北斗在內(nèi)河船舶過(guò)閘申報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

王曉莉，竇 路，陳 凱

（1.長(zhǎng)江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所，北京 100088）

北斗在內(nèi)河船舶過(guò)閘申報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

王曉莉1，竇 路2，陳 凱2

（1.長(zhǎng)江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所，北京 100088）

本文探究了北斗在長(zhǎng)江三峽的高精度應(yīng)用，為船舶位置監(jiān)控、過(guò)閘申報(bào)及調(diào)度管理提高了效率。

北斗；船舶；內(nèi)河；高精度定位；過(guò)閘申報(bào)

項(xiàng)目資助： 本項(xiàng)目受交通運(yùn)輸部信息化技術(shù)研究項(xiàng)目“基于北斗及地基增強(qiáng)系統(tǒng)的交通運(yùn)輸應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2014 364 222 110）、交通運(yùn)

輸部水運(yùn)科學(xué)研究所WTI-51404項(xiàng)目資助。

竇 路，女，漢族，任職于交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所，研究方向?yàn)樗\(yùn)通信導(dǎo)航。

陳 凱，男，蒙古族，任職于交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所，研究方向?yàn)樗\(yùn)通信導(dǎo)航。

1　引言

為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江上船舶的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，并通過(guò)船舶申報(bào)與信息交互安排船舶通過(guò)有序、高效通過(guò)三峽大壩、葛洲壩，三峽局建設(shè)了水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用為長(zhǎng)江三峽水上船舶監(jiān)管及船舶過(guò)閘申報(bào)與調(diào)度安排提供了發(fā)揮了重要的作用，但隨著長(zhǎng)江船舶密度增強(qiáng)，該系統(tǒng)的定位精度、與其他系統(tǒng)船舶位置數(shù)據(jù)融合性等有待提高。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)，利用北斗及增強(qiáng)系統(tǒng)提高內(nèi)河船舶定位導(dǎo)航精度，避免船舶碰撞，并提高船舶在錨地、待閘區(qū)及閘室的定位精度，確保船舶航行安全，具有重要的意義。北斗系統(tǒng)在船舶的定位導(dǎo)航應(yīng)用與其他GNSS系統(tǒng)基本一致，通過(guò)船載定位功能確定船舶的實(shí)時(shí)位置、時(shí)間、航向、航速等信息。

2　北斗系統(tǒng)在長(zhǎng)江三峽船舶應(yīng)用情況

目前，我國(guó)長(zhǎng)江內(nèi)河定位導(dǎo)航的主要船載設(shè)備包括：船載雷達(dá)、AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、GPS水上定位應(yīng)用終端。

其中，船載雷達(dá)采用無(wú)線(xiàn)電回波探測(cè)反射目標(biāo)并進(jìn)行標(biāo)繪，是傳統(tǒng)船舶航行避碰的主要手段；AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用內(nèi)置的GPS定位單元確定自身船舶位置，并在水上規(guī)定的VHF頻段向外播發(fā)船舶靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息，同時(shí)接收周?chē)暗腁IS位置信息并進(jìn)行顯示，是目前船舶航行的重要定位與避碰手段。目前，應(yīng)用于長(zhǎng)江三峽水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)的船載GPS終端分為兩種：簡(jiǎn)易型和導(dǎo)航型。簡(jiǎn)易型船載終端適用于三峽河段客渡船的安全監(jiān)控；導(dǎo)航型船載終端則適用于各類(lèi)需要過(guò)閘申報(bào)的船舶使用，具備航線(xiàn)管理、遇險(xiǎn)報(bào)警、電子申報(bào)等功能，可為船舶航行提供各種導(dǎo)航信息和參數(shù)。

北斗在船舶定位導(dǎo)航的技術(shù)應(yīng)用與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本一致，此外，北斗系統(tǒng)因其獨(dú)特的短報(bào)文通信功能，在船舶遠(yuǎn)程位置監(jiān)控、緊急報(bào)警、出入港與過(guò)閘管理等起到一定的作用。在內(nèi)河高等級(jí)航道應(yīng)用中，可以與公眾移動(dòng)通信網(wǎng)互為備份應(yīng)用，進(jìn)行船舶的遠(yuǎn)程調(diào)度通信。

三峽地區(qū)為高山峽谷地形、河道彎曲，考慮到群山遮蔽對(duì)船舶信號(hào)接收的影響，對(duì)三峽大壩與葛洲壩之間的船舶衛(wèi)星信號(hào)收星情況進(jìn)行了實(shí)測(cè)。實(shí)測(cè)采用了GPS、北斗、GLONASS三系統(tǒng)接收機(jī)，實(shí)測(cè)路線(xiàn)圖如圖1所示。

圖1　三峽大壩與葛洲壩間主要航道

圖2　兩壩間北斗衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量圖

根據(jù)圖2、圖3測(cè)試結(jié)果可知，在航道內(nèi)的北斗衛(wèi)星收星數(shù)量穩(wěn)定在10顆左右，衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量良好，定位精度優(yōu)于20米，進(jìn)一步開(kāi)展北斗及其地基增強(qiáng)應(yīng)用后，可使得船舶達(dá)到優(yōu)于米級(jí)的定位精度，對(duì)于三峽船舶安全航行有重要的意義。

圖3　兩壩間可用衛(wèi)星數(shù)量圖

3　基于北斗/GPS水上定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)

結(jié)合現(xiàn)有三峽水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以及北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建設(shè)，基于北斗/GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，系統(tǒng)應(yīng)由管理指揮中心、地基增強(qiáng)偽距差分參考站、船舶終端及衛(wèi)星等部分組成。

3.1 空間部分

空間部分主要指北斗衛(wèi)星及其他GNSS衛(wèi)星，目前我國(guó)已發(fā)射了23顆北斗衛(wèi)星，隨著系統(tǒng)的建一步建設(shè)完善，可用衛(wèi)星數(shù)量將會(huì)逐步增多，地面終端可獲得更好的衛(wèi)星星座分布。

圖4　基于北斗/GPS水上定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)

面向船舶導(dǎo)航應(yīng)用的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)采用偽距差分的方法為船舶提供差分信息，地基增強(qiáng)系統(tǒng)的原理圖如5所示。DGNSS系統(tǒng)采用北斗與GPS的雙模系統(tǒng)，基準(zhǔn)站利用高精度接收機(jī)解算偽距差分信息，生成相應(yīng)格式的差分信息后經(jīng)控制站發(fā)送給發(fā)射站；完善性監(jiān)控站通過(guò)接收發(fā)射站播發(fā)的差分?jǐn)?shù)據(jù)，與本地GNSS接收機(jī)接收的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，校正發(fā)送的差分信息的完好性。

基于三峽航道船舶的應(yīng)用，建議將參考站沿線(xiàn)建設(shè)在三峽航道開(kāi)闊地段，并采用一定的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)向船舶兼容差分接收機(jī)播發(fā)偽距信息，船舶經(jīng)解算后，可提高自身定位精度。

3.3 船載終端

基于北斗/GPS的船載終端接收機(jī)，既可以接收差分增強(qiáng)信號(hào)，解算高精度位置信息，進(jìn)行船舶導(dǎo)航，又可以通過(guò)公網(wǎng)鏈路與管理指揮中心連接，將船舶動(dòng)態(tài)信息、船舶過(guò)閘申請(qǐng)、船舶需求等信息發(fā)送給管理指揮中心。針對(duì)監(jiān)控中心下發(fā)的指令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，顯示給船舶操縱人員以進(jìn)行航行輔助。具備的主要功能包括：

（1）船位顯示：對(duì)船舶位置的顯示主要包括實(shí)時(shí)顯示船舶的位置、時(shí)刻、航向、航速等航行信息。

（2）船位呼叫應(yīng)答、自動(dòng)應(yīng)答：接收監(jiān)控中心的即時(shí)船位呼叫時(shí)，自動(dòng)向中心發(fā)送當(dāng)前船位。

（3）船舶動(dòng)態(tài)報(bào)告：通過(guò)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，定時(shí)自動(dòng)向管理調(diào)度中心報(bào)告本船動(dòng)態(tài)，并在緊急情況下，發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

（4）船舶（過(guò)閘）報(bào)告：

⊙ 手動(dòng)彈出船舶報(bào)告單，按格式填寫(xiě)后向監(jiān)控中心（船閘調(diào)度系統(tǒng)）發(fā)送船舶航次（過(guò)閘）報(bào)告（請(qǐng)求），并保存?zhèn)洳椋ㄟ^(guò)閘標(biāo)記方式為6種，應(yīng)該在過(guò)閘后刪除清除過(guò)閘標(biāo)記，只保留一條記錄）。

⊙ 過(guò)閘取消：若當(dāng)前船舶報(bào)告為過(guò)閘報(bào)告，則在詢(xún)問(wèn)確認(rèn)后，向中心發(fā)送過(guò)閘取消消息，并修改過(guò)閘標(biāo)記。

（5）過(guò)閘跟蹤報(bào)告：針對(duì)過(guò)閘船舶，能夠根據(jù)船舶當(dāng)前航次的上行、下行狀況，在進(jìn)入相應(yīng)的上行或下行報(bào)告區(qū)域時(shí)進(jìn)行手工或智能報(bào)告并保存。

（6）信息接收：特殊顯示接收的船閘調(diào)度系統(tǒng)發(fā)來(lái)的調(diào)度計(jì)劃指令，并根據(jù)規(guī)則向調(diào)度系統(tǒng)立即發(fā)送收到確認(rèn)信息。

（7）信息查詢(xún)：能對(duì)收、發(fā)的信息進(jìn)行分類(lèi)管理，提供查詢(xún)，刪除，保存等功能。

3.4 管理指揮中心

管理指揮中心系統(tǒng)由通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、電子江圖服務(wù)器、第三方接口服務(wù)器、調(diào)度接口服務(wù)器、管理平臺(tái)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)控終端、應(yīng)急服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。中心需對(duì)入網(wǎng)船舶航行情況必須進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)將船舶發(fā)出的遇險(xiǎn)或故障求助信息通知相關(guān)單位和人員；能為航行船舶和分監(jiān)控軟件提供天氣、水情、航道等各類(lèi)通航信息，向調(diào)度、海事、航道、錨地等管理部門(mén)提供船舶的各類(lèi)數(shù)據(jù)和船舶的動(dòng)態(tài)信息；能通知、督促、協(xié)調(diào)各監(jiān)控分中心進(jìn)行應(yīng)急救助等；能提供與分監(jiān)控軟件的連接和Web信息查詢(xún)，滿(mǎn)足管理業(yè)務(wù)部門(mén)對(duì)船舶即時(shí)定位、船岸信息互通的需要。

4　結(jié)束語(yǔ)

基于北斗及地基增強(qiáng)的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用可以有效促進(jìn)內(nèi)河船舶的過(guò)閘通航效率，并提高船舶的定位導(dǎo)航精度，以此減少船舶碰撞與事故的發(fā)生。本文結(jié)合三峽航區(qū)現(xiàn)有GPS水上應(yīng)用系統(tǒng)及船舶的定位導(dǎo)航需求，提出了基于北斗/GPS的船舶定位與過(guò)閘申報(bào)應(yīng)用，有助于提升三峽航運(yùn)信息安全，并提升管理部門(mén)對(duì)船舶的監(jiān)管效率。

［1］ 莫錦華．基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的船閘報(bào)到管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．廈門(mén)大學(xué)，2013

［2］ 寧武．船聯(lián)網(wǎng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航監(jiān)測(cè)終端研發(fā)［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2015，24：20-22+25

［3］ 袁兵，葉世榕，周鵬，高振東，劉暉．長(zhǎng)江航道典型航道要素高精度定位技術(shù)［J］．水運(yùn)工程，2016，01：36-42

［4］ 耿永超，胡耀坤，梁紹一．基于北斗的地基增強(qiáng)系統(tǒng)試驗(yàn)性能分析［A］．中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心．第六屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集—S05衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)與完好性監(jiān)測(cè)［C］．中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心，2015：5

［5］ 王成，崔健慧，施闖，唐衛(wèi)明．中國(guó)沿海RBN-DGNSS系統(tǒng)北斗差分定位性能測(cè)試及分析［J］．大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2015，03：412-415+423

［6］ 張國(guó)平．長(zhǎng)江干線(xiàn)北斗CORS建設(shè)的若干思考［J］．測(cè)繪通報(bào)，2015，07：5-8+26

Exploration of BDS Application in Inland River Ship Lockage Reporting System

Wang Xiaoli1， Dou Lu2， Chen Kai2
（1.Three Gorges Navigation Authority，Yichang， 443002； 2.China Waterborne Transport Research Institute， Beijing， 100088）

The paper explores the BDS precision applications in the Three Gorges of ship navigation and lockage reporting， so as to improve efficiency of the ship position monitoring， lockage reporting and vessel dispatching management.

BDS； ship； Inland River； high precision positioning； lockage reporting

圖5　偽距差分地基增強(qiáng)系統(tǒng)參考站結(jié)構(gòu)圖

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.002

TN96 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2016）07-0004-03

王曉莉，女，漢族，任職于長(zhǎng)江三峽通航管理局，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>