北斗在內河船舶過閘申報系統中的應用探究

王曉莉，竇 路，陳 凱

（1.長江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運輸部水運科學研究所，北京 100088）

北斗在內河船舶過閘申報系統中的應用探究

王曉莉1，竇 路2，陳 凱2

（1.長江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運輸部水運科學研究所，北京 100088）

本文探究了北斗在長江三峽的高精度應用，為船舶位置監控、過閘申報及調度管理提高了效率。

北斗；船舶；內河；高精度定位；過閘申報

項目資助： 本項目受交通運輸部信息化技術研究項目“基于北斗及地基增強系統的交通運輸應用關鍵技術研究”（編號：2014 364 222 110）、交通運

輸部水運科學研究所WTI-51404項目資助。

竇 路，女，漢族，任職于交通運輸部水運科學研究所，研究方向為水運通信導航。

陳 凱，男，蒙古族，任職于交通運輸部水運科學研究所，研究方向為水運通信導航。

1　引言

為實現長江上船舶的動態監管，并通過船舶申報與信息交互安排船舶通過有序、高效通過三峽大壩、葛洲壩，三峽局建設了水上GPS定位綜合應用系統。該系統的應用為長江三峽水上船舶監管及船舶過閘申報與調度安排提供了發揮了重要的作用，但隨著長江船舶密度增強，該系統的定位精度、與其他系統船舶位置數據融合性等有待提高。隨著我國北斗衛星系統的建設，利用北斗及增強系統提高內河船舶定位導航精度，避免船舶碰撞，并提高船舶在錨地、待閘區及閘室的定位精度，確保船舶航行安全，具有重要的意義。北斗系統在船舶的定位導航應用與其他GNSS系統基本一致，通過船載定位功能確定船舶的實時位置、時間、航向、航速等信息。

2　北斗系統在長江三峽船舶應用情況

目前，我國長江內河定位導航的主要船載設備包括：船載雷達、AIS船舶自動識別系統、GPS水上定位應用終端。

其中，船載雷達采用無線電回波探測反射目標并進行標繪，是傳統船舶航行避碰的主要手段；AIS船舶自動識別系統采用內置的GPS定位單元確定自身船舶位置，并在水上規定的VHF頻段向外播發船舶靜態與動態信息，同時接收周圍船舶的AIS位置信息并進行顯示，是目前船舶航行的重要定位與避碰手段。目前，應用于長江三峽水上GPS定位綜合應用系統的船載GPS終端分為兩種：簡易型和導航型。簡易型船載終端適用于三峽河段客渡船的安全監控；導航型船載終端則適用于各類需要過閘申報的船舶使用，具備航線管理、遇險報警、電子申報等功能，可為船舶航行提供各種導航信息和參數。

北斗在船舶定位導航的技術應用與其他衛星導航系統基本一致，此外，北斗系統因其獨特的短報文通信功能，在船舶遠程位置監控、緊急報警、出入港與過閘管理等起到一定的作用。在內河高等級航道應用中，可以與公眾移動通信網互為備份應用，進行船舶的遠程調度通信。

三峽地區為高山峽谷地形、河道彎曲，考慮到群山遮蔽對船舶信號接收的影響，對三峽大壩與葛洲壩之間的船舶衛星信號收星情況進行了實測。實測采用了GPS、北斗、GLONASS三系統接收機，實測路線圖如圖1所示。

圖1　三峽大壩與葛洲壩間主要航道

圖2　兩壩間北斗衛星信號質量圖

根據圖2、圖3測試結果可知，在航道內的北斗衛星收星數量穩定在10顆左右，衛星信號質量良好，定位精度優于20米，進一步開展北斗及其地基增強應用后，可使得船舶達到優于米級的定位精度，對于三峽船舶安全航行有重要的意義。

圖3　兩壩間可用衛星數量圖

3　基于北斗/GPS水上定位綜合應用系統

結合現有三峽水上GPS定位綜合應用系統，以及北斗地基增強系統的建設，基于北斗/GPS定位綜合應用系統的結構如圖4所示，系統應由管理指揮中心、地基增強偽距差分參考站、船舶終端及衛星等部分組成。

3.1 空間部分

空間部分主要指北斗衛星及其他GNSS衛星，目前我國已發射了23顆北斗衛星，隨著系統的建一步建設完善，可用衛星數量將會逐步增多，地面終端可獲得更好的衛星星座分布。

圖4　基于北斗/GPS水上定位綜合應用系統結構

3.2 北斗地基增強系統

面向船舶導航應用的北斗地基增強系統采用偽距差分的方法為船舶提供差分信息，地基增強系統的原理圖如5所示。DGNSS系統采用北斗與GPS的雙模系統，基準站利用高精度接收機解算偽距差分信息，生成相應格式的差分信息后經控制站發送給發射站；完善性監控站通過接收發射站播發的差分數據，與本地GNSS接收機接收的原始數據進行解算，校正發送的差分信息的完好性。

基于三峽航道船舶的應用，建議將參考站沿線建設在三峽航道開闊地段，并采用一定的無線網絡向船舶兼容差分接收機播發偽距信息，船舶經解算后，可提高自身定位精度。

3.3 船載終端

基于北斗/GPS的船載終端接收機，既可以接收差分增強信號，解算高精度位置信息，進行船舶導航，又可以通過公網鏈路與管理指揮中心連接，將船舶動態信息、船舶過閘申請、船舶需求等信息發送給管理指揮中心。針對監控中心下發的指令，進行相應的處理，顯示給船舶操縱人員以進行航行輔助。具備的主要功能包括：

（1）船位顯示：對船舶位置的顯示主要包括實時顯示船舶的位置、時刻、航向、航速等航行信息。

（2）船位呼叫應答、自動應答：接收監控中心的即時船位呼叫時，自動向中心發送當前船位。

（3）船舶動態報告：通過公眾移動通信網絡，定時自動向管理調度中心報告本船動態，并在緊急情況下，發送報警信號。

（4）船舶（過閘）報告：

⊙ 手動彈出船舶報告單，按格式填寫后向監控中心（船閘調度系統）發送船舶航次（過閘）報告（請求），并保存備查（過閘標記方式為6種，應該在過閘后刪除清除過閘標記，只保留一條記錄）。

⊙ 過閘取消：若當前船舶報告為過閘報告，則在詢問確認后，向中心發送過閘取消消息，并修改過閘標記。

（5）過閘跟蹤報告：針對過閘船舶，能夠根據船舶當前航次的上行、下行狀況，在進入相應的上行或下行報告區域時進行手工或智能報告并保存。

（6）信息接收：特殊顯示接收的船閘調度系統發來的調度計劃指令，并根據規則向調度系統立即發送收到確認信息。

（7）信息查詢：能對收、發的信息進行分類管理，提供查詢，刪除，保存等功能。

3.4 管理指揮中心

管理指揮中心系統由通信服務器、應用服務器、電子江圖服務器、第三方接口服務器、調度接口服務器、管理平臺服務器、數據庫服務器、監控終端、應急服務器、數據存儲設備、網絡設備等組成。中心需對入網船舶航行情況必須進行實時監控，能及時將船舶發出的遇險或故障求助信息通知相關單位和人員；能為航行船舶和分監控軟件提供天氣、水情、航道等各類通航信息，向調度、海事、航道、錨地等管理部門提供船舶的各類數據和船舶的動態信息；能通知、督促、協調各監控分中心進行應急救助等；能提供與分監控軟件的連接和Web信息查詢，滿足管理業務部門對船舶即時定位、船岸信息互通的需要。

4　結束語

基于北斗及地基增強的衛星導航應用可以有效促進內河船舶的過閘通航效率，并提高船舶的定位導航精度，以此減少船舶碰撞與事故的發生。本文結合三峽航區現有GPS水上應用系統及船舶的定位導航需求，提出了基于北斗/GPS的船舶定位與過閘申報應用，有助于提升三峽航運信息安全，并提升管理部門對船舶的監管效率。

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Exploration of BDS Application in Inland River Ship Lockage Reporting System

Wang Xiaoli1， Dou Lu2， Chen Kai2
（1.Three Gorges Navigation Authority，Yichang， 443002； 2.China Waterborne Transport Research Institute， Beijing， 100088）

The paper explores the BDS precision applications in the Three Gorges of ship navigation and lockage reporting， so as to improve efficiency of the ship position monitoring， lockage reporting and vessel dispatching management.

BDS； ship； Inland River； high precision positioning； lockage reporting

圖5　偽距差分地基增強系統參考站結構圖

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.002

TN96 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）07-0004-03

王曉莉，女，漢族，任職于長江三峽通航管理局，研究方向為通信工程。