定程度變化等非正常情況下，僅靠水上經(jīng)驗不能夠有效應對，遠程信息化巡航于此可以助一臂之力。水上人員借助遠程信息化巡航系統(tǒng)，對航線、航標以及水上無線電通信基礎進行巡查，及時掌握和通報相關情況，對水上維護及救援起到了積極的促進作用。遠程信息化巡航系統(tǒng)也可以是水上行政執(zhí)法、運政檢查、資費稽查、搶險救助的信息支撐平臺。遠程信息化巡航可分為：遠程感知、狀態(tài)判別、分析決策、發(fā)起執(zhí)行和反饋回訪等基本功能環(huán)節(jié)。前端基礎數(shù)據(jù)來自于每個目標裝配的感受器，獲得即時最新數(shù)據(jù)信息；由總臺系統(tǒng)自動分析判別所接收信息，對航行船只、船員等狀況開展檢查；根據(jù)法規(guī)、預案給出處理意見，提供安全服務；執(zhí)行一般包括提示整改、現(xiàn)場處罰以及重點追蹤；反饋是搜集檢查執(zhí)行功效并及時向相關部門反饋。

遠程信息化巡航系統(tǒng)平臺要滿足如下功能需求：船只定線制秩序、船只靠碼頭秩序、客渡運秩序、船只過橋區(qū)秩序、船只警戒秩序、船只超載、錨地狀態(tài)、風險貨物控管、大霧大風及枯洪水位等。借助模擬巡航技術，完成船只信息數(shù)據(jù)上傳至專網(wǎng)，及時獲得船只的基本信息，形成船只巡航報告并給出處理意見。借助分隔線技術完成線制監(jiān)控，有效監(jiān)督規(guī)范應用航路。借助邊界線監(jiān)管技術，加強淺灘區(qū)域、警戒區(qū)域、錨泊區(qū)域、施工區(qū)域、渡口區(qū)域、過橋區(qū)域以及特別監(jiān)管區(qū)域監(jiān)查管控。集成推送氣象和水文信息，提供惡劣氣象預警。借助領域值技術完成在航船只安全預警避免船只碰撞、超越及并行。

2.基于GPS的水上運輸遠程信息化巡航系統(tǒng)的短板

應用了GPS技術的水上運輸遠程信息化巡航，內(nèi)水海事部門常借助某些技術手段，例如AIS、GPS、船只CCTV閉路電視以及VTS交通服務系統(tǒng)等以監(jiān)控船只動態(tài)部位。AIS系統(tǒng)是依靠GPS開展船只定位。GPS船只監(jiān)控系統(tǒng)通常由各地方港務專業(yè)部門、水運企業(yè)等有關單位采購相對成熟的產(chǎn)品，通常依靠2GBG網(wǎng)格回傳所在的方位數(shù)據(jù)，最終匯總至海事部門的船只監(jiān)控系統(tǒng)。借助GPS系統(tǒng)，CCTV與VTS實施同步監(jiān)控。航線與衛(wèi)星導航有關的業(yè)務包括航線疏浚、航標維護、電子航線圖、航線測繪等。其中航線測繪通常選用SBAS星基提高系統(tǒng)技術與RTK相位差分技術，定位精確度最高可到cm級；航線疏浚、航校準位通常選用CPS差分偽距定位技術，通常定位精確度是m級。但是它們存在以下問題：

（1）終端定位精確度不高：船只和港口碼頭GPS定位精確度通常10～15m，如果定位精確度不高會造成報警失誤頻發(fā)。在船上配置的AIS船載終端，因為定位精確度不高，亦頻繁的發(fā)生誤報船只碰撞預警信息，因此終端船只避碰功能通常均處在關閉狀況。當內(nèi)水海事部門選用AIS系統(tǒng)開展監(jiān)管船只時，由于避碰預警功能通常亦處在關閉狀況，故不能有效發(fā)揮其正常作用。

（2）安全自主性受限。為保障其本身的安全及利益，美國政府對特殊狀態(tài)下GPS系統(tǒng)，采取了有關限制使用的政策，諸如變更CA碼、減少定位精確度、范圍性關閉等。假如我們過度依靠GPS服務，如果遭到惡意控制或者關閉，那么船只導航服務將會存在癱瘓隱患。內(nèi)水船載終端大多選用的是電子示意圖，相對于涉密數(shù)據(jù)的管理存在一定問題，維護更新困難較大。

（3）在港口碼頭應用中，船只引航、集裝箱定位、靠離泊均需要高精確度導航定位為支撐，但是由于港口技術條件、碼頭環(huán)境等問題的影響，導致該技術的全面性相對不是很成熟，很難大規(guī)模進行推廣。差分信號源為，已經(jīng)建設運行的GPS差分參考站亦或國外相關SBAS業(yè)務公司，由于須使用差分提高服務，故須每年支付服務費用。

3.基于北斗的水上運輸遠程信息化巡航系統(tǒng)構建設想

水上運輸遠程信息化巡航是國土安全、公共安全、國防安全及經(jīng)濟安全的戰(zhàn)略威懾基礎資源及重大技術支撐。在關于國家安全的重要領域完成北斗對GPS的全面代替，在全行業(yè)完成北斗的普及應用，是形勢發(fā)展的趨向。遠程信息化巡航系統(tǒng)平臺的重點是：

（1）應用北斗系統(tǒng)創(chuàng)建水上運輸遠程信息化巡航系統(tǒng)。基于我國北斗技術，綜合運用地理信息GIS系統(tǒng)，船只自動識別AIS系統(tǒng)、船只交通管理V TS系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控CCTV系統(tǒng)、氣象信息WIS系統(tǒng)、共享水位信息WLS系統(tǒng)等，配套海事數(shù)據(jù)網(wǎng)上中心，充分發(fā)揮每個系統(tǒng)的功能，構建統(tǒng)一的巡航監(jiān)控預警平臺。

（2）整合業(yè)務數(shù)據(jù)。由于海事業(yè)務數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一，故數(shù)據(jù)繁多復雜，為使遠程信息化巡航系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)可以更加準確，系統(tǒng)借助挖掘技術與數(shù)據(jù)分析，對海事業(yè)務數(shù)據(jù)開展有效的整合以及抽取也是重要的一環(huán)。船只所處坐標數(shù)據(jù)是遠程信息化巡航系統(tǒng)中，即時監(jiān)控、分險預警以及提供水上救援的重要依據(jù)數(shù)據(jù)，我們依據(jù)北斗技術，并非是把GPS系統(tǒng)技術徹底給予排斥，而是需考慮綜合應用。依照IMO國際海事部門需求，船載接收機應設置最低2套單獨的導航系統(tǒng)。船只所處坐標定位數(shù)據(jù)是非常重要的，應當北斗數(shù)據(jù)、GPS數(shù)借以及其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合兼容得到，保證船只數(shù)據(jù)的精準性及唯一性，船只所處坐標數(shù)據(jù)的有機融合是遠程信息化巡航系統(tǒng)重要技術組成部分。

（3）增強局部海事電子航行參考圖研究開發(fā)。遠程信息化巡航系統(tǒng)要完成真正意義上的實時遠程巡查及安全預警功能，一定要實現(xiàn)緊密結合海事監(jiān)管業(yè)務密切結合的電子航海參考圖，經(jīng)過二次開發(fā)已經(jīng)有電子江圖，進而海事監(jiān)管數(shù)據(jù)更加完善，為遠程信息化巡航系統(tǒng)提供有效空間數(shù)據(jù)支承。如有關危險品碼頭地理部位及標識，船只定線制規(guī)定等。

（4）在船岸通信應用中發(fā)揮北斗短信作用。其它導航系統(tǒng)多處于發(fā)展導航通信功能，北斗水運短信通信能夠成為船只預警信息發(fā)布的一種手段，尤其在蓋覆不理想的移動通信信號情況下，發(fā)揮著更為重要的作用。北斗水運短信通信不會到受通信距離影響，其短消息返回功能還允許輔助信息發(fā)布者，對預警信息發(fā)布的功效進行評估，比FM、VHF等單向通信手段具有更多優(yōu)勢。

（5）建立安全預警服務。經(jīng)過建立安全監(jiān)控服務機構，對違章航行船只開展即時檢測，當航行船只存在安全風險或者違反航行規(guī)定時，經(jīng)過該服務能適時提醒航行船只或者值班人員。海事水上運輸管理機構利用遠程信息化巡航實施巡航檢查，即時監(jiān)控船只作業(yè)、停泊和航行秩序，完成對船只的信息服務、違法處置、安全預警、航跡跟蹤等功能。

4.結語

我國北斗定位導航系統(tǒng)的成功組網(wǎng)和行業(yè)信號落地應用，為打造自主安全的水上運輸遠程信息化巡航管服系統(tǒng)，提供了堅實的導航技術基礎與信息服務能力。在水運領域北斗將逐漸代替GPS成為航運安全管理和服務標配，技術具備，也是緊迫技術需要。伴隨北斗系統(tǒng)不斷提高技術能力和專項應用開發(fā)的推進，水運領域遠程信息化巡航管理及服務必將迎來高精確度應用時代，將為水上運輸、船只、港口碼頭等遠程信息化巡航帶來全新的應用與體驗。伴隨北斗全球系統(tǒng)及其提高系統(tǒng)的功能完善，在水運管理領域，北斗代替CPS是勢在必行。