北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧水上交通建設(shè)中的應(yīng)用

馬甲林

【摘 要】 為使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧水上交通建設(shè)發(fā)揮更大作用，介紹東海航海保障中心北斗導(dǎo)航民用分理服務(wù)管理中心成立以來在智慧水上交通建設(shè)中已發(fā)揮的作用，及其與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)系統(tǒng)在船舶智慧監(jiān)管、航標(biāo)智慧監(jiān)控、應(yīng)急搜救、水文氣象服務(wù)、連續(xù)定位服務(wù)、高精度定位服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，為更好地發(fā)展智慧水上交通提供相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】 智慧水上交通;北斗導(dǎo)航系統(tǒng);海事;海事北斗分理中心

0 引 言

水上交通是交通運輸?shù)闹匾M成部分。隨著我國建設(shè)海洋強國戰(zhàn)略的實施，智慧水上交通建設(shè)也成為熱點。2019年5月，交通運輸部等7部門聯(lián)合發(fā)布《智能航運發(fā)展指導(dǎo)意見》，為智能航運未來30年發(fā)展指明方向。智能航運是傳統(tǒng)航運要素與現(xiàn)代信息、通信、傳感和人工智能等高新技術(shù)深度融合形成的現(xiàn)代航運新業(yè)態(tài)，包括智能船舶、智能港口、智能航保、智能航運服務(wù)和智能航運監(jiān)管等5個方面基本要素。《智能航運發(fā)展指導(dǎo)意見》提出要重點提升港口碼頭和航運基礎(chǔ)設(shè)施信息化、智能化水平，推進(jìn)智能船舶技術(shù)應(yīng)用，加快船舶智能航行保障體系建設(shè)以及培育智能航運服務(wù)新業(yè)務(wù)、新模式。

隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的智慧水上交通建設(shè)也有了較快發(fā)展。

1 智慧水上交通建設(shè)

2017年，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，將“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)推廣工程”列為交通運輸智能化發(fā)展重點工程。

智慧水上交通包括智能交通基礎(chǔ)設(shè)施和智能“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺服務(wù)。智能交通基礎(chǔ)設(shè)施是由具有定位、通信、感知、人工智能能力的基礎(chǔ)設(shè)施和多功能交通載體組成;智能“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺提供以人為本的精密交通服務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)集成和綜合交通服務(wù)。北斗導(dǎo)航、5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)的融合應(yīng)用也加速了智慧水上交通建設(shè)進(jìn)程。

2 海事北斗分理中心建設(shè)

2015年4月，交通運輸部海事局授權(quán)東海航海保障中心開展北斗導(dǎo)航應(yīng)用服務(wù);2015年6月6日，東海航海保障中心成為全國海事系統(tǒng)唯一一家具有北斗導(dǎo)航民用分理級服務(wù)試驗資質(zhì)的事業(yè)單位;2017年5月，東海航海保障中心完成北斗導(dǎo)航民用分理服務(wù)管理中心（以下簡稱“海事北斗分理中心”）建設(shè)工作，這是我國海事領(lǐng)域第一個專注于北斗導(dǎo)航民用服務(wù)的機構(gòu)，其作用是全面推動北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在海事航保領(lǐng)域的應(yīng)用。該中心成立后開展了北斗差分臺站改造、北斗衛(wèi)星定位服務(wù)連續(xù)運行參考站（CORS）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、北斗船臺和航標(biāo)北斗遙測終端推廣、北斗應(yīng)用創(chuàng)新推廣等工作。通過利用北斗衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)（RDSS），提供基于位置的信息協(xié)同、短報文信息轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程測控以及各類信息增值服務(wù)。

海事北斗導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐子系統(tǒng)以及運營管理子系統(tǒng)（見圖1）。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)實現(xiàn)了北斗應(yīng)用設(shè)備的數(shù)據(jù)接入、分類、融合、存儲等處理，并向用戶提供信息分發(fā)、信息協(xié)同等服務(wù)?；A(chǔ)支撐子系統(tǒng)實現(xiàn)了動態(tài)位置信息服務(wù)、短報文互通服務(wù)、行業(yè)信息服務(wù)、行業(yè)增值信息服務(wù)和歷史數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。運行管理子系統(tǒng)實現(xiàn)了用戶信息管理、北斗應(yīng)用設(shè)備管理、運營計費管理、運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計、運營值班監(jiān)控管理等。

3 海事北斗分理中心在智慧水上交通建設(shè)中發(fā)揮的作用

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧水上交通領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間，結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，以水上交通數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，打造智慧水上交通綜合服務(wù)平臺。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧水上交通建設(shè)中的應(yīng)用框架見圖2。海事北斗分理中心已建成海事系統(tǒng)北斗數(shù)據(jù)中心，依托東海海區(qū)船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）管理中心的優(yōu)勢，通過與水文氣象相關(guān)單位合作，構(gòu)建并實現(xiàn)了采集、傳輸、應(yīng)用綜合體系，打造了多個智慧水上交通信息應(yīng)用系統(tǒng)。

3.1 船舶智慧監(jiān)管

利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的全天候定位和通信能力，為船舶提供水上安全服務(wù)，有效解決船舶水上交通監(jiān)管和通信盲區(qū)，構(gòu)建了全方位立體綜合海事監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了24 h不間斷監(jiān)控船舶動態(tài)信息、禁航區(qū)自動管控、安全信息播發(fā)、船舶避碰指揮、遇險船舶緊急求救信息發(fā)布等。具體應(yīng)用如下：

（1）瀾滄江-湄公河海事安全監(jiān)管。瀾滄江兩岸崇山峻嶺，自然條件險惡，原有的地面移動通信、短波電臺、甚高頻（VHF）等無線通信網(wǎng)等都無法保證航行于瀾滄江船舶的通信，給船舶航行安全帶來很大隱患。目前，東海航海保障中心已在瀾滄江水域中國籍船舶裝配多臺北斗船載終端，實現(xiàn)了船位監(jiān)控、自動預(yù)警、遇險報警與救助、指揮調(diào)度、中英文通信、運輸船舶管理和船岸信息溝通等功能，大大提高了瀾滄江船舶航行安全和海事監(jiān)管水平。

（2）博斯騰湖海事監(jiān)管。通過北斗衛(wèi)星傳輸AIS信息成功解決湖區(qū)水域無法架設(shè)AIS基站的難題，采用北斗船載AIS終端能提供能見度不良條件下湖區(qū)旅游船舶互見及避碰等技術(shù)條件，提高了海事現(xiàn)場監(jiān)管能力，解決了湖區(qū)無公網(wǎng)手機信號的短信收發(fā)問題，便于及時掌握旅游船舶航行狀態(tài)，替代原有海事人員現(xiàn)場死看死守的管理模式，大大提高了管理能力，降低管理成本。

（3）保障我國船舶極地航行安全?！把垺碧柺侵袊畲蟮臉O地考察船，在第31次南極科考中，東海航海保障中心在“雪龍”號安裝了北斗AIS一體化船載終端，為海洋局提供“雪龍”號科考船的動態(tài)位置信息，并利用中國首艘無人智慧測量艇以及多波束聲吶、衛(wèi)星實時動態(tài)差分定位系統(tǒng)、磁力儀器等掃測設(shè)備，在羅斯海首次發(fā)現(xiàn)新錨地。“永盛”輪在北極航道航行中也通過北斗終端實現(xiàn)了船岸通信和船舶位置監(jiān)控。

（4）用于海洋局公務(wù)船。國家海洋局是國土資源部管理的監(jiān)督管理海域使用和海洋環(huán)境保護(hù)、依法維護(hù)海洋權(quán)益、組織海洋科技研究的行政機構(gòu)。海洋局所屬工作船舶肩負(fù)著維護(hù)海洋主權(quán)的職責(zé)，在多條海洋局公務(wù)船上安裝北斗船載終端，既滿足了對船舶的動態(tài)監(jiān)管需求，也兼顧了數(shù)據(jù)保密要求。

（5）在馬航MH370客機搜救任務(wù)中的應(yīng)用?！昂Ｑ?1”輪于2017年3月前往南半球高緯度海域開展馬航MH370失蹤客機搜尋工作。在外海作業(yè)期間，“海巡01”輪船載北斗AIS一體機將現(xiàn)場搜救船舶的動態(tài)位置信息通過北斗短報文實時傳送給國內(nèi)指揮中心，在搜救工作中起到至關(guān)重要的作用。

（6）在內(nèi)河海事監(jiān)管中的應(yīng)用。涼山州水運資源豐富，擁有金沙江、雅礱江、大渡河、安寧河、邛海、瀘沽湖等通航河流和湖泊。隨著水電資源開發(fā)，通航里程持續(xù)增加，通航環(huán)境大為改善，涼山州發(fā)展內(nèi)河水運的基礎(chǔ)條件進(jìn)一步夯實，但是航運安全基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀沒有得到根本改善，海事監(jiān)管條件仍相對滯后，現(xiàn)代化監(jiān)管手段尚未起步建設(shè)，現(xiàn)有安全監(jiān)管及應(yīng)急救援能力已不能適應(yīng)轄區(qū)點多、面廣、戰(zhàn)線長的監(jiān)管特點。以北斗導(dǎo)航作為技術(shù)手段獲取重點船舶的動態(tài)位置信息，為重點水域內(nèi)的航行船舶提供信息服務(wù)，保障了船舶航行安全，提高了涼山地方海事水上安全監(jiān)管能力，為涼山州水上人命搜尋救助和應(yīng)急反應(yīng)提供有力支持。3.2 航標(biāo)智慧監(jiān)控

基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)具有監(jiān)控范圍大、數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)勢，該系統(tǒng)解決了公網(wǎng)和AIS基站信號存在盲區(qū)的問題，使監(jiān)管部門可通過該系統(tǒng)對無公網(wǎng)信號覆蓋地區(qū)的航標(biāo)工作狀況進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測。目前，我國沿海海區(qū)已安裝多套北斗遙測終端系統(tǒng)。

上海市長江口中華鱘自然保護(hù)區(qū)位于崇明島東部水域，是中華鱘生殖棲息的重要水域。在保護(hù)區(qū)設(shè)置專用標(biāo)志，采用高分子塑料燈浮并裝配有最新的北斗遙測終端、AIS應(yīng)答器以及相關(guān)環(huán)境監(jiān)測傳感器，用于標(biāo)示中華鱘自然保護(hù)區(qū)邊界，監(jiān)測自然保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境。

3.3 應(yīng)急搜救救援

海事北斗分理中心參與北斗緊急無線電示位標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的制定和應(yīng)用推廣工作。配備北斗緊急無線電示位標(biāo)的船舶遇險時能立即內(nèi)向北斗衛(wèi)星發(fā)送包含自己標(biāo)識、位置、時間等信息的報告電文，再通過轉(zhuǎn)送分發(fā)至各海事局、漁政局、船舶交通服務(wù)中心（VTS）、遠(yuǎn)地通信中心（RCC）等各級系統(tǒng)。同時，利用北斗系統(tǒng)的雙向通信功能，也可將信息反饋給北斗應(yīng)急示位標(biāo)和參與救援的船舶。

3.4 北斗與水文氣象

東海海區(qū)多個水文采集站點已采用北斗終端進(jìn)行水文數(shù)據(jù)的傳輸。離岸水文信息采集系統(tǒng)是在遠(yuǎn)離海岸線和島礁區(qū)域無法設(shè)置固定水文潮站的沿海或近海拋設(shè)海洋浮標(biāo)定點觀測水文等信息，采集數(shù)據(jù)在浮標(biāo)上集成后，采用北斗系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，實時傳輸水文信息。各類傳感器采集氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等多種海洋氣象要素數(shù)據(jù)，再通過北斗系統(tǒng)傳至監(jiān)控中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化觀測和傳輸。海事北斗分理中心為氣象部門提供北斗通信渠道，向重點船舶播發(fā)氣象信息，根據(jù)船舶北斗定位信息可以對某個區(qū)域的船舶進(jìn)行定制化氣象預(yù)報推送服務(wù)，為船舶航行提供精準(zhǔn)的、必要的安全航行信息。

3.5 北斗連續(xù)運行定位系統(tǒng)

東海海區(qū)現(xiàn)已建成自主可控、全國產(chǎn)化的北斗地面基站增強系統(tǒng)，在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)提供實時米級、分米級、厘米級及后處理毫米級高精度定位基本服務(wù)能力?；诒倍稢ORS系統(tǒng)的大型船舶高精度導(dǎo)航及靠泊儀是大型集裝箱船在能見度不良天氣條件下進(jìn)出洋山深水港航海保障系統(tǒng)建設(shè)工程的重要組成部分，支持AIS、北斗、雷達(dá)等，提供厘米級的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)，為夜航、霧航條件下的船舶高精度定位、導(dǎo)航和安全靠泊提供支持，保障船舶航行安全，為大型集裝箱船在洋山深水港區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)全天候、全天時安全快速進(jìn)出港及靠離泊提供助力，對提高洋山港的港口運營水平、提高貨物吞吐量、提升服務(wù)能級具有重要意義，也標(biāo)志著E航海戰(zhàn)略實施啟動，是海事航保服務(wù)在上海國際航運中心和自貿(mào)區(qū)建設(shè)的又一有力舉措。

3.6 無線電指向標(biāo)-差分臺站（RBN-DGNSS）

為提高船舶導(dǎo)航定位精度，交通運輸部海事局分別對北方海區(qū)、東海海區(qū)、南海海區(qū)的RBN-DGPS臺站進(jìn)行了改造，改造后可同時播發(fā)BDS/GPS的差分信息，現(xiàn)已建成RBN-DBDS系統(tǒng)，在300 km范圍內(nèi)提供約3 m精度的定位服務(wù)，優(yōu)于RBN-DGPS的5 m。

4 展 望

2020年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將完成全球組網(wǎng)，這既是機遇也是挑戰(zhàn)。海事北斗分理中心將牢牢把握北斗系統(tǒng)全球化推廣的機遇，踐行自身發(fā)展理念，推動新常態(tài)下現(xiàn)代綜合交通運輸發(fā)展，通過北斗應(yīng)用推廣不斷提升業(yè)務(wù)水平，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的航海保障服務(wù)。2019年，《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《交通強國建設(shè)綱要》發(fā)布，提出交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施和運載裝備全要素、全周期的數(shù)字化升級邁出新步伐，數(shù)字化采集體系和網(wǎng)絡(luò)化傳輸體系基本形成。數(shù)字交通也成為今后發(fā)展的方向。交通運輸也將成為北斗導(dǎo)航的民用主行業(yè)，海事北斗分理中心將繼續(xù)推動交通基礎(chǔ)設(shè)施全要素、全周期數(shù)字化，實現(xiàn)布局重要節(jié)點的全方位交通感知網(wǎng)絡(luò)，推動載運工具、作業(yè)裝備智能化，構(gòu)建智能化的應(yīng)用體系。