北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在航海保障中的應(yīng)用

王劍 吳志賓

摘 要：北斗衛(wèi)星系統(tǒng)從 2020 年開(kāi)始面向全球開(kāi)放導(dǎo)航服務(wù)，其作為我國(guó)自主研發(fā)并獨(dú)立完成的導(dǎo)航系統(tǒng)，不管是定位速度還是精度都能達(dá)到很高的水平，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛文章對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障行業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展前景展開(kāi)了論述。

關(guān)鍵詞：北斗定位系統(tǒng);航海領(lǐng)域;應(yīng)用;發(fā)展前景

中圖法分類號(hào)：U666文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于２０１８ 年底完成組網(wǎng)工作，定位服務(wù)范圍從國(guó)內(nèi)拓展到了中亞各國(guó)?，F(xiàn)階段，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在運(yùn)行精度逐步提升的過(guò)程中，為我國(guó)航海事業(yè)提供了越來(lái)越優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。同時(shí)，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)讓北斗系統(tǒng)在多領(lǐng)域的應(yīng)用朝著細(xì)化、精致的方向發(fā)展。下文就北斗衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用于航海保障的背景、具體領(lǐng)域和發(fā)展前景等展開(kāi)分析，從安全保障和全方位應(yīng)用角度來(lái)分析其在航海行業(yè)的應(yīng)用。

１ 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障中應(yīng)用的背景

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ＢＤＳ）是中國(guó)自行開(kāi)發(fā)研制、自主運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為了進(jìn)一步測(cè)試我國(guó)沿海區(qū)域的ＲＢＮ?ＤＧＰＳ 基站，我國(guó)早在２０１５ 年就開(kāi)展了北斗查分信息播發(fā)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)就是通過(guò)無(wú)線電指向標(biāo)在同一時(shí)間播發(fā)ＧＰＳ 和ＢＤＳ 的查分信息［１］ 。工作人員在長(zhǎng)達(dá)１ 年的實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中無(wú)數(shù)次地進(jìn)行著范圍內(nèi)外的精度與效率測(cè)量，同時(shí)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)展開(kāi)了橫向?qū)Ρ?，這一實(shí)驗(yàn)為實(shí)踐構(gòu)建和有效應(yīng)用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)提供了有價(jià)值的信息。ＢＤＳ 在整個(gè)國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中都占據(jù)著重要的地位，在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中就包括航海保障領(lǐng)域，其讓海上航行的安全性、便利性和效率實(shí)現(xiàn)了很大程度的提升。隨著ＢＤＳ 與航海保障具體業(yè)務(wù)的深入融合，該系統(tǒng)在國(guó)際海事航保領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)逐步形成，進(jìn)而促使其在航海保障領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。進(jìn)一步強(qiáng)化ＢＤＳ 的海上應(yīng)用是順應(yīng)海事航保事業(yè)發(fā)展和優(yōu)化海上定位導(dǎo)航服務(wù)安全機(jī)制的必然選擇。

２ 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與航保行業(yè)相融合的可行條件

２．１ ＢＤＳ 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

ＢＤＳ 主要具有以下３ 大優(yōu)勢(shì)：一是擁有強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，包括高效精確導(dǎo)航定位與短文通信功能，能提供定位導(dǎo)航、全球范圍內(nèi)的報(bào)文通信以及國(guó)際搜救等服務(wù)；二是系統(tǒng)擁有先進(jìn)的指標(biāo)與性能，其測(cè)速精度、定位精度、授時(shí)精度在全球范圍內(nèi)都屬于領(lǐng)先水平；三是系統(tǒng)研發(fā)完全自主，擁有絕對(duì)的可靠性、安全性和保密性。北斗三號(hào)工程于２０２０ 年建成，也在這一年開(kāi)通了全球服務(wù)，系統(tǒng)整體運(yùn)行性能穩(wěn)定，全球范圍內(nèi)的區(qū)域定位精度在１０ ｍ 內(nèi)，亞太地區(qū)表現(xiàn)的性能更優(yōu)［２］ 。進(jìn)一步升級(jí)拓展了的北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)耗電功率的優(yōu)化和短報(bào)文服務(wù)容量１０倍量的提升，能夠完成大量語(yǔ)音、文字和圖像信息的傳輸。

２．２ ＢＤＳ 獲得國(guó)際認(rèn)可

ＢＤＳ 是世界范圍內(nèi)第３ 個(gè)獲得聯(lián)合國(guó)認(rèn)可的海上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已被納入國(guó)際船載多元無(wú)線電導(dǎo)航體系中，也并入了國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)。ＢＤＳ 對(duì)航海保障事業(yè)現(xiàn)代化、信息化發(fā)展有著不可替代的作用，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)航海保障事業(yè)走進(jìn)國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域前列的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)是開(kāi)展國(guó)際履約研究的重要抓手。

３ 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國(guó)航海保障系統(tǒng)管理中的應(yīng)用

３．１ 利用ＢＤＳ 開(kāi)展精確定位與精密授時(shí)

（１）精密定位。ＢＤＳ 采用的導(dǎo)航屬于主動(dòng)式，定位申請(qǐng)需自主發(fā)送到信號(hào)接收中心，接收到信號(hào)的陸地中心即刻把船舶與兩顆衛(wèi)星之間的距離測(cè)算出來(lái)，將所得數(shù)據(jù)直接發(fā)送到衛(wèi)星，最終船舶接收到定位反饋。船舶定位精度可控制在１０ ｍ 內(nèi)，與ＧＰＳ 不相上下。ＢＤＳ 能在服務(wù)區(qū)域內(nèi)為船舶提供實(shí)時(shí)性、全天候、高精度的定位服務(wù)。船載北斗導(dǎo)航儀能詳細(xì)記錄船舶航海路線，同時(shí)具備偏航報(bào)警和碰壁預(yù)警功能，尤其是航行于地理或天氣條件復(fù)雜的冰區(qū)和霧區(qū)時(shí)可更好地凸顯ＢＤＳ 精準(zhǔn)定位的優(yōu)勢(shì)［３］ 。（２）精密授時(shí)。ＢＤＳ 目前的時(shí)間基準(zhǔn)參考的是國(guó)家授時(shí)中心的銫原子鐘，就單向定時(shí)服務(wù)而言，該系統(tǒng)的客戶端數(shù)量不設(shè)限，能夠滿足遠(yuǎn)洋船舶終端的需求。ＢＤＳ 既有單向授時(shí)功能也有雙向授時(shí)功能，可以按照不同的精度要求將最新的授時(shí)信息定時(shí)傳輸給船舶終端，進(jìn)而矯正船舶和ＢＤＳ 之間的時(shí)間誤差，授時(shí)精度可高達(dá)２０～１００ ｎｓ。

３．２ ＢＤＳ 在航保事業(yè)航標(biāo)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

目前，航標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)源主要來(lái)自ＧＰＳ，盡管ＢＤＳ 的定位應(yīng)用在持續(xù)推進(jìn)中，但依然存在諸多不足，特別是芯片精度。若信號(hào)源接收和傳輸僅依靠ＧＰＳ，則我國(guó)航海保障事業(yè)發(fā)展就不可避免地將受到一些限制，主要是離不開(kāi)國(guó)外技術(shù)的支持，在缺乏獨(dú)立性、自主性的情況下一旦遇到國(guó)際摩擦就會(huì)陷入被動(dòng)位置。若要避免這種情況出現(xiàn)，則要擁有并應(yīng)用自主定位系統(tǒng)，這就是ＢＤＳ 的價(jià)值所在［４］ 。在航標(biāo)上裝置信號(hào)模塊終端來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤、記錄并報(bào)送航標(biāo)定位信息，結(jié)合ＢＤＳ 的短報(bào)文功能能夠有效傳達(dá)航標(biāo)的各類物理特性。相比之下，這種功能在實(shí)踐應(yīng)用中是ＧＰＳ 不能比擬的。另外，ＢＤＳ 在船舶流量大的水域可完成海量數(shù)據(jù)的整合與應(yīng)用。

３．３ 利用ＢＤＳ 對(duì)航海船舶展開(kāi)實(shí)時(shí)性動(dòng)態(tài)監(jiān)控

航運(yùn)公司通過(guò)合理使用ＢＤＳ，同時(shí)聯(lián)合ＥＣＤＩＤ 系統(tǒng)和ＡＩＳ 開(kāi)展動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)性船舶監(jiān)控。在ＡＩＳ 系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，船舶航行中發(fā)出的船載ＡＩＳ 信息可直接傳輸?shù)胶竭\(yùn)公司，進(jìn)而對(duì)船舶狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，即便船舶離開(kāi)了ＡＩＳ 系統(tǒng)覆蓋區(qū)域，航運(yùn)公司依然可借助船載ＢＤＳ 精準(zhǔn)定位船舶地理位置，從而對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。航運(yùn)公司全面深度解析ＡＩＳ 與船載北斗導(dǎo)航儀傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)，整理分析記錄后將其共享至ＥＣＤＩＳ設(shè)備，可以在該設(shè)備中呈現(xiàn)船舶地理位置信息。航運(yùn)公司通過(guò)使用ＥＣＤＩＳ 系統(tǒng)的疊加功能，就能實(shí)時(shí)性地查詢到目標(biāo)船的動(dòng)態(tài)信息，同時(shí)在電子海圖上還會(huì)以疊加的形式顯示目標(biāo)船及其周邊船舶的信息?；冢拢模?的這項(xiàng)功能，航運(yùn)公司可更高效地監(jiān)管目標(biāo)船舶，促使航運(yùn)公司安全航行水平提升。

３．４ 利用ＢＤＳ 優(yōu)化航海船舶清潔運(yùn)行水平

充分發(fā)揮ＢＤＳ 的雙向通信功能就能實(shí)現(xiàn)船舶能耗監(jiān)管系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，綜合分析能耗數(shù)據(jù)并精確計(jì)算出船舶能耗，通過(guò)設(shè)計(jì)船舶能耗監(jiān)管系統(tǒng)，應(yīng)用軟件功能制定船舶節(jié)能運(yùn)行方案，可以達(dá)到船舶清潔運(yùn)行的目標(biāo)。尤其是位于我國(guó)沿海航線和內(nèi)河航線的船舶，可以通過(guò)有機(jī)結(jié)合ＢＤＳ、實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)收集與能耗監(jiān)管，用清潔能源替代污染水平高、耗能大的柴油，如液化天然氣燃料。借助ＢＤＳ 建立遠(yuǎn)程化雙燃料船舶監(jiān)控系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)天然氣余量及泄漏情況，以及搜尋附近沿岸的燃?xì)庋a(bǔ)給站，可以對(duì)船舶主機(jī)運(yùn)行情況、能耗水平和為尾氣排放展開(kāi)全方位的監(jiān)控。

４ 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析

４．１ ＢＤＳ 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程與推廣

考慮到航?；顒?dòng)的國(guó)際化特征，大力推廣ＢＤＳ 并強(qiáng)化其在國(guó)際海事領(lǐng)域中的應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。若要獲得國(guó)家海事領(lǐng)域的認(rèn)可，前提條件則是在海事領(lǐng)域開(kāi)展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作，這也是實(shí)現(xiàn)ＢＤＳ 在全球航海領(lǐng)域普及應(yīng)用的必經(jīng)之路，近幾年，中國(guó)海事局在這項(xiàng)工作中取得了突破性的進(jìn)展。海上安全委員會(huì)（ＭＳＣ）于２０１４ 年批準(zhǔn)了船載北斗系統(tǒng)在國(guó)際海事中的應(yīng)用，認(rèn)可了該系統(tǒng)設(shè)備的性能與標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著ＢＤＳ 正式被納入國(guó)際海事衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)［５］ 。２０１７ 年，在ＩＭＯ ＮＣＳＲ４ 會(huì)議上通過(guò)了多系統(tǒng)船載無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，至此北斗系統(tǒng)被正式寫(xiě)入了海事導(dǎo)航應(yīng)用與授時(shí)原則，這表示ＢＤＳ 在國(guó)際海事領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)一步深入。２０１８ 年，國(guó)際搜救衛(wèi)星組織第５９ 屆理事會(huì)在國(guó)際軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃中加入了ＢＤＳ，這標(biāo)志著ＢＤＳ 在國(guó)際領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了拓展，其在國(guó)際海事領(lǐng)域中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置。為了深入推動(dòng)ＢＤＳ 船載終端應(yīng)用普及化，中國(guó)可大力推廣航行搭載ＢＤＳ 導(dǎo)航儀，同時(shí)聯(lián)合ＩＭＯ 平臺(tái)延伸國(guó)際化應(yīng)用，提升北斗系統(tǒng)在國(guó)際航行船舶中的加裝率，完善兼容ＢＤＳ 在內(nèi)的多模式衛(wèi)星導(dǎo)航功能，大幅提升通信效率、定位精度以及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，為航海事業(yè)提供有力的安全保障。

４．２ ＢＤＳ 在船舶救援中的應(yīng)用

相比之下，ＡＩＳ 船載通信作用距離偏短，無(wú)法為遠(yuǎn)海中的事故船只提供有效的幫助，另外ＡＩＳ 不具備整合多項(xiàng)資源的功能，在救助行動(dòng)中所受限制較多。在面對(duì)船舶不能以任何形式將求救信息對(duì)外發(fā)送的情況，船舶可利用ＢＤＳ 的短報(bào)文和定位功能，主動(dòng)往外界發(fā)送船舶的動(dòng)態(tài)化位置信息與求救信號(hào)，并隨時(shí)接收來(lái)自沿岸基地發(fā)出的指令，完成遇險(xiǎn)自動(dòng)求救。

４．３ ＢＤＳ 在應(yīng)急搜救中的示位功能

在海上救生事件中，ＢＤＳ 可發(fā)揮示位落水人員的功能，且該功能屬于自動(dòng)觸發(fā)功能，可直接將具體的位置信息和求救信號(hào)發(fā)送出去。基于ＢＤＳ 的救生示位標(biāo)便于固定在救生衣或者求救者的衣服上，起到實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的作用，能夠有效縮短搜救時(shí)間，讓遇險(xiǎn)者能夠快速獲救，這種方式巧妙地避開(kāi)了傳統(tǒng)海上救援方案的弊端。ＢＤＳ 短報(bào)文通信是其獨(dú)有的功能，讓ＢＤＳ 在海上救生中的應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)。

４．４ 基于ＢＤＳ 的無(wú)人機(jī)開(kāi)放與應(yīng)用

北斗高精度無(wú)人機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)充分體現(xiàn)了ＢＤＳ的功能優(yōu)勢(shì)，其有效利用了北斗智能化操控平臺(tái)、高精度定位、高精度傳感器、自動(dòng)化操作和專業(yè)控制數(shù)據(jù)加密等功能，這是一項(xiàng)具有高分辨率、高效率和低成本優(yōu)點(diǎn)的先進(jìn)技術(shù)。無(wú)人機(jī)技術(shù)可大幅提升通航水域的航海效率與安全保障水平，通過(guò)該技術(shù)獲取的現(xiàn)場(chǎng)信息最大的２ 個(gè)特點(diǎn)就是時(shí)效性和現(xiàn)勢(shì)性，可最大程度地避免人為因素的干擾，提供高精度的定量、定性和定位信息，并逐步發(fā)展成短距離通航管理的有效手段，提升船舶監(jiān)控水平，在調(diào)研航標(biāo)設(shè)施需求、夜間巡視、日間巡檢和拉鋸測(cè)試中起到事半功倍的應(yīng)用效果，同時(shí)還能將詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)提供給應(yīng)急中心處理，聯(lián)合通信功能遠(yuǎn)程處理一般性故障，讓基層工作人員的勞動(dòng)壓力大幅減輕。

５ 結(jié)束語(yǔ)

不管在軍事應(yīng)用還是社會(huì)民事領(lǐng)域，ＢＤＳ 的應(yīng)用目的都是為出海人員提供安全保障，保證我國(guó)領(lǐng)海安全。ＢＤＳ 屬于我國(guó)獨(dú)立研發(fā)并自主運(yùn)行的導(dǎo)航系統(tǒng)，在逐步完善ＢＤＳ 多項(xiàng)功能的過(guò)程中，其將指引我們更好地探索自然，為我們的生活生產(chǎn)提供更好的定位服務(wù)和安全保障。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

王劍（１９７０—），本科，工程師，研究方向：船舶通信導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)研發(fā)。

吳志賓（１９８４—），本科，工程師，研究方向：船舶通信導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。