北斗手機(jī)在中國海上搜救領(lǐng)域的應(yīng)用

楊世洪

(天津市七一二通信廣播有限公司 天津300462)

北斗手機(jī)在中國海上搜救領(lǐng)域的應(yīng)用

楊世洪

(天津市七一二通信廣播有限公司 天津300462)

基于交通運(yùn)輸部海上搜救項(xiàng)目的要求及目標(biāo)客戶群體的需求，提出基于北斗的海上遇險報警手機(jī)的終端需求，選擇使用泰斗北斗二代芯片并通過專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使該終端達(dá)到IP68的防護(hù)等級。同時，通過硬件、結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“一鍵搜救”等相關(guān)海上搜救功能。簡要介紹了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和北斗手機(jī)的設(shè)計(jì)方案，通過北斗手機(jī)在北斗示范工程中的應(yīng)用，指出我國的北斗產(chǎn)業(yè)在海上搜救等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，北斗產(chǎn)業(yè)的前景廣闊。

海上搜救 北斗系統(tǒng)應(yīng)用 手機(jī)

0 引 言

我國海岸線總長度約為 32,000,km，大陸海岸線超過 18,000,km，海上交通具有流量大、密度高、通航范圍大、通航環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，需要進(jìn)一步開發(fā)利用海洋資源，越來越多的海事工作人員參與到海洋漁業(yè)養(yǎng)殖、海洋油氣資源開發(fā)、海上交通運(yùn)輸、海洋旅游業(yè)等海洋事業(yè)中。與此同時，海上自然災(zāi)害或意外事故時常發(fā)生，導(dǎo)致海上遇難人數(shù)居高不下。北斗系統(tǒng)具備高定位和短報文通信等諸多優(yōu)勢，能夠?yàn)楹Ｉ嫌鲭U搜救提供新的更有效的手段。交通運(yùn)輸部作為我國海上遇險搜救的主要職責(zé)機(jī)構(gòu)，迫切需要利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，建立新型海上搜救信息系統(tǒng)，有效提高海上應(yīng)急處理能力，保障涉海人員生命財產(chǎn)安全，提升交通運(yùn)輸行業(yè)管理服務(wù)水平。天津市七一二通信廣播有限公司作為該示范工程中標(biāo)單位，承擔(dān)了海上遇險報警手機(jī)的研制和生產(chǎn)工作。

基于北斗的中國海上搜救信息系統(tǒng)示范工程(簡稱示范工程)是交通運(yùn)輸行業(yè)的第 2個民用示范項(xiàng)目，其工可報告于2014年4月10日獲得總裝備部和交通運(yùn)輸部聯(lián)合批復(fù)(裝電【2014】80號)，2014年11月14日通過初步設(shè)計(jì)評審，2015年11月10日項(xiàng)目驗(yàn)收通過。

1 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)介紹

1.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第3個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)、美國 GPS、俄羅斯GLONASS和歐盟 GALILEO均是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認(rèn)定的供應(yīng)商。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段3部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并具有短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r能力，定位精度 10,m，測速精度 0.2,m/s，授時精度10,ns。

1.2 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)特點(diǎn)

1.2.1 開放性

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、發(fā)展和應(yīng)用將對全世界開放，為全球用戶提供高質(zhì)量的免費(fèi)服務(wù)，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進(jìn)各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的兼容與互操作，推動衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2.2 自主性

中國將自主建設(shè)和運(yùn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可獨(dú)立為全球用戶提供服務(wù)。

2 北斗手機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求

2.1 功能指標(biāo)

①支持北斗單模、GPS單模、北斗/GPS雙模定位；②支持 GSM/WCDMA雙網(wǎng)制式；③支持 G-sensor、電磁傳感器、陀螺儀、距離傳感器和環(huán)境光傳感器；④支持手機(jī)通訊基本功能及藍(lán)牙、WiFi、拍照、攝像、圖片瀏覽、音頻播放、視頻播放及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等；⑤支持一鍵求救、浸水報警、遇水漂浮、求救時帶有燈光閃爍等；⑥支持專業(yè)信息軟件推送、海洋安全救助系統(tǒng)。

2.2 主要參數(shù)

①支持 Android 4.0及以上操作系統(tǒng)；②支持10.16,cm以上屏幕及分辨率；③支持 1,GHz及以上主頻；④支持 GSM/WCDMA雙網(wǎng)制式；⑤待機(jī)時間大于 72,h；⑥工作溫度為－20～＋55,℃；⑦防水等級不低于7級。

2.3 功能要求

基于北斗的遇險報警手機(jī)終端設(shè)計(jì)要求如下：

①一鍵求救，支持預(yù)設(shè)號碼，在按求助鍵時能夠?qū)⑽恢眯畔⒆詣影l(fā)送到海上搜救中心和預(yù)設(shè)號碼；②誤報警技術(shù)處理，通過特殊的按鍵處理，防止用戶誤操作導(dǎo)致大量的誤報警數(shù)據(jù)；③北斗兼容定位，衛(wèi)星定位模塊支持北斗系統(tǒng)；④位置遠(yuǎn)程提取，經(jīng)過授權(quán)的情況下可以連續(xù)提取目標(biāo)手機(jī)的位置；⑤電子海圖導(dǎo)航，支持電子海圖導(dǎo)航；⑥目標(biāo)跟蹤，支持對經(jīng)過授權(quán)的目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤。

3 北斗手機(jī)設(shè)計(jì)方案

3.1 硬件設(shè)計(jì)方案

3.1.1 基帶設(shè)計(jì)方案

CPU 采用 MTK6582，PMIC為 MT6323，WiFi/BT/FM 一體芯片 MT6627，MTK6582采用Cortex-A7四核架構(gòu)，ARMv7L指令集，運(yùn)行頻率為1.3,GHz，頻率范圍為598～1,331,MHz。

3.1.2 北斗＋GPS設(shè)計(jì)方案

采用泰斗微電子推出的國內(nèi)首個集成了基帶、射頻與Flash 的“三合一”SiP單芯片BDS/GPS雙模解決方案TD1020。

北斗/GPS三防智能手機(jī)，采用北斗和GPS雙模定位，并支持 A-GNSS模式，搜星快速且定位準(zhǔn)確，在惡劣條件下也能進(jìn)行定位。該手機(jī)適用于普通消費(fèi)類用戶、戶外運(yùn)動愛好者、交警巡警、海上作業(yè)人員等各種群體。

TD1020是泰斗微電子推出的國內(nèi)首個集成了基帶、射頻與Flash 的“三合一”SiP單芯片BDS/GPS雙模解決方案，可大力推動我國實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航芯片的自主可控。該單芯片采用了泰斗微電子自主研發(fā)的、55,nm工藝的 BDS/GPS雙?；鶐酒?，并采用小型化、高經(jīng)濟(jì)性的QFN 7×7,mm封裝。TD1020采用新型接收機(jī)架構(gòu)，在捕獲、跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)上采用自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代信號處理技術(shù)，大大增強(qiáng)了靈敏度與魯棒性，可在各種復(fù)雜場景下保持極佳的定位體驗(yàn)。

3.1.3 北斗＋GPS導(dǎo)航技術(shù)指標(biāo)

①捕獲靈敏度為-147,dBm(射頻端)；②跟蹤靈敏度為-160,dBm(射頻端)；③冷啟動時間＜32,s；④熱啟動時間＜2,s；⑤定位精度＜10,m；⑥測速精度＜0.1,m/s；⑦工作溫度為-40～85,℃。

3.2 軟件設(shè)計(jì)方案

3.2.1 GPS&北斗雙模定位導(dǎo)航

支持單北斗、單 GPS、北斗/GPS雙模共 3種定位模式 。

3.2.2 一鍵報警

在出現(xiàn)遇險情況需要救援時，可長按手機(jī)右側(cè)的紅色按鍵，手機(jī)將啟動遇險報警倒計(jì)時，當(dāng)?shù)褂?jì)時完成后，包含有手機(jī)當(dāng)前位置數(shù)據(jù)的報警信息將被發(fā)送，同時手機(jī)將進(jìn)入搜救模式界面。

3.2.3 定位模式切換

在手機(jī)系統(tǒng)設(shè)置中方便地選擇或切換衛(wèi)星定位模式，在單北斗、單 GPS或北斗/GPS雙模中選擇希望使用的衛(wèi)星定位方式。

可通過滑動方式，在手機(jī)鎖屏界面上將指南針切換為衛(wèi)星星座圖，星座圖可向用戶直觀展示手機(jī)當(dāng)前接收衛(wèi)星信號的情況。

3.2.4 衛(wèi)星定位情況

可通過手機(jī)附帶應(yīng)用 BDMonitor方便地查看手機(jī)接收北斗、GPS衛(wèi)星的詳細(xì)情況。通過應(yīng)用，用戶可以了解手機(jī)當(dāng)前接收到的北斗、GPS衛(wèi)星信號強(qiáng)度、定位狀況以及其他相關(guān)信息。

3.2.5 一鍵搜救

針對水上從業(yè)人員可能遇到的由于風(fēng)浪、碰撞、火災(zāi)或其他意外導(dǎo)致的人員落水，設(shè)備提供了一鍵報警功能。同時，考慮到落水人員可能長時間處于手機(jī)信號無法覆蓋的位置情況，設(shè)備專門設(shè)計(jì)了特殊的搜救模式。

3.2.6 一鍵報警

在出現(xiàn)遇險情況，需要救援時，可長按手機(jī)右側(cè)的紅色按鍵，手機(jī)將啟動遇險報警倒計(jì)時。當(dāng)?shù)褂?jì)時完成后，包含有手機(jī)當(dāng)前位置數(shù)據(jù)的報警信息將被發(fā)送，同時手機(jī)將進(jìn)入搜救模式界面。

3.2.7 搜救模式

當(dāng)報警信息發(fā)送完畢后，手機(jī)自動進(jìn)入搜救模式界面。點(diǎn)擊該界面上方按鈕可再次發(fā)送報警信息。當(dāng)手機(jī)搜索到基站網(wǎng)絡(luò)信號后，手機(jī)將位置信息與其他文本信息作為報警信息發(fā)送到指定接收號碼。手機(jī)繼續(xù)保持搜救模式，手機(jī)屏幕黑屏，關(guān)閉除衛(wèi)星定位、搜索手機(jī)信號及定時發(fā)送報警短信外的全部功能，手機(jī)處理器降頻工作用戶亦無法進(jìn)行任何額外操作。

3.2.8 寶船網(wǎng)應(yīng)用

可為海事、搜救、漁業(yè)、邊防、航運(yùn)、船舶租賃、港口等提供綜合信息服務(wù)的平臺——寶船網(wǎng) 2.0。該平臺的發(fā)布是“互聯(lián)網(wǎng)＋”在航運(yùn)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。平臺以船舶位置為基礎(chǔ)，是融合了全球電子海圖、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、全球 AIS數(shù)據(jù)資源、全球船舶數(shù)據(jù)資料和全球?qū)I(yè)氣象數(shù)據(jù)的綜合信息服務(wù)平臺，既可用于政府海上管理部門綜合指揮和搜救，也可為企業(yè)提供船舶航行相關(guān)的信息服務(wù)，從而提高海上航行安全能力和生產(chǎn)管理效率。

3.3 工業(yè)設(shè)計(jì)方案

3.3.1 外形時尚

區(qū)別于傳統(tǒng)的三防機(jī)外形笨重、過厚，用戶手感差，采用的設(shè)計(jì)方案在滿足三防的前提下，機(jī)器更纖薄、更符合現(xiàn)代的審美觀；設(shè)計(jì)有圓弧倒角，增加手感，避免劃傷，增加了跌落時的可靠性；設(shè)計(jì)有獨(dú)立按鍵，其中獨(dú)立的SOS鍵便于發(fā)送求救信號，獨(dú)立的拍照鍵、HOME鍵方便用戶操作。

3.3.2 特殊材料

殼體使用PC＋玻纖，取代傳統(tǒng)的橡膠＋TPU，增強(qiáng)了手機(jī)硬度和強(qiáng)度。

3.3.3 橡膠工藝

表面使用橡膠漆噴涂工藝，起到了防滑效果，同時增強(qiáng)了用戶的手感。

3.3.4 時尚色彩

選用搜救橙色＋黑色方案，同時增加了熒光粉，有燈光照射時顏色更明顯，有利于夜晚搜救。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是密封性，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要對各部位和各種器件進(jìn)行合理布局和有效利用，以達(dá)到防水和防塵的目的。大的組件分為前殼組件、后殼組件以及 SIM 卡蓋等，并采用內(nèi)置電池設(shè)計(jì)以減少整機(jī)厚度，同時為用戶方便裝卸SIM卡和T卡，采用SIM卡蓋設(shè)計(jì)。前殼組件包括TP、MIC、聽筒和前殼等，后殼組件包括喇叭、攝像頭Lens等。

3.4.2 防水防塵設(shè)計(jì)方案

3.4.2.1 TP防水

TP將采用防水背膠粘在前殼上，TP防水膠的好壞是防水的關(guān)鍵，要求：①無雜質(zhì)、毛絲和起皺；②不能用涂膠不均的邊角料模切；③離型紙要求用透明PET，以方便裝貼時的目檢；④殼體要求平面度平整，避免貼合不嚴(yán)密。

3.4.2.2 聽筒/喇叭防水

采用本體防水的聽筒和喇叭。

3.4.2.3 MIC防水

采用MIC加防水膜的方式。

3.4.2.4 SIM卡蓋防水

以硅膠圈填充蓋子與殼體間隙，兩側(cè)擠壓過盈，達(dá)到密封作用。

3.4.2.5 USB/耳機(jī)蓋防水

使用硅膠圈填充蓋子與殼體間隙，兩側(cè)擠壓過盈，達(dá)到密封效果。

3.4.3 防震設(shè)計(jì)方案

3.4.3.1 LCD顯示屏防震抗壓

顯示屏與殼體和背部支撐之間分別用泡棉大面積填充，以達(dá)到支撐和緩沖及密封的作用。

3.4.3.2 主板/小板防震抗壓

主板小板和其他小支架等零件都以螺釘加定位來裝配和固定。

3.4.3.3 手機(jī)的防震和抗壓方案

設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵是支撐和緩沖。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，保證殼體強(qiáng)度，滿足一定強(qiáng)度下的壓力，避免受力集中，分散壓力。利用泡棉和殼體自身的韌性，緩解和分散沖擊力。

其次是材料。塑膠材料從經(jīng)濟(jì)和強(qiáng)度平衡考慮，一般用PC加玻纖，玻纖的比率越大，材料越硬，同時也越脆。因?yàn)橛懈±w影響外觀的問題，一般比率在10%～20%,。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對各部位、各零件合理布局，包括螺釘位、卡扣位、配合間隙等都考慮到強(qiáng)度和壓力。

4 應(yīng)用成果

航海領(lǐng)域是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)系最密切的應(yīng)用，自2012年12月北斗系統(tǒng)提供區(qū)域服務(wù)以來，交通運(yùn)輸部于 2014年啟動航海領(lǐng)域北斗應(yīng)用示范工程。有統(tǒng)計(jì)表明，北斗已成為海上搜救工作的“利器”：對遇險對象的搜尋效率提高 30%,以上；救撈系統(tǒng)的管理能力和救助調(diào)度能力明顯提升，人命救助成功率達(dá)到98%,以上；節(jié)約近 1.5億元的人身傷害賠償費(fèi)，為涉海企業(yè)和人員減少數(shù)十億元的遇險財產(chǎn)損失。通過北斗應(yīng)用示范工程，推動北斗在民用領(lǐng)域的大量應(yīng)用，形成規(guī)模效應(yīng)，帶動北斗產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，為北斗的健康可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，全國已經(jīng)有幾十萬艘出海漁船都安裝了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端，海外作業(yè)人員配備了北斗手機(jī)，其應(yīng)用極大地保障了漁船和漁民的出海安全，鞏固和發(fā)展了漁業(yè)生產(chǎn)。

5 北斗手機(jī)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用和展望

5.1 北斗手機(jī)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

由于工作性質(zhì)，地質(zhì)工作人員經(jīng)常在無人區(qū)域開展調(diào)查工作。一旦發(fā)生意外，由于無法實(shí)時獲得人員的位置信息和狀況，為救援工作造成了困難。利用北斗手機(jī)可實(shí)現(xiàn)對野外人員、車輛、飛機(jī)、軌跡跟蹤、緊急呼救、應(yīng)急救援等野外安全保障工作，保障野外人員的生命和財產(chǎn)安全。

5.2 市場前景預(yù)測

北斗產(chǎn)業(yè)是中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)的一個代名詞。自 2013年北斗應(yīng)用元年以來，北斗產(chǎn)業(yè)每年的復(fù)合增長率超過 30%,。北斗應(yīng)用市場分為大眾市場、行業(yè)市場和專業(yè)市場。北斗導(dǎo)航芯片國產(chǎn)化進(jìn)程近來也取得了重大突破。在由中國信息通信研究院主辦的“北斗移動通信一體化芯片發(fā)布會暨智能終端北斗應(yīng)用高峰論壇”上獲悉，展訊通信、海思半導(dǎo)體、聯(lián)芯科技等國內(nèi)主要 IC設(shè)計(jì)企業(yè)均已成功研發(fā)出北斗移動通信一體化芯片，這意味著智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品可以大量安裝國產(chǎn)芯片。2016年初安裝我國自主研發(fā)的北斗多模導(dǎo)航芯片的智能手機(jī)將大量面世，將促使北斗應(yīng)用進(jìn)入千萬量級乃至億級市場?！?/p>

［1］ 文竹. 壯大北斗產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)新位置服務(wù)——第三屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會暨展覽會在京召開[J]. 數(shù)字通信世界，2014(Z2)：61-62.

［2］ 贠敏. 大北斗、新位置，讓導(dǎo)航親民接地氣——第三屆衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會暨展覽會舉行[J]. 衛(wèi)星應(yīng)用，2014(10)：60-61.

［3］ 王曉濤. 北斗企業(yè)的未來：走哪條路面臨選擇[J]. 中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2014(4)：67-69

［4］ 馬智偉. 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢——《2013—2014年中國北斗導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》發(fā)布[J]. 衛(wèi)星應(yīng)用，2014(9)：56-59.

［5］ 曹德勝. 基于北斗的中國海上搜救信息系統(tǒng)示范工程[J]. 數(shù)字通信世界，2014(Z1)：59-60.

［6］ 姚鋼. 北斗導(dǎo)航芯片著手產(chǎn)業(yè)化[J]. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)，2010，17(3)：81.

The Application of BeiDou Mobile in China Maritime Search and Rescue

YANG Shihong
(Tianjin 712 Communication & Broadcasting Co.，Ltd.，Tianjin 300462，China)

The project investigates a mobile terminal that applies to marine distress alert，which is based on the request of marine search and rescue of Ministry of Transport and the target customer group．The Taidou BeiDou 2nd generation chips were selected to use into the terminal to reach IP68 level of protection professional physical design．In order to realize the demand of “One Key Search and Rescue” and other related marine search and rescue items，many hardware，software and internal structures were designed．This paper briefly describes the BeiDou system and the design solutions of BeiDou mobile phone and points out that the BeiDou industry plays a great role in the area of China marine search and rescue through the application of BeiDou mobile phone in BeiDou demonstration project and China BeiDou industry has a great potential.

maritime search and rescue；BeiDou Navigation Satellite System(BDS)application；mobile phone

TN927＋.23

A

1006-8945(2016)07-0084-04

2016-06-03