基于北斗/世廣技術(shù)的船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)概述

曹愛(ài)萍，蔡喜光，趙美慧

(威海海洋職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264300)

1 船舶實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外船舶監(jiān)控及定位方式主要是通過(guò)AIS、SSAS、GPS+GPRS/CDMA+GIS、北斗衛(wèi)星技術(shù)等，尤其是GPS+GPRS/CDMA+GIS和北斗技術(shù)特別適用于GPRS技術(shù)覆蓋不到的偏遠(yuǎn)及信號(hào)較弱的海域，北斗技術(shù)和GPS技術(shù)的融合對(duì)船舶領(lǐng)域的定位監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。

常見(jiàn)的定位監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾種：

VTS+AIS。AIS[1]是船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，裝有AIS設(shè)備的船舶能夠在VHF覆蓋范圍內(nèi)獲得所有附件船舶的運(yùn)行快慢、行駛方位、間隔距離以及船舶的名稱(chēng)、型號(hào)等信息。VHF對(duì)這些信息的發(fā)送間隔會(huì)隨著船只運(yùn)行速度的提高而減小，當(dāng)船舶?？繒r(shí)，信息發(fā)送的時(shí)間間隔會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。但是，當(dāng)船舶在航道中高速運(yùn)行時(shí)，則會(huì)每?jī)擅腌姲l(fā)送一次覆蓋范圍內(nèi)所有船舶的航行信息，因此AIS技術(shù)有效避免了船只相互間發(fā)生碰撞等事故，極大提高了船只出行效率。

Inmarsat+SSAS。SSAS是船舶保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)[2]的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，當(dāng)船只受到危險(xiǎn)或攻擊時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可以通過(guò)Inmarsat向有關(guān)部門(mén)發(fā)送包括船只名稱(chēng)、位置、當(dāng)前狀態(tài)等信息在內(nèi)的報(bào)警信號(hào)，可以極大地提高船只遇險(xiǎn)后的被救概率，有效減少船只上的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

GPS+GPRS/CDMA+GIS。這是將GPS技術(shù)、GPRS/CDMA技術(shù)和GIS技術(shù)相融合的一種獲取船舶航行信息的方式[3]。裝有GPS終端的船只通過(guò)GPS定位功能獲取相關(guān)信息，并上傳至GPRS/CDMA進(jìn)行處理，將最終數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，最后利用GIS的地理數(shù)據(jù)顯示、分析與管理功能將船舶信息實(shí)時(shí)顯示在江面圖上，可以為基站提供準(zhǔn)確的船舶位置、航速等信息，有利于基站對(duì)流域內(nèi)各船只的監(jiān)管。

北斗/世廣衛(wèi)星。是將北斗系統(tǒng)、世廣衛(wèi)星及其相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)將船載終端、地面基站相連接起來(lái)的定位監(jiān)控系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)是完全由我國(guó)科研人員研發(fā)的系統(tǒng)，擁有完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有導(dǎo)航、測(cè)速和授時(shí)功能，且其定位精密度和測(cè)速精度高，不僅適用于信息流暢的區(qū)域內(nèi)，在比較偏遠(yuǎn)的航道內(nèi)仍然具有良好的導(dǎo)航監(jiān)測(cè)功能，獨(dú)有的短報(bào)文功能可以實(shí)現(xiàn)用戶與基站的雙向通信，不僅能夠完成基站對(duì)用戶的管理和監(jiān)測(cè)，用戶也可以向基站發(fā)送簡(jiǎn)單的通行信息基于以上特點(diǎn)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外船舶監(jiān)測(cè)領(lǐng)域必然將得到大規(guī)模的應(yīng)用和發(fā)展。

2 北斗/世廣衛(wèi)星實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)其發(fā)展過(guò)程分為三步[3]：第一步為北斗衛(wèi)星一號(hào)系統(tǒng)，已經(jīng)建設(shè)完畢。第二步為北斗二號(hào)系統(tǒng)，截至2012年基本完成亞太區(qū)全覆蓋。第三步2019年已基本完成，其輻射范圍已覆蓋全世界，成為在GPS、GLONASS之后的第三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。其在GPS、GLONASS的基礎(chǔ)上加入了短報(bào)文功能，極大豐富了相關(guān)應(yīng)用功能。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比較。目前，GPS仍是世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的導(dǎo)航定位監(jiān)控系統(tǒng)，但是隨著北斗技術(shù)的日益完善，會(huì)有越來(lái)越多的用戶體驗(yàn)到北斗技術(shù)的方便與強(qiáng)大。GPS與CNSS導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍均輻射全球，可以為全球用戶提供服務(wù)。目前，GPS可以服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量有24個(gè)，CNSS可服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量高達(dá)35個(gè)，可以更加精準(zhǔn)地輻射到一些比較偏僻或者偏遠(yuǎn)的地方。GPS的定位精度為5 m，CNSS的定位精度為10 m。

北斗/世廣衛(wèi)星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。主要由太空北斗/世廣衛(wèi)星構(gòu)成的太空通信系統(tǒng)、船載終端系統(tǒng)、岸邊基站監(jiān)控系統(tǒng)三大部分組成，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 工作原理圖Fig.1 Schematic diagram

船載終端是衛(wèi)星通信系統(tǒng)和岸邊基站監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)樞紐，通過(guò)衛(wèi)星通信系統(tǒng)完成船舶航行位置、航信速度等信息的接收和發(fā)送，并接收岸邊基站控制系統(tǒng)的指令和信號(hào)，可完成信息采集、觸發(fā)報(bào)警、實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航檢測(cè)等多種功能。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星和世廣衛(wèi)星兩大部分組成，主要起到信號(hào)傳輸作用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有聯(lián)系用戶和岸邊基站的雙向短報(bào)文功能，導(dǎo)航和定位時(shí)效性較高。

岸邊基站監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是收集信息并對(duì)船舶進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而發(fā)出指令和信號(hào)，引導(dǎo)船舶安全有序的航行。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能。通信功能：通過(guò)北斗/世廣衛(wèi)星的定位監(jiān)控系統(tǒng)，在已經(jīng)安裝終端的船舶上可以實(shí)現(xiàn)船舶間的雙向通信、岸邊基站對(duì)船舶的雙向通信、船舶和岸上移動(dòng)設(shè)備的短消息通信。報(bào)警功能：當(dāng)裝有北斗終端的船舶遭遇到危險(xiǎn)時(shí)，可以啟動(dòng)緊急報(bào)警按鈕，向岸邊基站及附近船舶申請(qǐng)緊急救援，船載終端會(huì)連續(xù)發(fā)送報(bào)警信息直至控制中心確認(rèn)。報(bào)警信息中包含船舶當(dāng)前所處位置、運(yùn)行速度等。

3 世廣衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)的主要效益

社會(huì)效益。利用北斗/世廣衛(wèi)星監(jiān)控的船舶系統(tǒng)將為全中國(guó)乃至全世界的船舶海上作業(yè)，尤其是偏遠(yuǎn)航線上的船舶監(jiān)管做出十分有益的貢獻(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了船舶終端、陸地監(jiān)管、太空信息的三方信息交換，實(shí)現(xiàn)了船舶終端和網(wǎng)絡(luò)通信、船舶終端和監(jiān)控系統(tǒng)的雙向通信。基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的全天候不間斷的實(shí)時(shí)定位監(jiān)控功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)洋偏僻航線航行的船舶進(jìn)行全面的監(jiān)控管理，降低船舶發(fā)生危險(xiǎn)或者事故的概率，提高國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶的監(jiān)管水平。通過(guò)監(jiān)管可以有效地規(guī)范海上漁船的航行秩序，大大減少了違規(guī)違法船只的出現(xiàn)。

經(jīng)濟(jì)效益。北斗/世廣衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，突破了我國(guó)海洋安全監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)難點(diǎn)，使我國(guó)在海洋監(jiān)管領(lǐng)域擁有了獨(dú)立自主權(quán)的導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了港口、基站、遠(yuǎn)洋一體化監(jiān)控。北斗/世廣衛(wèi)星的導(dǎo)航定位監(jiān)控系統(tǒng)為船舶提供了海上緊急情況的實(shí)時(shí)報(bào)警，大大增加了船舶航行的可靠性和搜救成功的可能性，對(duì)海上船舶的安全救助提供了有利幫助，從而大大降低了船只和船員的生命財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

推廣應(yīng)用前景。利用北斗/世廣衛(wèi)星組成的導(dǎo)航定位為基礎(chǔ)的海洋船舶安全信息監(jiān)管系統(tǒng)在全國(guó)海洋管理系統(tǒng)上具有里程碑式的意義，為推動(dòng)我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。