北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在內(nèi)河航運監(jiān)管服務中的應用與展望

文|張俊杰 孟俊

中國交通通信信息中心

二、內(nèi)河航運的現(xiàn)狀

1.內(nèi)河流域北斗應用初具成效

當前，內(nèi)河流域北斗應用在長江流域和西江流域均已具備一定規(guī)模和效益，在北斗終端推廣、平臺建設、數(shù)據(jù)服務和創(chuàng)新應用等方面都取得了一定效果和成績，兩個區(qū)域的北斗應用模式具備借鑒推廣價值。其中，長江流域在云南水富至長江口建成了超過100 座北斗地基增強基準站，通過AIS 系統(tǒng)、4G/5G 系統(tǒng)播發(fā)兩種服務模式，實現(xiàn)長江流域北斗高精度定位服務。在終端應用推廣方面，已經(jīng)為300 余艘公務船、1000 余艘客船和渡船、近萬艘散貨船和液貨船等安裝了北斗終端。建設了北斗運營管理服務平臺，實現(xiàn)了海事部分業(yè)務數(shù)據(jù)、AIS 航行數(shù)據(jù)、北斗終端應用數(shù)據(jù)等相關數(shù)據(jù)的融合應用。特別是西江流域已在四千余艘航運船舶上推廣應用了北斗過閘終端，通過基于北斗過閘終端實現(xiàn)西江流域不停船繳費累計達近3 億元。同時，在京杭運河和瀾滄江等內(nèi)河流域逐步開展北斗系統(tǒng)在船舶監(jiān)管、船舶過閘等方面的應用。

2.數(shù)據(jù)分散未實現(xiàn)有效管理和服務

長江、西江等內(nèi)河流域依托運營商公網(wǎng)，實現(xiàn)了北斗終端和航運船舶的數(shù)據(jù)匯聚。但各單位之間的北斗數(shù)據(jù)相互獨立，未實現(xiàn)互聯(lián)互通，也不具備數(shù)據(jù)共享機制，數(shù)據(jù)的權威性、準確度、時效性不能得到保證，存在一定的航運數(shù)據(jù)安全隱患，無法為航運業(yè)提供有效的信息服務。以長江流域為例，長江干線北斗地基增強系統(tǒng)工程在長江干線建設了眾多北斗增強基準站以及數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)，在長江干線帶狀范圍內(nèi)為長江航運監(jiān)管部門和社會用戶提供高達分米級的定位、導航服務，可為水上船舶航行安全監(jiān)管、應急指揮、船舶動態(tài)監(jiān)測、提升三峽過閘通行效率等提供北斗高精度支持，但是現(xiàn)實中很多數(shù)據(jù)未建立共享機制，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

3.內(nèi)河船舶航行安全隱患仍舊突出

隨著內(nèi)河航運的發(fā)展，內(nèi)河船舶航行安全隱患日益突出：一是內(nèi)河航運船舶種類逐漸增多，船舶的數(shù)量也隨之增加，導致內(nèi)河航運的安全管理增加了難度，使得撞船事故出現(xiàn)的概率逐漸增加。二是內(nèi)河航道寬度小，特別是一些水域較為密集的區(qū)域，航路、航線交叉多，航道走向極為復雜，容易形成船舶交匯頻繁的現(xiàn)象，給內(nèi)河航運船舶運輸帶來了一定的風險。三是內(nèi)河航運中多是老舊船舶，船舶維護保養(yǎng)管理不善，導致設備運行狀態(tài)較差，會增加內(nèi)河船舶運輸事故發(fā)生的概率。四是內(nèi)河船舶多以私營個體為主，過度追逐經(jīng)濟利益，導致安全管理工作不完善。船體結構自身存在問題、船身質(zhì)量不滿足要求。同時也存在未按照國家相關部門規(guī)定辦理船舶手續(xù)、過載超載、阻礙河道等違法行為。五是船員專業(yè)素質(zhì)參差不齊，船員操作不規(guī)范，遵守規(guī)則意識不強，影響了船舶的航行安全。六是發(fā)生船舶擱淺、走錨、雷雨大風等險情和突發(fā)事件時，往往處理不當或不能給予足夠重視，給內(nèi)河運輸船舶航行安全監(jiān)管帶來諸多考驗。

4.內(nèi)河船舶監(jiān)管難題依舊存在

當前，內(nèi)河船舶動態(tài)監(jiān)管主要通過接收AIS 數(shù)據(jù)中包含的定位信息，對船舶位置進行監(jiān)管。由于AIS 的數(shù)據(jù)錄入受人為因素影響較大，常常存在格式不一樣，數(shù)據(jù)不全、不準、錯誤等問題。一些航運船舶為了逃避海事監(jiān)管，存在AIS 設備人為關機、人為篡改數(shù)據(jù)、購買帶有數(shù)據(jù)的二手AIS 設備等問題，造成了內(nèi)河航行船舶身份信息與實際船舶不符、單一船舶多個AIS 身份、多艘船舶共用一個AIS 信息等監(jiān)管難題。

三、北斗系統(tǒng)在內(nèi)河航運監(jiān)管應用的探索

為強化北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在內(nèi)河航運船舶監(jiān)管等領域的應用，加快擺脫船舶航行和監(jiān)管對GPS 系統(tǒng)的依賴，結合北斗系統(tǒng)示范工程已經(jīng)開展了基于北斗系統(tǒng)的內(nèi)河船舶動態(tài)預警、內(nèi)河遇險報警、內(nèi)河應急船舶資源管理與調(diào)度、船閘基礎設施監(jiān)測等方面的探索應用。

1.基于北斗的內(nèi)河船舶實時位置監(jiān)管

基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的船舶監(jiān)管，主要表現(xiàn)在：一是全域船舶實時位置監(jiān)管、指定船舶位置跟蹤、船舶航行里程統(tǒng)計、船舶基礎信息查詢、船舶超速和超區(qū)域行駛告警、船舶分類管理。二是船舶基礎信息管理，包括船舶基礎信息統(tǒng)計，船舶在線情況統(tǒng)計，船舶配員情況、重點船舶、黑名單船舶管理。三是船舶歷史軌跡回放，基于船舶航行軌跡的實時存儲，可為航道內(nèi)事故追查、問題船舶歷史軌跡追溯、事故分析等工作提供依據(jù)?？蓪崿F(xiàn)單船軌跡回放、按區(qū)域軌跡回放等。四是執(zhí)法船舶加密管理，通過普通加密、增強加密兩種模式，實現(xiàn)執(zhí)法船舶在執(zhí)行特殊任務期間進行無線電隱身?；诒倍返拇昂叫袆討B(tài)監(jiān)測預警實際上是通過采集航行船舶精確位置信息，融合AIS 等監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)，接入船舶管理、船員管理、船載客貨管理等海事業(yè)務數(shù)據(jù)，基于電子航道圖，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合顯示，為監(jiān)管部門提供船舶航行動態(tài)顯示、監(jiān)測、預警，統(tǒng)計分析、用戶管理服務，提升內(nèi)河交通安全動態(tài)監(jiān)測和預警能力。通過對大量精確船舶航行軌跡數(shù)據(jù)的處理，可以高效率、低成本地生成高精度電子航跡圖，在水上導航信息發(fā)布、電子航道圖實時更新、未知航段的實時探測等方面發(fā)揮作用（圖1）。

圖1 高精度電子航跡圖

2. 基于北斗的內(nèi)河遇險報警管理與應急船舶資源調(diào)度

通過北斗船載終端、北斗個人信標可實現(xiàn)船舶和船員的遇險主被動一鍵報警功能。依托內(nèi)河監(jiān)管部門已有的值守管理、接警管理、應急指揮調(diào)度等功能，基于北斗的終端報警信息接入、管理和分發(fā)等功能，并與現(xiàn)有系統(tǒng)的值守和接警流程進行有效銜接。一是船舶遇險報警。通過一鍵觸發(fā)基于北斗船舶導航智能終端，終端通過發(fā)送短信或北斗短報文，將船舶北斗定位信息發(fā)送到北斗遇險報警信息管理平臺；這種船載終端觸發(fā)遇險報警信息，在平臺上能第一時間看到報警內(nèi)容、船舶位置和船舶的基礎信息。二是個人信標落水報警。個人信標遇水后會觸發(fā)自動報警裝置，北斗個人信標產(chǎn)生的報警信息，通過AIS 廣播，由AIS 船臺接收到后轉發(fā)至系統(tǒng)，信標AIS 天線將報警位置回傳至周邊船舶，周邊船舶根據(jù)船載終端顯示位置對落水人員精準施救。在內(nèi)河監(jiān)管部門公務船、社會搜救力量等船舶上部署的北斗船載終端，采集船舶位置，報警、短消息等信息，接入船舶動靜態(tài)數(shù)據(jù)，面向內(nèi)河交通突發(fā)事件應急指揮部門，實現(xiàn)對應急船舶的資源監(jiān)測和調(diào)度輔助。通過接入內(nèi)河船舶北斗RD 數(shù)據(jù)、AIS 數(shù)據(jù)、VHF 數(shù)據(jù)等，能夠查詢系統(tǒng)應急船舶的基本信息和實時狀態(tài)信息，并根據(jù)應急船舶現(xiàn)場發(fā)回的信息對報警提供指揮輔助。根據(jù)應急船舶發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，可以動態(tài)顯示報警周圍的應急船舶信息，選擇可以參與救援的應急船舶參與應急指揮和救援（圖2）。

圖2 基于北斗系統(tǒng)的內(nèi)河遇險報警

3.基于北斗的安全應急通信

建設基于北斗系統(tǒng)的導航通信平臺，突出高精度定位、短報文通信特點，提供相較于GPS 系統(tǒng)更多元的服務內(nèi)容、更高精度的服務能力，發(fā)揮北斗差異化優(yōu)勢，在擺脫行業(yè)對GPS 系統(tǒng)依賴的同時，豐富我國交通安全應急通信手段，實現(xiàn)行業(yè)北斗應用“全覆蓋、可替代、保安全”。通過綜合利用電子海圖、計算機、網(wǎng)絡、北斗衛(wèi)星等多種技術手段，不僅可實現(xiàn)內(nèi)河流域的安全信息播發(fā)，還可實現(xiàn)岸基與船舶之間、船舶與船舶之間、船舶與陸地手機信息互通等功能。北斗安全應急通信系統(tǒng)由船載北斗終端設備、陸地數(shù)據(jù)處理中心、船舶監(jiān)控與安全信息播發(fā)中心三個部分組成。它主要用于：一是區(qū)域性信息公告播發(fā)，選擇需要發(fā)送安全信息的船舶，編輯或調(diào)入需要發(fā)送的安全信息，設定安全信息發(fā)送條件或手動發(fā)送安全信息。二是船岸報文信息通信，選擇需要發(fā)送短報文信息的船舶，編輯或調(diào)入需要發(fā)送的信息，設定信息發(fā)送條件或手動發(fā)送信息。三是船舶與船舶間北斗報文通信，基于北斗短報文，實現(xiàn)船與船之間的北斗應急通信，可以在沒有公網(wǎng)覆蓋的航道實現(xiàn)船舶24 小時的實時應急通信。

4. 基于北斗的船舶過閘調(diào)度與船閘基礎設施監(jiān)測

基于北斗高精度的船舶過閘調(diào)度，旨在通過提前感知船舶位置，實現(xiàn)船舶有序通過，提高船閘通過的實效，提升船閘過閘的智能化管理水平。結合錨地區(qū)間內(nèi)河航道圖應用，采用單基站模式，為安裝有北斗終端的船舶提供北斗差分增強信號，在船舶過閘調(diào)度管理服務方面提供精準服務。船閘基礎設施監(jiān)測主要依托現(xiàn)代化的傳感技術、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、計算機技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡通信技術，對在不同的天氣或環(huán)境下準實時反映船閘區(qū)域變形情況。通過對船閘區(qū)域基礎設施狀態(tài)性能的實時監(jiān)測，分析和評價船閘基礎設施的安全狀態(tài)，研究變形規(guī)律，及時發(fā)布變形預報。對位移進行實時監(jiān)測，并通過繪制位移變形影響線或影響面來監(jiān)測船閘區(qū)域各部位位移的實時變化情況，預測其變形規(guī)律，為船閘區(qū)域基礎設施的維修、養(yǎng)護和管理決策提供依據(jù)和指導。根據(jù)對實時位移數(shù)據(jù)的分析，進行適當?shù)臄?shù)據(jù)存儲、分類、提取、統(tǒng)計等處理，為日常管理提供各類報表、圖形，為船閘預警分析提供決策依據(jù)和參考。

四、未來應用展望

北斗系統(tǒng)在內(nèi)河的示范應用實現(xiàn)了內(nèi)河海事公務船舶北斗100%全覆蓋，推動了內(nèi)河航運船舶的北斗設備安裝，形成一定的市場規(guī)模，探索了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在船舶安全航行、遇險報警、船閘基礎設置監(jiān)控等監(jiān)管服務方面的應用。但北斗系統(tǒng)應用于內(nèi)河監(jiān)管服務的潛力遠遠不止如此，仍有很多新的融合應用可嘗試。

1.通過北斗解決目前AIS 基礎數(shù)據(jù)不準的監(jiān)管難題

當前海事監(jiān)管部門對船舶的靜、動態(tài)信息監(jiān)管主要依靠船舶AIS 設備系統(tǒng)，但AIS 基礎數(shù)據(jù)不準的監(jiān)管難題仍未解決。另外在海事監(jiān)管區(qū)域同時出現(xiàn)船舶AIS 信息和漁網(wǎng)示位標AIS 信息，導致海事監(jiān)管難度加大和船舶航行安全隱患問題。在之后的北斗系統(tǒng)監(jiān)管應用中，可嘗試基于AIS 設備“機卡分離”的模式，通過北斗短報文卡的報文通道實現(xiàn)AIS 基礎數(shù)據(jù)由船舶自動識別系統(tǒng)標識碼證書頒發(fā)單位或海事監(jiān)管單位進行遠程統(tǒng)一配置，確保AIS基礎數(shù)據(jù)完整準確，取消一線人員對AIS 數(shù)據(jù)的配置和修改端口，同時可為海事監(jiān)管部門提供一份完整的監(jiān)管船舶AIS 信息的基礎數(shù)據(jù)庫。

2. 基于北斗高精度無人機解決特殊場景迅速監(jiān)管問題

無人機相對于海巡船有體積小、重量輕、攜帶方便、起飛方便、速度快、視野廣的優(yōu)點。無人機還可深入事故災害中心區(qū)域，不受限于水面特殊情況（如油污、有毒煙氣等危險情況），最大限度接近被觀測目標，近距離、多角度地拍攝記錄有用情報信息?；趦?nèi)河北斗地基增強系統(tǒng)，可為無人機提供分米級的定位導航服務，通過無人機加裝北斗高精度定位導航設備，將無人機系統(tǒng)與海事監(jiān)管系統(tǒng)對接，可在系統(tǒng)上設置監(jiān)管目標點，通過北斗高精度導航驅動無人機自動到達目的地，實現(xiàn)對現(xiàn)場目標信息采集、通信通道建立等監(jiān)管能力的提升。

五、結束語

“全覆蓋、可替代、保安全”是交通運輸部推進行業(yè)北斗系統(tǒng)應用的總體目標，內(nèi)河航運是水上運輸?shù)闹匾M成部分，推進北斗系統(tǒng)應用有利于提高監(jiān)管效率和服務效能，更好落實人民滿意交通的理念。通過探索基于北斗系統(tǒng)的內(nèi)河船舶動態(tài)預警、內(nèi)河遇險報警、內(nèi)河應急船舶資源管理與調(diào)度、船閘基礎設施監(jiān)測等，創(chuàng)新融合應用新嘗試，為多角度擴展“北斗+”內(nèi)河監(jiān)管應用模式，多手段提升內(nèi)河航運監(jiān)管服務水平提供支持。