北斗衛星導航系統在船舶中的應用及對策

鄭麗彬 丁天明 艾萬政 樓然苗

【摘 要】 為完善北斗衛星導航系統建設，介紹北斗衛星導航系統在船舶導航定位、船舶監管、應急救援及漁船管理上的應用現狀，分析現階段其在船舶行業應用所面臨的問題，針對目前存在的不足提出改進對策：擴大船舶應用范圍、完善政策法規體系、加強技術創新。

【關鍵詞】 北斗衛星導航系統;船舶導航;問題;改進對策

0 引 言

北斗衛星導航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、通信和授時服務的國家重要空間基礎設施。

2014年11月23日，國際海事組織（IMO）海上安全委員會審議通過了對北斗衛星導航系統認可的航行安全通函。這標志著北斗衛星導航系統正式成為全球無線電導航系統的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。2017年11月5號，中國第三代導航衛星以“一箭雙星”的發射方式順利升空，標志著我國正式開始建設北斗全球衛星系統。同年8月19號，西昌衛星發射中心成功發射第37、38顆北斗衛星，這兩顆衛星首次裝載了國際搜救設備，將為全球用戶提供遇險報警及定位服務。2018年12月27日，北斗衛星導航系統基本建設完成，北斗系統服務范圍由區域擴展為全球。

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段等3部分組成。主要特點有：空間段采取3種軌道衛星組成的混合星座，抗遮擋能力強;使用三頻信號，能更好地消除高階電離層延遲影響，增加數據預處理能力，提高可靠性和抗干擾能力;創新融合了導航和通信的功能，可以在遠洋通信、應急救援、交通運輸等領域發揮重大作用。

1 北斗衛星導航系統在船舶航行和安全管理中應用

1.1 船舶導航定位

北斗衛星導航系統船載終端設備（下稱“船載北斗終端”）可以實時顯示船舶位置、速度、航向等動態信息，規劃船舶航線，檢測船舶是否偏航（偏離一定角度后會發出提醒）。目前，船載北斗終端一般與電子海圖信息相疊合顯示，清楚直觀，便于工作人員查看。船上人員還可以根據電子海圖顯示的船舶位置、速度，計算船舶到達目的地的時間，實現安全、高效航行。

1.2 船舶監管

傳統的海上船舶監控手段主要有船舶自動識別系統（AIS）和移動通信網絡監控。由于存在監管盲區及通信資費昂貴等弊端，武漢市港航局使用了一種基于北斗衛星導航技術的船舶航線監管系統。該系統能夠實現船舶的實時定位、測速、精密授時，船舶之間及船舶與監控中心短報文雙向通信，還具有防碰撞預警、航跡偏差告警等一系列功能。[1] 北斗衛星導航系統與電子海圖技術相結合，利用短報文通信技術進行船舶狀態上報、遇險求救及公共信息發布。[2] 港口監管部門可以利用北斗衛星導航系統將港口各泊位噸位及靠泊船舶信息通過調度系統顯示，合理安排港口船舶調度工作。[3]

1.3 應急救援

我國海上救援工作主要由遇險者通過撥打海上通信無線電話、海岸電臺、應急無線電示位標等方式報警，海上搜救機構對遇險信息進行核實和分析，繼而展開救援工作。但是這樣存在遇險信息不確定、救援指揮工作難以協調等缺點。現階段有兩種救援方案：一種是在救生衣中攜帶AIS定位系統，北斗衛星通過信號搜索找到遇險人員，向附近船舶發布救援信息;另一種是將北斗衛星導航系統、海上智能檢測系統、地面控制中心、海圖定位系統四者相結合，待遇險信息確認后，傳送急救信息，定位遇險人員，并開展岸上救援指揮工作。

1.4 漁船管理

截至2017年底，我國渤海、黃海、東海、南海等海域的5萬多艘漁船配備了北斗終端設備，遇到臺風等自然災害，漁政部門可通過北斗衛星導航系統向漁民發送回港預警信息，保障漁民的生命財產安全。在漁船數據挖掘中，利用北斗終端對漁船進行作業航次提取、類型識別、捕撈追溯、狀態判斷、捕撈努力量計算、漁區內漁船捕撈強度監控、捕獲量估算等信息的挖掘，為更精細化的漁船管理提供數據參考。

2 應用中存在的問題

2.1 船舶領域應用有待推廣

北斗衛星導航系統尚未在商船和遠洋漁船上大規模應用，一方面是因為GPS導航系統經過20余年的應用和推廣，其技術水平、應用研發、產品發展成熟，市場積累深厚，而北斗衛星作為我國自主研發的導航系統，投入使用時間短，民眾了解程度較低;另一方面北斗衛星產業發展仍然處于產業培育的初期階段。根據我國《2018衛星導航與位置服務產業發展白皮書》，我國衛星導航與位置服務領域的企事業單位數量有14 000家左右，業內上市公司總數為58家。但是，其中大部分企業都不能實現產品盈利，若沒有政府的政策支持和財政補貼，公司運營尚難維持。

2.2 政策法規不夠完善

（1）缺乏統一的國際化應用服務標準體系。由于北斗衛星導航系統起步較晚，且VHF系統、AIS系統、VTS系統是基于GPS系統研發的，因此北斗衛星導航系統尚未能在航運設施上得到廣泛使用。

（2）標準建設滯后。我國缺乏針對北斗衛星導航系統建設、運行、應用和產業促進的法律法規，尤其是在民用領域的推廣應用依然存在法律空白。譬如，《北斗衛星導航系統交通運輸行業應用專項規劃》 《北斗系統公開服務性能規范》 《國家衛星導航產業中長期發展規劃》等相關文件都不具備法律效力，可執行力度較差。

2.3 北斗衛星導航系統還需完善

北斗衛星導航系統雖然已經建設完成，并已向全球用戶提供服務，但是在定位精度上，與GPS還存在差異。GPS單點定位精度可達到1～5 m，而北斗衛星導航系統全球服務定位精度為水平10 m、高程10 m，測速精度0.2 m/s，授時精度為20 ns，在亞太地區精度為水平5 m、高程5 m。GPS在全球已建有5個監控站，均勻分布于赤道上，而北斗衛星導航系統剛建成一個海外監控站，這就使得GPS定位精度高于北斗衛星導航系統。

北斗衛星導航系統的芯片價格也是制約其大規模民用的一個重大因素。與GPS相比，北斗芯片價格較高，功耗體積較大，不占據市場優勢。具體表現在：國內公司對北斗衛星導航系統的核心零部件的制造水平和關鍵技術掌握程度不高，國內基帶與射頻芯片在功耗、靈敏度、產品穩定性、應用解決方案等與國外企業有著巨大差距[4];另一方面北斗芯片的研發成本過高，前期投入巨大，許多中小企業難以承擔。

3 改進對策

3.1 擴大船舶應用范圍

3.1.1 加強推廣力度

（1）政府應出臺具體的優惠政策，對配備有船載北斗終端的船舶進行財政補貼，降低安裝費用;建立“遠洋漁船+北斗導航”北斗全球服務推廣示范項目，以此推動北斗衛星導航系統在遠洋船舶上的使用。

（2）海事局作為海事管理部門，應修訂《國內航行海船法定檢驗技術規則》和《中華人民共和國海船船員適任考試和發證規則》，要求國內注冊和建造的船舶都應配備船載北斗終端，海上船員都應具備熟練使用北斗衛星導航設備的能力。

（3）政府應大力扶持國內北斗產業的發展，鼓勵其完善產品研發、生產、銷售和售后保障等一系列產品生產體系。

（4）主流媒體應對北斗衛星導航系統進行針對性的報道，大力宣傳并詳細介紹其功能、特點、優勢等，提高民眾的認知度，有助于民用市場的推廣使用。

3.1.2 加快船舶應用產品研發

（1）電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）是一種完全適用于《國際海上人命安全公約》要求的電子海圖系統。按國際標準研發的電子海圖設備并不具備與北斗衛星導航系統兼容的功能。因此，海事局應與IMO進行溝通協調，修訂ECDIS國際硬件標準，推動北斗衛星導航系統的國際產業化。

（2）目前全球范圍內能夠提供符合國際標準的ECDIS廠家有十多家，多數產品均為國外公司研發提供。政府應積極推動國內企業與國外導航設備廠家進行交流合作，共同研制出與北斗衛星導航系統相兼容的導航設備。

（3）北斗衛星導航系統在船舶領域主要用于船舶的定位和導航，而在船舶監管、港口監管、海上應急救援等方面僅處于理論或實踐階段，還未實現大規模的應用。國內企業應實地調研考察目前船舶領域存在的不足，分析北斗衛星導航系統在船舶領域應用的優勢，加快“北斗+船舶”模式發展速度，研制出合適的船舶應用產品，推動產品的安裝使用。

3.2 完善政策法規體系

（1）政府應加強國內標準建設，進一步規范北斗衛星導航系統的建設、管理和應用，加快《北斗衛星導航條例》的立法工作，完善北斗衛星導航系統應用的標準體系。

（2）加強國際標準的跟蹤研究，積極參與國際會議，通過國際溝通協調機制適時將北斗衛星導航系統納入國際標準，推動其全球化發展。

（3）政府可以借鑒國外導航系統產業政策法規制定經驗，根據我國現階段北斗系統發展情況，制定合適的政策，引導北斗衛星導航產業的長遠發展。

3.3 加強技術創新

國家應加快構建北斗衛星導航產業創新體系，突破核心關鍵技術，力爭實現廣域米級、沿岸分米級、重點水域厘米級、事后處理毫米級定位，為船舶安全航行、海洋漁業、港口調度等行業提供高精度的導航助航服務;著力提升芯片研發水平和制造工藝，重視芯片的知識產權工作，實現產業發展過程中基礎設施和核心技術的國產化，為北斗衛星導航系統的產業化發展奠定基礎。除此之外，國家還應加快地面監控站和地基增強系統建設，提升增強系統的服務性能和運行連續性、穩定性、可能性，實現高精度定位。

4 結 語

“北斗”作為我國大力發展的衛星導航系統，在保障國家安全、維護人民幸福生活上具有重要意義。雖然現階段北斗衛星導航系統空間和地面基礎設施還有待完善、“北斗+船舶”產品體系尚未完整、相關政策法規標準還有待建立等一系列問題制約其在船舶上的廣泛應用，但《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中提出要加強北斗衛星導航系統基礎設施建設和應用的要求，表明下一階段北斗衛星導航系統將會建設得更完善，推動船舶領域更加智能化、系統化和信息化。

參考文獻：

[1] 安慶，吳樹森.北斗船舶航線監管平臺系統設計與實現[J].全球定位系統，2017（2）：50-54.

[2] 王玉璽，杜鵬，侯岳麟.基于電子海圖的北斗船舶監管系統設計[J].世界海運，2018（8）：25-27.

[3] 田向陽，喬文長.北斗衛星導航系統在船舶海上航行中的應用研究[J].數字技術與應用，2017（8）：54-56.

[4] 柳桂財，欒法敏.電子海圖的種類和使用[J].世界海運，2007（4）：31-33.