淺談北斗衛星導航系統在航海保障方面的應用

李勝

摘 要：北斗衛星導航系統將在2020年提供全球服務。如何利用北斗系統促進我國航海保障事業的發展呢？本文介紹了北斗系統在我國航海保障中的一些應用，提高讀者對北斗的認識，激發讀者利用北斗促進航海保障事業發展的熱情。

關鍵詞：北斗 航海保障 航標 測繪 通信

由于我國的社會發展需要和國家安全需要，我國于20世紀90年代就開始了北斗衛星導航系統（北斗系統）建設，該系統是我國自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。

經過多年的建設發展和技術攻關，北斗系統已日漸成熟，相關的服務和產品已陸續在各個行業中得到應用，如交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、測繪地理信息、通信時統、應急搜救等領域，逐步滲透到社會民生的方方面面，為全球經濟和社會發展注入新的活力。

北斗系統在航海保障方面的應用研究也正在逐步鋪展開來，未來在北斗系統的支持下，航海保障體系將更加健全，航海保障能力將得到大幅提升。

1.北斗系統在海上導助航方面的應用

1.1北斗系統在航標管理上的應用

隨著海洋經濟、航運經濟的蓬勃發展，航標的布設不僅局限于近海等有GPRS/GSM 等有移動信號的地方，也有可能布設于無移動信號的外海。傳統的基于GPS與GPRS/GSM 等移動信號遙測遙控系統將無法對航標運行狀態進行遠程監控。航標遙測遙控終端將收集到的燈器工作電壓、工作電流、航標位置等數據轉換為北斗衛星能接收的短報文形式，通過北斗衛星傳送數據收集中心，再通過互聯網技術將收集到的數據呈現在用戶顯示終端上。同時，用戶顯示終端上也可以實現對航標遙測遙控終端的操作指令（如開關、更改燈質等操作）。這些操作指令也將轉化為短報文，通過北斗衛星實現對航標遙測遙控終端的遠程監控。

基于北斗的航標遙測遙控系統為航標維護管理提供了一種新的信息化手段，對于維護管理無移動信號覆蓋的地方的航標，起到了減少航標作業人員勞動強度，提高工作效率和航標管理維護質量的作用。

1.2 北斗系統在RBN-DGNSS上的應用

無線電指向標-差分全球導航衛星系統（beacon-differential global navigation satellite system，RBNDGNSS）是一種利用航海無線電指向標播放臺，將DGNSS差分信息以RTCM-SC104格式播發給用戶，向用戶提供高精度定位服務的助航系統。目前在南海海區布設有8座RBNDGNSS臺站，為南海沿海船舶航行提供了可靠精確的導助航服務。

在很長一段時間里，我國沿海RBN-DGNSS臺站只對GPS信息進行差分改正信息播發。我國于2014年開展了在RBN-DGNSS臺同步播發BDS和GPS差分改正信息。航海保障部門在基于國際海運事業無線電技術委員會104特委會RTCM推薦標準數據格式，定義北斗電文，在現有的航海無線電指向標（RBN）載頻上（頻率283.5-325.0kHz）同步播發BDS和GPS的差分改正信息。位于廣東省珠海市的三灶差分導航臺于2014年進行雙模改造，工作在291kHz上，同步播發BDS和GPS的差分改正信息。據相關測試和研究表明：定位精度在300km內平面優于1.5 m （95%），BDS/GPS聯合定位精度、數據有效率都優于單個衛星導航系統，定位精度相對于GPS提高25%，相對于北斗提高30%左右。這大大提供了定位精度，更有利于船舶航行安全。

2.北斗在海事測繪方面的應用

BD-CORS，中文全稱為北斗連續運行參考站系統。這個系統是一種北斗導航衛星地面差分改正系統，BD-CORS由北斗導航衛星、地面參考站網、數據中心和終端用戶四部分組成。BD-CORS系統所利用的是連續運行的多基站網絡RTK技術，地面參考站負責不間斷的接收北斗導航衛星觀測數據，并將觀測數據實時傳送至數據中心，數據中心根據各參考站的觀測值綜合計算終端用戶所需要的差分改正信息（偽距差分或載波相位差分），并通過公共移動通信網絡將差分改正信息實時播發給終端用戶，終端用戶由此來提高導航定位的精度。

海事測繪對定位精度具有很高的要求，特別是在渤海灣、長江口、珠江口等航運業發達的重點水域的測繪。為此，我國在渤海灣、長江口、珠江口等水域建設了BD-CORS系統，提供厘米級的定位服務。BD-CORS的建立可以大大提高測繪的速度與效率， 降低測繪勞動強度和成本， 節省各項測繪工程實施過程中約30% 的控制測量費用。

3.北斗在海上通信方面的應用

3.1北斗播發航行警告等安全信息

北斗具有短報文功能，這是北斗與GPS的最大不同。北斗終端可以直接通過北斗衛星對外發送消息，GPS則沒有這個功能，這是因為北斗衛星具有雙向通信的能力。北斗短報文其實就是北斗終端通過衛星發送的“短信”，只不過每次發送有著120字的限制。即便處于外海、遠海，也能通過北斗系統的短報文功能進行通信，而不需要擔心信號不通，鏈路中斷。

基于北斗的這個功能，我們可以利用北斗進行海上安全信息的播發。通過播發航行警告等海上安全信息，可以將有關海區和水域內發生的或將要發生的可能影響航行和作業安全的任何環境情況變化，用無線電形式，及時準確地通知所有船舶，使之采取適當措施或保持戒備，以確保航行與作業安全。

3.2北斗/AIS相結合

利用北斗與AIS相結合，可以開發基于北斗和AIS的基站和相應的船載設備。北斗通信功能和AIS通信功能互相替代，互為補充。當船舶航行到沒有AIS基站信號覆蓋的水域時，北斗通信功能就自動發揮作用；當船舶航行至有AIS基站信號的地方，北斗通信功能就自動關閉。基于這種原理開發的船載設備，可以實現對船舶的實時監控，還可以用于航行通告、緊急報警、物流監控、電子簽證、進出港報告等。

利用北斗和AIS相結合，還可以實現海上遇險時的快速定位和搜救，保障人命和財產安全。現代的海洋活動頻繁，會不時有人員落水等情況，船舶遇難等情況。現在的救生衣普遍搭載的搜救設備只有單一的AIS通信設備，這種設備的缺點在于覆蓋范圍小，當附近沒有船舶，或者岸基的時候，遇險人員將得不到及時有效的救助。當在救生衣上同時搭載北斗和AIS通信設備時，在海上活動的人員落水后，救生衣上搭載的搜救設備開始工作。首先，北斗可以對落水者的位置進行定位。北斗通信設備通過短報文將落水者的位置、身份等信息通過北斗衛星向搜救中心發送，同時AIS通信設備可以向周圍船舶、岸基發送求救信息。通過兩種方式將求助信息發送出去，可以快速定位落水者的位置，實現對落水者的搜救。同理，船舶上也可以配備北斗和AIS相結合的搜救設備，當船舶遇難時可以實現遇難船舶的快速定位和救助。

4.未來北斗在航海保障中的應用展望

目前被廣泛應用的衛星導航系統GPS、GLONSS、GALILEO均為國外全球衛星導航系統，一旦發生戰事等導致這些系統信號關閉，將對我國使用這些系統的單位和部門造成無法估量的損失。所以推動北斗系統的建設、推進北斗系統的全球化勢在必行，逐步推動北斗替換掉現在使用的GPS等系統對我國導航定位的安全性具有重要意義。

北斗系統目前得到了較為廣泛的應用，如應用在電信、交通運輸、測繪、勘探等領域。但在航海保障方面的應用尚處于起步階段。行業內有句話“沒有國際標準，北斗終端裝不到國外船舶上去”。要想北斗系統在國際航海領域走出國門，走向世界，得到全球用戶的認可和使用，那么首先得得到國際海事組織（IMO）的認可。根據IMO相關機制，北斗系統要想在國際海事領域推廣應用，那么首先要形成海事領域的應用標準。。所以推動北斗系統在海事、航海保障上的國際標準制定顯得尤為重要。近年來，我國開展了北斗國際標準化研究，提出了北斗RTCM（國際海運事業無線電技術委員會）差分格式修改建議，為北斗系統國際海事標準化提供技術儲備。

在國際標準制定同時，我國也將繼續推薦北斗系統相關軟硬件的開發，逐步打破改我國沿海導航定位完全依賴國外技術的現狀，進一步提升我國海事信息獲取和航海保障安全服務的能力。相信在不久的將來，北斗系統將走出國門，在全球衛星導航系統中占據重要地位，并為我國航海保障事業的發展提供更有力的支持。

參考文獻：

[1]淺談基于北斗衛星通信的航標遠程遙測遙控系統.冀振宇.

[2]北斗衛星導航系統在航海保障領域應用發展.云澤雨.