淺談北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在航海保障方面的應用

李勝

摘 要：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將在2020年提供全球服務。如何利用北斗系統(tǒng)促進我國航海保障事業(yè)的發(fā)展呢？本文介紹了北斗系統(tǒng)在我國航海保障中的一些應用，提高讀者對北斗的認識，激發(fā)讀者利用北斗促進航海保障事業(yè)發(fā)展的熱情。

關鍵詞：北斗 航海保障 航標 測繪 通信

由于我國的社會發(fā)展需要和國家安全需要，我國于20世紀90年代就開始了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（北斗系統(tǒng)）建設，該系統(tǒng)是我國自主建設、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。

經(jīng)過多年的建設發(fā)展和技術攻關，北斗系統(tǒng)已日漸成熟，相關的服務和產(chǎn)品已陸續(xù)在各個行業(yè)中得到應用，如交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預報、測繪地理信息、通信時統(tǒng)、應急搜救等領域，逐步滲透到社會民生的方方面面，為全球經(jīng)濟和社會發(fā)展注入新的活力。

北斗系統(tǒng)在航海保障方面的應用研究也正在逐步鋪展開來，未來在北斗系統(tǒng)的支持下，航海保障體系將更加健全，航海保障能力將得到大幅提升。

1.北斗系統(tǒng)在海上導助航方面的應用

1.1北斗系統(tǒng)在航標管理上的應用

隨著海洋經(jīng)濟、航運經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，航標的布設不僅局限于近海等有GPRS/GSM 等有移動信號的地方，也有可能布設于無移動信號的外海。傳統(tǒng)的基于GPS與GPRS/GSM 等移動信號遙測遙控系統(tǒng)將無法對航標運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。航標遙測遙控終端將收集到的燈器工作電壓、工作電流、航標位置等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為北斗衛(wèi)星能接收的短報文形式，通過北斗衛(wèi)星傳送數(shù)據(jù)收集中心，再通過互聯(lián)網(wǎng)技術將收集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在用戶顯示終端上。同時，用戶顯示終端上也可以實現(xiàn)對航標遙測遙控終端的操作指令（如開關、更改燈質(zhì)等操作）。這些操作指令也將轉(zhuǎn)化為短報文，通過北斗衛(wèi)星實現(xiàn)對航標遙測遙控終端的遠程監(jiān)控。

基于北斗的航標遙測遙控系統(tǒng)為航標維護管理提供了一種新的信息化手段，對于維護管理無移動信號覆蓋的地方的航標，起到了減少航標作業(yè)人員勞動強度，提高工作效率和航標管理維護質(zhì)量的作用。

1.2 北斗系統(tǒng)在RBN-DGNSS上的應用

無線電指向標-差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（beacon-differential global navigation satellite system，RBNDGNSS）是一種利用航海無線電指向標播放臺，將DGNSS差分信息以RTCM-SC104格式播發(fā)給用戶，向用戶提供高精度定位服務的助航系統(tǒng)。目前在南海海區(qū)布設有8座RBNDGNSS臺站，為南海沿海船舶航行提供了可靠精確的導助航服務。

在很長一段時間里，我國沿海RBN-DGNSS臺站只對GPS信息進行差分改正信息播發(fā)。我國于2014年開展了在RBN-DGNSS臺同步播發(fā)BDS和GPS差分改正信息。航海保障部門在基于國際海運事業(yè)無線電技術委員會104特委會RTCM推薦標準數(shù)據(jù)格式，定義北斗電文，在現(xiàn)有的航海無線電指向標（RBN）載頻上（頻率283.5-325.0kHz）同步播發(fā)BDS和GPS的差分改正信息。位于廣東省珠海市的三灶差分導航臺于2014年進行雙模改造，工作在291kHz上，同步播發(fā)BDS和GPS的差分改正信息。據(jù)相關測試和研究表明：定位精度在300km內(nèi)平面優(yōu)于1.5 m （95%），BDS/GPS聯(lián)合定位精度、數(shù)據(jù)有效率都優(yōu)于單個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，定位精度相對于GPS提高25%，相對于北斗提高30%左右。這大大提供了定位精度，更有利于船舶航行安全。

2.北斗在海事測繪方面的應用

BD-CORS，中文全稱為北斗連續(xù)運行參考站系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是一種北斗導航衛(wèi)星地面差分改正系統(tǒng)，BD-CORS由北斗導航衛(wèi)星、地面參考站網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和終端用戶四部分組成。BD-CORS系統(tǒng)所利用的是連續(xù)運行的多基站網(wǎng)絡RTK技術，地面參考站負責不間斷的接收北斗導航衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)實時傳送至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心根據(jù)各參考站的觀測值綜合計算終端用戶所需要的差分改正信息（偽距差分或載波相位差分），并通過公共移動通信網(wǎng)絡將差分改正信息實時播發(fā)給終端用戶，終端用戶由此來提高導航定位的精度。

海事測繪對定位精度具有很高的要求，特別是在渤海灣、長江口、珠江口等航運業(yè)發(fā)達的重點水域的測繪。為此，我國在渤海灣、長江口、珠江口等水域建設了BD-CORS系統(tǒng)，提供厘米級的定位服務。BD-CORS的建立可以大大提高測繪的速度與效率， 降低測繪勞動強度和成本， 節(jié)省各項測繪工程實施過程中約30% 的控制測量費用。

3.北斗在海上通信方面的應用

3.1北斗播發(fā)航行警告等安全信息

北斗具有短報文功能，這是北斗與GPS的最大不同。北斗終端可以直接通過北斗衛(wèi)星對外發(fā)送消息，GPS則沒有這個功能，這是因為北斗衛(wèi)星具有雙向通信的能力。北斗短報文其實就是北斗終端通過衛(wèi)星發(fā)送的“短信”，只不過每次發(fā)送有著120字的限制。即便處于外海、遠海，也能通過北斗系統(tǒng)的短報文功能進行通信，而不需要擔心信號不通，鏈路中斷。

基于北斗的這個功能，我們可以利用北斗進行海上安全信息的播發(fā)。通過播發(fā)航行警告等海上安全信息，可以將有關海區(qū)和水域內(nèi)發(fā)生的或?qū)⒁l(fā)生的可能影響航行和作業(yè)安全的任何環(huán)境情況變化，用無線電形式，及時準確地通知所有船舶，使之采取適當措施或保持戒備，以確保航行與作業(yè)安全。

3.2北斗/AIS相結(jié)合

利用北斗與AIS相結(jié)合，可以開發(fā)基于北斗和AIS的基站和相應的船載設備。北斗通信功能和AIS通信功能互相替代，互為補充。當船舶航行到?jīng)]有AIS基站信號覆蓋的水域時，北斗通信功能就自動發(fā)揮作用；當船舶航行至有AIS基站信號的地方，北斗通信功能就自動關閉?；谶@種原理開發(fā)的船載設備，可以實現(xiàn)對船舶的實時監(jiān)控，還可以用于航行通告、緊急報警、物流監(jiān)控、電子簽證、進出港報告等。

利用北斗和AIS相結(jié)合，還可以實現(xiàn)海上遇險時的快速定位和搜救，保障人命和財產(chǎn)安全。現(xiàn)代的海洋活動頻繁，會不時有人員落水等情況，船舶遇難等情況。現(xiàn)在的救生衣普遍搭載的搜救設備只有單一的AIS通信設備，這種設備的缺點在于覆蓋范圍小，當附近沒有船舶，或者岸基的時候，遇險人員將得不到及時有效的救助。當在救生衣上同時搭載北斗和AIS通信設備時，在海上活動的人員落水后，救生衣上搭載的搜救設備開始工作。首先，北斗可以對落水者的位置進行定位。北斗通信設備通過短報文將落水者的位置、身份等信息通過北斗衛(wèi)星向搜救中心發(fā)送，同時AIS通信設備可以向周圍船舶、岸基發(fā)送求救信息。通過兩種方式將求助信息發(fā)送出去，可以快速定位落水者的位置，實現(xiàn)對落水者的搜救。同理，船舶上也可以配備北斗和AIS相結(jié)合的搜救設備，當船舶遇難時可以實現(xiàn)遇難船舶的快速定位和救助。

4.未來北斗在航海保障中的應用展望

目前被廣泛應用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS、GLONSS、GALILEO均為國外全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，一旦發(fā)生戰(zhàn)事等導致這些系統(tǒng)信號關閉，將對我國使用這些系統(tǒng)的單位和部門造成無法估量的損失。所以推動北斗系統(tǒng)的建設、推進北斗系統(tǒng)的全球化勢在必行，逐步推動北斗替換掉現(xiàn)在使用的GPS等系統(tǒng)對我國導航定位的安全性具有重要意義。

北斗系統(tǒng)目前得到了較為廣泛的應用，如應用在電信、交通運輸、測繪、勘探等領域。但在航海保障方面的應用尚處于起步階段。行業(yè)內(nèi)有句話“沒有國際標準，北斗終端裝不到國外船舶上去”。要想北斗系統(tǒng)在國際航海領域走出國門，走向世界，得到全球用戶的認可和使用，那么首先得得到國際海事組織（IMO）的認可。根據(jù)IMO相關機制，北斗系統(tǒng)要想在國際海事領域推廣應用，那么首先要形成海事領域的應用標準。。所以推動北斗系統(tǒng)在海事、航海保障上的國際標準制定顯得尤為重要。近年來，我國開展了北斗國際標準化研究，提出了北斗RTCM（國際海運事業(yè)無線電技術委員會）差分格式修改建議，為北斗系統(tǒng)國際海事標準化提供技術儲備。

在國際標準制定同時，我國也將繼續(xù)推薦北斗系統(tǒng)相關軟硬件的開發(fā)，逐步打破改我國沿海導航定位完全依賴國外技術的現(xiàn)狀，進一步提升我國海事信息獲取和航海保障安全服務的能力。相信在不久的將來，北斗系統(tǒng)將走出國門，在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，并為我國航海保障事業(yè)的發(fā)展提供更有力的支持。

參考文獻：

[1]淺談基于北斗衛(wèi)星通信的航標遠程遙測遙控系統(tǒng).冀振宇.

[2]北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在航海保障領域應用發(fā)展.云澤雨.