淺析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在航標(biāo)信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙加德

摘要：隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的不斷成熟，北斗技術(shù)呈現(xiàn)出應(yīng)用范圍擴(kuò)大、功能不斷增多、針對(duì)性不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)、E航海、互聯(lián)網(wǎng)+等新興技術(shù)的興起為航標(biāo)信息化加入了新的元素，將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)融入到航標(biāo)新技術(shù)中去，成為航標(biāo)信息化系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢(shì)。本文闡述了北斗衛(wèi)星技術(shù)和航標(biāo)信息化融合的必要性和重要性，并提出了初步的方案。

關(guān)鍵詞：信息 北斗 定位 授時(shí) 模塊

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)簡(jiǎn)介

世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠自主研制生產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前全球有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)，即美國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格羅納斯GLONASS系統(tǒng)、歐洲的“伽利略”系統(tǒng)、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中期，在網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展的大背景下，我國(guó)開始研究北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，歷經(jīng)以下幾個(gè)階段：

（1）《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020）》（國(guó)發(fā)〔2005〕44號(hào)）中明確組織實(shí)施“中國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)科技重大專項(xiàng)”。

（2）經(jīng)國(guó)務(wù)院、中央軍委批準(zhǔn)（ 國(guó)辦發(fā)〔2005〕46號(hào)）“重大專項(xiàng)”由總裝備部牽頭組織實(shí)施，科技部、發(fā)改委、財(cái)政部、工信部、交通運(yùn)輸部、教育部、中科院、總參謀部是重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組成員。

（3）2009年11月4日，國(guó)務(wù)院第86次常務(wù)會(huì)議提出了“質(zhì)量、安全、應(yīng)用、效益”的建設(shè)總要求，審議通過《中國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)科技重大專項(xiàng)實(shí)施方案》，在區(qū)域系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設(shè)覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提供導(dǎo)航、定位、授時(shí)服務(wù)及覆蓋東半球的短報(bào)文服務(wù)。

該系統(tǒng)于2011年12月27日開始試運(yùn)行服務(wù)，2012年實(shí)現(xiàn)區(qū)域服務(wù)（5GEO+5IGSO+4MEO），到2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)（5GEO+3IGSO+27MEO）。北斗系統(tǒng)在5顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星上采用衛(wèi)星無線電導(dǎo)航（RNSS）和衛(wèi)星無線電測(cè)定（RDSS）的雙重體制，不僅能與其他軌道衛(wèi)星一起提供無源定位服務(wù)，還能由這5顆GEO衛(wèi)星向區(qū)域用戶提供有源定位、位置報(bào)告和短報(bào)文通信服務(wù)。北斗短報(bào)文通信出站信道速率為31.25kbps，入站信道速率為15.625kpbs，一次最大可發(fā)送200個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于公網(wǎng)信號(hào)無覆蓋的水域以及應(yīng)急搜救等領(lǐng)域。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。較之于陸基導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它有更優(yōu)越的性能。覆蓋范圍廣，其覆蓋范圍是在北緯50～550，東經(jīng)700～1400之間的一個(gè)心臟形區(qū)域，上大下小，基本上覆蓋了我國(guó)海區(qū)；定位精度高，靜止水平誤差±20m，運(yùn)動(dòng)水平誤差±100m，經(jīng)過校標(biāo)（即相當(dāng)于差分）可達(dá)到±20m，同時(shí)還具有數(shù)字報(bào)文通信以及授時(shí)功能。

在船舶導(dǎo)航、海上和空中交通管制、資源勘察、個(gè)人旅游、安全呼救等各個(gè)方面，雙星定位系統(tǒng)的定位導(dǎo)航應(yīng)用都具有顯著的優(yōu)越性。在漁業(yè)方面，由于受氣候等因素的影響，使得我國(guó)漁業(yè)成為高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的全天候無通信盲區(qū)的特點(diǎn)，為我國(guó)漁業(yè)部門的安全生產(chǎn)提供了可靠保證。在鐵路方面，北斗衛(wèi)星的精準(zhǔn)定位導(dǎo)航功能以及移動(dòng)列車與調(diào)度室之間借助衛(wèi)星通信進(jìn)行雙向信息傳遞，提高了行車安全和擴(kuò)大運(yùn)輸能力。目前我過機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.19億輛，其中汽車1億輛 ，良好的北斗使用體驗(yàn)為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了廣闊的空間。在客貨運(yùn)輸業(yè)務(wù)方面，可減少空駛量及沉船事故，保證航道暢通，及時(shí)緊急營(yíng)救。在郵電通信事業(yè)上，雙星定位系統(tǒng)增加了用戶的通信距離，節(jié)約了時(shí)間，提高了辦事效率。在地震災(zāi)害預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)方面，雙星系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不受地面災(zāi)害的影響，定位精度高，為災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)提供了強(qiáng)有力的手段和方便的條件。

2 航標(biāo)信息化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

“信息技術(shù)是推進(jìn)21世紀(jì)發(fā)展的最強(qiáng)大力量，將為所有的人提供重要的機(jī)會(huì)。信息社會(huì)是通過充分利用知識(shí)和設(shè)想實(shí)現(xiàn)人類希望的社會(huì)?！痹谶@一背景下，為順應(yīng)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，主動(dòng)融入綜合運(yùn)輸體系建設(shè)，立足科學(xué)發(fā)展，以航標(biāo)信息化建設(shè)為支撐，推動(dòng)航標(biāo)管理現(xiàn)代化，探索適應(yīng)現(xiàn)代航海保障體系的新型航標(biāo)運(yùn)行管理模式，最終實(shí)現(xiàn)航標(biāo)、船舶、航標(biāo)管理者三者信息互通、完美融合，從而為社會(huì)公眾提供優(yōu)質(zhì)、高效、安全的航海保障服務(wù)，成為每一位航標(biāo)科技工作者面臨的課題。

航標(biāo)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)，是以航標(biāo)質(zhì)量管理體系為依托，以日常業(yè)務(wù)管理和航標(biāo)信息為核心，以AIS、航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)、港域環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、航標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、VHF單邊帶等系統(tǒng)為支撐，統(tǒng)一數(shù)據(jù)內(nèi)容，統(tǒng)一信息格式、統(tǒng)一接口模式，將分散建設(shè)的各個(gè)信息系統(tǒng)進(jìn)行全面整合與集成，通過信息化網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換和共享，形成標(biāo)準(zhǔn)的航標(biāo)“一站式”業(yè)務(wù)管理平臺(tái)。該系統(tǒng)基于Oracle數(shù)據(jù)管理為開發(fā)平臺(tái)、B/S為體系結(jié)構(gòu)的航標(biāo)信息化管理平臺(tái)，其核心為航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)融合了包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)、通用分組無線服務(wù)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，是有計(jì)劃的、規(guī)范的、科學(xué)綠色的新型航標(biāo)運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了信息資源采集、信息編輯管理、信息服務(wù)機(jī)制的一體化、協(xié)同化，建立了數(shù)據(jù)及時(shí)統(tǒng)一、信息資源共享的信息監(jiān)控平臺(tái)。平臺(tái)建設(shè)以海上交通信息服務(wù)系統(tǒng)一體化建設(shè)為指導(dǎo)，集成并以更加精細(xì)的方式呈現(xiàn)感知信息、航海保障信息和以動(dòng)態(tài)的方式管理、提煉專業(yè)化服務(wù)信息為目標(biāo)。

歷經(jīng)數(shù)年的發(fā)展，海事航標(biāo)建設(shè)已邁入數(shù)字化和信息化時(shí)代，未來中國(guó)海事將依托不斷創(chuàng)新的科技和信息化技術(shù)，尤其是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，繼續(xù)加快“數(shù)字海事”建設(shè)，用科技信息化支撐和引領(lǐng)航標(biāo)技術(shù)發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)海事大國(guó)向海事強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。航標(biāo)信息化有利于增強(qiáng)對(duì)航標(biāo)職能部門履職的支撐服務(wù)能力，確保建成的信息資源和技術(shù)系統(tǒng)的共享和再利用，探索低成本的建設(shè)模式，建立一個(gè)信息技術(shù)與業(yè)務(wù)活動(dòng)高度融合的運(yùn)行新模式，促進(jìn)航標(biāo)業(yè)務(wù)協(xié)同的高效和行政效率的提升，滿足信息化條件下更好地為航運(yùn)安全服務(wù)的新要求。endprint

3 航標(biāo)信息化系統(tǒng)中嵌入北斗衛(wèi)星報(bào)文

北斗衛(wèi)星已經(jīng)覆蓋中國(guó)大陸、臺(tái)灣、南沙及其他島礁、中國(guó)領(lǐng)海、日本海、太平洋部分海域及周邊部分地區(qū)，形成區(qū)域無源服務(wù)能力，并將在2020年建設(shè)成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球，且具備形成全球無源服務(wù)能力的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，因此完全滿足航標(biāo)信息化系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)控管理需求。同時(shí)北斗系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展兼容功能，通過北斗衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過北斗地面控制中心轉(zhuǎn)換成IP方式在互聯(lián)網(wǎng)傳輸，數(shù)據(jù)的接收、整合、處理、存儲(chǔ)、應(yīng)用都十分便利。

將北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)引入到航標(biāo)信息化的系統(tǒng)，由航標(biāo)運(yùn)行信息監(jiān)控平臺(tái)、航標(biāo)遙測(cè)遙控終端組成。終端上安裝的信息檢測(cè)裝置可以檢測(cè)航標(biāo)燈的工作狀況，將采集的終端數(shù)據(jù)及指令執(zhí)行結(jié)果封裝后通過北斗衛(wèi)星通信模塊發(fā)送到北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到北斗MQ服務(wù)器，北斗MQ服務(wù)器解碼信息后將數(shù)據(jù)發(fā)送到MQSocket數(shù)據(jù)代理服務(wù)器，經(jīng)過信息過濾，數(shù)據(jù)被保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器會(huì)定期檢測(cè)收到的航標(biāo)終端返回信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性處理再將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中以供應(yīng)用服務(wù)器調(diào)用整合，將最終結(jié)果展示給終端用戶。用戶也可通過基于應(yīng)用服務(wù)器提供的web界面，對(duì)指定航標(biāo)終端發(fā)送遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)，指令通過數(shù)據(jù)處理服務(wù)器過濾編碼后保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，MQSocket數(shù)據(jù)代理服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中待發(fā)送指令，發(fā)現(xiàn)新的指令后MQSocket數(shù)據(jù)代理服務(wù)器將遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)重新封裝通過指定端口發(fā)送到北斗MQ服務(wù)器，北斗MQ服務(wù)器將信息轉(zhuǎn)發(fā)到北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)到達(dá)航標(biāo)終端后，航標(biāo)終端解碼并執(zhí)行相關(guān)指令。

利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)與航標(biāo)終端進(jìn)行交互，接收航標(biāo)終端上報(bào)數(shù)據(jù)信息，并依據(jù)本系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議驗(yàn)證信息有效性，并將監(jiān)控端下發(fā)的各種指令實(shí)時(shí)傳遞給航標(biāo)終端。系統(tǒng)在接收針對(duì)航標(biāo)終端的遙測(cè)遙控信息時(shí)首先將信息緩存在北斗通訊服務(wù)器收發(fā)緩存隊(duì)列中，系統(tǒng)提供與應(yīng)用程序的通信接口，通過該接口將航標(biāo)終端上傳的完整信息傳遞給后臺(tái)應(yīng)用程序，并將遙控的相關(guān)信息傳遞到北斗服務(wù)器發(fā)送隊(duì)列中，通過北斗網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的航標(biāo)終端。提供與web程序人機(jī)交互界面接口，可以接web程序下發(fā)給航標(biāo)終端的信息，及航標(biāo)終端的反饋信息選擇相應(yīng)的通道直觀地展示給用戶。

4 結(jié)束語

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使我國(guó)成為繼美、俄之后的世界上第3個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。到2020年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將成為與美國(guó)GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo并列的四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在全球性無源衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必將成為推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)改造的強(qiáng)大動(dòng)力。在這個(gè)過程中，主動(dòng)融入，從定位導(dǎo)航、簡(jiǎn)短報(bào)文通信、精密授時(shí)等功能為切入點(diǎn)，引入能夠?yàn)槲宜玫男录夹g(shù)，從而提升航標(biāo)信息化系統(tǒng)整體水平。

參考資料：

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