北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶中的應(yīng)用及對(duì)策

鄭麗彬 丁天明 艾萬政 樓然苗

【摘 要】 為完善北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，介紹北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶導(dǎo)航定位、船舶監(jiān)管、應(yīng)急救援及漁船管理上的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析現(xiàn)階段其在船舶行業(yè)應(yīng)用所面臨的問題，針對(duì)目前存在的不足提出改進(jìn)對(duì)策：擴(kuò)大船舶應(yīng)用范圍、完善政策法規(guī)體系、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);船舶導(dǎo)航;問題;改進(jìn)對(duì)策

0 引 言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航、通信和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。

2014年11月23日，國(guó)際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)審議通過了對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函。這標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式成為全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國(guó)際合法地位。2017年11月5號(hào)，中國(guó)第三代導(dǎo)航衛(wèi)星以“一箭雙星”的發(fā)射方式順利升空，標(biāo)志著我國(guó)正式開始建設(shè)北斗全球衛(wèi)星系統(tǒng)。同年8月19號(hào)，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射第37、38顆北斗衛(wèi)星，這兩顆衛(wèi)星首次裝載了國(guó)際搜救設(shè)備，將為全球用戶提供遇險(xiǎn)報(bào)警及定位服務(wù)。2018年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本建設(shè)完成，北斗系統(tǒng)服務(wù)范圍由區(qū)域擴(kuò)展為全球。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段等3部分組成。主要特點(diǎn)有：空間段采取3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，抗遮擋能力強(qiáng);使用三頻信號(hào)，能更好地消除高階電離層延遲影響，增加數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，提高可靠性和抗干擾能力;創(chuàng)新融合了導(dǎo)航和通信的功能，可以在遠(yuǎn)洋通信、應(yīng)急救援、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶航行和安全管理中應(yīng)用

1.1 船舶導(dǎo)航定位

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)船載終端設(shè)備（下稱“船載北斗終端”）可以實(shí)時(shí)顯示船舶位置、速度、航向等動(dòng)態(tài)信息，規(guī)劃船舶航線，檢測(cè)船舶是否偏航（偏離一定角度后會(huì)發(fā)出提醒）。目前，船載北斗終端一般與電子海圖信息相疊合顯示，清楚直觀，便于工作人員查看。船上人員還可以根據(jù)電子海圖顯示的船舶位置、速度，計(jì)算船舶到達(dá)目的地的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)安全、高效航行。

1.2 船舶監(jiān)管

傳統(tǒng)的海上船舶監(jiān)控手段主要有船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。由于存在監(jiān)管盲區(qū)及通信資費(fèi)昂貴等弊端，武漢市港航局使用了一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的船舶航線監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的實(shí)時(shí)定位、測(cè)速、精密授時(shí)，船舶之間及船舶與監(jiān)控中心短報(bào)文雙向通信，還具有防碰撞預(yù)警、航跡偏差告警等一系列功能。[1] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與電子海圖技術(shù)相結(jié)合，利用短報(bào)文通信技術(shù)進(jìn)行船舶狀態(tài)上報(bào)、遇險(xiǎn)求救及公共信息發(fā)布。[2] 港口監(jiān)管部門可以利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將港口各泊位噸位及靠泊船舶信息通過調(diào)度系統(tǒng)顯示，合理安排港口船舶調(diào)度工作。[3]

1.3 應(yīng)急救援

我國(guó)海上救援工作主要由遇險(xiǎn)者通過撥打海上通信無線電話、海岸電臺(tái)、應(yīng)急無線電示位標(biāo)等方式報(bào)警，海上搜救機(jī)構(gòu)對(duì)遇險(xiǎn)信息進(jìn)行核實(shí)和分析，繼而展開救援工作。但是這樣存在遇險(xiǎn)信息不確定、救援指揮工作難以協(xié)調(diào)等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段有兩種救援方案：一種是在救生衣中攜帶AIS定位系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星通過信號(hào)搜索找到遇險(xiǎn)人員，向附近船舶發(fā)布救援信息;另一種是將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、海上智能檢測(cè)系統(tǒng)、地面控制中心、海圖定位系統(tǒng)四者相結(jié)合，待遇險(xiǎn)信息確認(rèn)后，傳送急救信息，定位遇險(xiǎn)人員，并開展岸上救援指揮工作。

1.4 漁船管理

截至2017年底，我國(guó)渤海、黃海、東海、南海等海域的5萬多艘漁船配備了北斗終端設(shè)備，遇到臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害，漁政部門可通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向漁民發(fā)送回港預(yù)警信息，保障漁民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在漁船數(shù)據(jù)挖掘中，利用北斗終端對(duì)漁船進(jìn)行作業(yè)航次提取、類型識(shí)別、捕撈追溯、狀態(tài)判斷、捕撈努力量計(jì)算、漁區(qū)內(nèi)漁船捕撈強(qiáng)度監(jiān)控、捕獲量估算等信息的挖掘，為更精細(xì)化的漁船管理提供數(shù)據(jù)參考。

2 應(yīng)用中存在的問題

2.1 船舶領(lǐng)域應(yīng)用有待推廣

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)尚未在商船和遠(yuǎn)洋漁船上大規(guī)模應(yīng)用，一方面是因?yàn)镚PS導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)過20余年的應(yīng)用和推廣，其技術(shù)水平、應(yīng)用研發(fā)、產(chǎn)品發(fā)展成熟，市場(chǎng)積累深厚，而北斗衛(wèi)星作為我國(guó)自主研發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)，投入使用時(shí)間短，民眾了解程度較低;另一方面北斗衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然處于產(chǎn)業(yè)培育的初期階段。根據(jù)我國(guó)《2018衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)領(lǐng)域的企事業(yè)單位數(shù)量有14 000家左右，業(yè)內(nèi)上市公司總數(shù)為58家。但是，其中大部分企業(yè)都不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品盈利，若沒有政府的政策支持和財(cái)政補(bǔ)貼，公司運(yùn)營(yíng)尚難維持。

2.2 政策法規(guī)不夠完善

（1）缺乏統(tǒng)一的國(guó)際化應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系。由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)起步較晚，且VHF系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)、VTS系統(tǒng)是基于GPS系統(tǒng)研發(fā)的，因此北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)尚未能在航運(yùn)設(shè)施上得到廣泛使用。

（2）標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)滯后。我國(guó)缺乏針對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)促進(jìn)的法律法規(guī)，尤其是在民用領(lǐng)域的推廣應(yīng)用依然存在法律空白。譬如，《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)交通運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃》 《北斗系統(tǒng)公開服務(wù)性能規(guī)范》 《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)文件都不具備法律效力，可執(zhí)行力度較差。

2.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還需完善

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然已經(jīng)建設(shè)完成，并已向全球用戶提供服務(wù)，但是在定位精度上，與GPS還存在差異。GPS單點(diǎn)定位精度可達(dá)到1～5 m，而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球服務(wù)定位精度為水平10 m、高程10 m，測(cè)速精度0.2 m/s，授時(shí)精度為20 ns，在亞太地區(qū)精度為水平5 m、高程5 m。GPS在全球已建有5個(gè)監(jiān)控站，均勻分布于赤道上，而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)剛建成一個(gè)海外監(jiān)控站，這就使得GPS定位精度高于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片價(jià)格也是制約其大規(guī)模民用的一個(gè)重大因素。與GPS相比，北斗芯片價(jià)格較高，功耗體積較大，不占據(jù)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)在：國(guó)內(nèi)公司對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心零部件的制造水平和關(guān)鍵技術(shù)掌握程度不高，國(guó)內(nèi)基帶與射頻芯片在功耗、靈敏度、產(chǎn)品穩(wěn)定性、應(yīng)用解決方案等與國(guó)外企業(yè)有著巨大差距[4];另一方面北斗芯片的研發(fā)成本過高，前期投入巨大，許多中小企業(yè)難以承擔(dān)。

3 改進(jìn)對(duì)策

3.1 擴(kuò)大船舶應(yīng)用范圍

3.1.1 加強(qiáng)推廣力度

（1）政府應(yīng)出臺(tái)具體的優(yōu)惠政策，對(duì)配備有船載北斗終端的船舶進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼，降低安裝費(fèi)用;建立“遠(yuǎn)洋漁船+北斗導(dǎo)航”北斗全球服務(wù)推廣示范項(xiàng)目，以此推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋船舶上的使用。

（2）海事局作為海事管理部門，應(yīng)修訂《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》和《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》，要求國(guó)內(nèi)注冊(cè)和建造的船舶都應(yīng)配備船載北斗終端，海上船員都應(yīng)具備熟練使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的能力。

（3）政府應(yīng)大力扶持國(guó)內(nèi)北斗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鼓勵(lì)其完善產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和售后保障等一系列產(chǎn)品生產(chǎn)體系。

（4）主流媒體應(yīng)對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性的報(bào)道，大力宣傳并詳細(xì)介紹其功能、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)等，提高民眾的認(rèn)知度，有助于民用市場(chǎng)的推廣使用。

3.1.2 加快船舶應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)

（1）電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）是一種完全適用于《國(guó)際海上人命安全公約》要求的電子海圖系統(tǒng)。按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的電子海圖設(shè)備并不具備與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的功能。因此，海事局應(yīng)與IMO進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，修訂ECDIS國(guó)際硬件標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)際產(chǎn)業(yè)化。

（2）目前全球范圍內(nèi)能夠提供符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的ECDIS廠家有十多家，多數(shù)產(chǎn)品均為國(guó)外公司研發(fā)提供。政府應(yīng)積極推動(dòng)國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外導(dǎo)航設(shè)備廠家進(jìn)行交流合作，共同研制出與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相兼容的導(dǎo)航設(shè)備。

（3）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域主要用于船舶的定位和導(dǎo)航，而在船舶監(jiān)管、港口監(jiān)管、海上應(yīng)急救援等方面僅處于理論或?qū)嵺`階段，還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)實(shí)地調(diào)研考察目前船舶領(lǐng)域存在的不足，分析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，加快“北斗+船舶”模式發(fā)展速度，研制出合適的船舶應(yīng)用產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)品的安裝使用。

3.2 完善政策法規(guī)體系

（1）政府應(yīng)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，進(jìn)一步規(guī)范北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、管理和應(yīng)用，加快《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航條例》的立法工作，完善北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（2）加強(qiáng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤研究，積極參與國(guó)際會(huì)議，通過國(guó)際溝通協(xié)調(diào)機(jī)制適時(shí)將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)其全球化發(fā)展。

（3）政府可以借鑒國(guó)外導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)政策法規(guī)制定經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段北斗系統(tǒng)發(fā)展情況，制定合適的政策，引導(dǎo)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3.3 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新

國(guó)家應(yīng)加快構(gòu)建北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)廣域米級(jí)、沿岸分米級(jí)、重點(diǎn)水域厘米級(jí)、事后處理毫米級(jí)定位，為船舶安全航行、海洋漁業(yè)、港口調(diào)度等行業(yè)提供高精度的導(dǎo)航助航服務(wù);著力提升芯片研發(fā)水平和制造工藝，重視芯片的知識(shí)產(chǎn)權(quán)工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中基礎(chǔ)設(shè)施和核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。除此之外，國(guó)家還應(yīng)加快地面監(jiān)控站和地基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)，提升增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)性能和運(yùn)行連續(xù)性、穩(wěn)定性、可能性，實(shí)現(xiàn)高精度定位。

4 結(jié) 語

“北斗”作為我國(guó)大力發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在保障國(guó)家安全、維護(hù)人民幸福生活上具有重要意義。雖然現(xiàn)階段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間和地面基礎(chǔ)設(shè)施還有待完善、“北斗+船舶”產(chǎn)品體系尚未完整、相關(guān)政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)還有待建立等一系列問題制約其在船舶上的廣泛應(yīng)用，但《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》中提出要加強(qiáng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和應(yīng)用的要求，表明下一階段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)建設(shè)得更完善，推動(dòng)船舶領(lǐng)域更加智能化、系統(tǒng)化和信息化。

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