北斗定位在解決中海油船舶AIS監(jiān)控盲區(qū)中的應(yīng)用

中海油信息科技有限公司天津分公司 王 杰 王愛民

一、引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)可在亞太地區(qū)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具備短報(bào)文通信能力。該系統(tǒng)兼有定位與短信雙重功能，能滿足中海油作業(yè)船舶進(jìn)入AIS覆蓋盲區(qū)后的定位以及與陸上通信的需求。

二、中海油船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及存在問題

為了方便公司管理人員及其他有船舶監(jiān)控需求的用戶也能實(shí)時(shí)了解公司作業(yè)船舶動(dòng)態(tài)情況，中海油開發(fā)了一套可通過(guò)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）監(jiān)控船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在公司作業(yè)范圍內(nèi)部署多套AIS數(shù)據(jù)采集基站，通過(guò)公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將基站采集到的AIS數(shù)據(jù)傳送到公司陸地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)中心，基本實(shí)現(xiàn)了公司作業(yè)范圍的全覆蓋。

但隨著中海油船舶作業(yè)范圍的日漸擴(kuò)大，有些船舶經(jīng)常會(huì)超出AIS基站覆蓋范圍，或是由于臺(tái)風(fēng)造成船舶或平臺(tái)出現(xiàn)通信中斷的情況（這兩種情況在南海尤為常見），加之沒有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)這類船舶或某基站覆蓋范圍內(nèi)的船舶AIS信息就無(wú)法傳至陸地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)中心，形成失控。

三、AIS覆蓋盲區(qū)定位與傳輸解決方案

隨著2012年10月底第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功發(fā)射，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)已在亞太地區(qū)構(gòu)建完成，并于2012年年底，正式向中國(guó)及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)。

1. 中海油北斗系統(tǒng)的部署

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成：空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星；地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站；用戶端包括北斗通信終端機(jī)與北斗中心指揮機(jī)。

我們首先在中海油陸地機(jī)房架設(shè)數(shù)據(jù)接收中心，部署北斗指揮機(jī)；然后在中海油作業(yè)船舶船端安裝北斗用戶通信終端，預(yù)先設(shè)置好短報(bào)文發(fā)送格式、頻度及指揮中號(hào)碼，這便完成了北斗簡(jiǎn)易定位及通信系統(tǒng)的部署（見圖1）。

圖1 中海油北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)部署

2. 北斗與AIS系統(tǒng)的融合

當(dāng)船舶處于中海油AIS基站監(jiān)控范圍內(nèi)時(shí)，就通過(guò)基站統(tǒng)一接收船舶AIS信息，并通過(guò)基站所在平臺(tái)的衛(wèi)星網(wǎng)回傳至中海油公司數(shù)據(jù)服務(wù)中心；此時(shí)該船北斗系統(tǒng)處理靜默待命狀態(tài)。當(dāng)船舶處于AIS基站覆蓋盲區(qū)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)北斗轉(zhuǎn)發(fā)船舶AIS數(shù)據(jù)程序；船舶是否進(jìn)入盲區(qū)，可通過(guò)當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間（T2）與最近一次接收到某船AIS時(shí)間（T1）的時(shí)間間隔（T）來(lái)判斷，當(dāng)該時(shí)間間隔大于預(yù)設(shè)閾值（T0）時(shí)，即T2－T1＞T0時(shí)，表示該船進(jìn)入了AIS覆蓋盲區(qū)。

北斗系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)該船舶位置信息、船舶航行通導(dǎo)等信息到中海油陸地?cái)?shù)據(jù)接收中心，然后通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找船舶SIM卡號(hào)，匹配出該船舶的所有靜態(tài)信息，連同實(shí)時(shí)傳回的數(shù)據(jù)一起按AIS相關(guān)協(xié)議寫入到中海油船舶AIS監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，便實(shí)現(xiàn)了船舶在AIS盲區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖2 船舶進(jìn)入AIS盲區(qū)后北斗定位截圖

圖2是2012年12月初以來(lái)中海油部分船舶進(jìn)入AIS盲區(qū)覆蓋后，北斗系統(tǒng)自啟動(dòng)后傳回來(lái)的信息。

3. 方案優(yōu)勢(shì)總結(jié)

本方案采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為AIS基站覆蓋的一種延伸和補(bǔ)充，具有如下幾大優(yōu)勢(shì)：

（1）無(wú)盲區(qū)覆蓋，全天候定位。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前已對(duì)我國(guó)及周邊地區(qū)實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，大大超出了中海油國(guó)內(nèi)船舶作業(yè)區(qū)域，任何地方都能快速定位。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受天氣影響極小，用戶端采用全向天線，能提供全天候、全天時(shí)的定位及通信服務(wù)。

（2）定位通信一體，支持雙向指令。采用我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為AIS的延伸與補(bǔ)充最大的一個(gè)原因在于北斗系統(tǒng)兼具定位與通信功能。該系統(tǒng)不僅能定位，并可以把位置信息及船舶其他關(guān)鍵信息實(shí)時(shí)傳回陸地，而且在應(yīng)急情況下，還可以通過(guò)北斗指揮機(jī)向船端發(fā)送調(diào)度信息或接收船舶發(fā)回的信息。

（3）斷電72小時(shí)，依然能定位。我們?yōu)楸倍反讼到y(tǒng)配備穩(wěn)定的后備電源系統(tǒng)，當(dāng)船舶由于異常情況斷電的情況下，北斗終端仍能正常工作72小時(shí)以上。

（4）雙重技術(shù)保障，降低通信費(fèi)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的通信方式，采用短報(bào)文形式，每次只能發(fā)送40到60字節(jié)數(shù)據(jù)，且一分鐘最多只能發(fā)送一次，運(yùn)營(yíng)商采用的也是按條計(jì)費(fèi)的方式。我們通過(guò)軟件策略，在AIS基站覆蓋范圍內(nèi)，北斗處理靜默待命狀態(tài)，不去占用通信信道；二是采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)把船舶AIS信息中的靜態(tài)信息存在陸地，通過(guò)船舶SIM卡號(hào)去數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相關(guān)信息，減少了北斗通信流量，降低了通信費(fèi)用，緩解了通信壓力。

四、結(jié)束語(yǔ)

中海油船舶作業(yè)范圍的日益擴(kuò)大與AIS基站覆蓋范圍有限之間的矛盾日益突出，如不提出一種解決AIS盲區(qū)覆蓋的方案，將給公司有關(guān)管理單位、調(diào)度單位的工作帶來(lái)很大不便。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)及周邊地區(qū)的覆蓋，且兼具定位與通信功能，因此通過(guò)北斗系統(tǒng)與AIS系統(tǒng)的融合，并采用相關(guān)技術(shù)保證北斗鏈路暢通，保證了中海油船舶AIS監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)管理中海油所有作業(yè)船舶的動(dòng)態(tài)。

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