北斗系統在珠江航運的應用及展望

文|盧紅洋 劉麗嬌

中國交通通信信息中心

一、引言

珠江是我國第二大通航河流，由西江、北江、東江干支流及珠江三角洲諸河組成，形成“三江匯流、八口出海”的水系特點。珠江航運作為我國華南、西南地區重要的水上運輸大通道，已經成為我國西南內陸地區與粵港澳地區經濟互補、協調發展的重要紐帶，保障珠江航運的通行安全對維護國家安全具有重要意義。

2017年2月，國務院印發的《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》提出“加強全天候、全天時、高精度的定位、導航、授時等服務對車聯網、船聯網以及自動駕駛等的基礎支撐作用”、“拓寬北斗模塊在港口運營、船舶監管等方面的應用”。2017年5月，交通運輸部印發的《珠江水運發展規劃綱要》提出“深化泛珠三角區域合作，強化區域內各種運輸方式的銜接，構建安全、低碳和便捷的綜合交通運輸體系，需要進一步加快珠江水運科學發展，努力打造第二條黃金水道”。

本文介紹了北斗衛星導航系統在珠江航運的應用現狀及存在的問題，指出珠江航運有望實現北斗應用全覆蓋，并為珠江航運的發展提供更高精度、更為可靠、更加多樣的服務和保障。

二、衛星導航系統在珠江航運的應用現狀

目前，珠江航運主要采用GPS、視頻監控系統（CCTV）、船舶自動識別系統（AIS）、水位自動監測、航標遙控遙測等技術手段監控船舶動態位置。珠江航運現階段的導航設備大部分采用GPS單模定位，其定位精準度容易受天氣和位置影響，部分地區開始安裝使用北斗系統。

基礎設施方面，珠江口是粵港澳大灣區重要的航運水域，也是華南地區通航密度最高、通航環境最復雜和通航安全保障壓力最大的水域之一，對水上交通運輸安全需求十分迫切。2017年，珠江口建設了10個北斗CORS基準站，通過北斗網絡RTK、DGNSS等技術手段，利用移動通信，實現了我國沿海300km范圍內的廣域米級、分米級導航和50km區域范圍厘米級實時精密定位增強信息服務，為航海安全和應急指揮提供了通信保障。2019年6月，珠江口的擔桿水道上，采用國產北斗航標遙測遙控設備的大型燈船成功投放（見圖1），有效降低了珠江口擔桿水道東向交通流通航環境復雜、船舶航行無序的風險。目前已建設北斗數據接收中心1座，北斗航標遙測遙控設備575臺，預計兩年內北斗航標遙測將覆蓋粵港澳大灣區和主要航道。

圖1 擔桿水道北斗航標遙測燈船

系統建設方面，國內首家將北斗衛星定位技術應用到內河船閘過閘的廣西西江船閘運行調度中心建成并投入使用（見圖2）。西江干線啟用了基于北斗導航的船舶智能過閘系統，社會船舶安裝船載北斗智能終端，船舶水上“ETC”（不停船自動繳費）智能過閘，實現了船舶“一次報閘、連續過閘、不上岸報到、不停船繳費”的智能過閘和智能航行，為船主提供了高效、優質的過閘服務（見圖3）。

圖3 西江北斗船舶智能航行

三、衛星導航在珠江航運中存在的問題

雖然珠江航運部分地區安裝了北斗設備，但現階段使用的設備廣泛依賴于GPS定位，且通航環境復雜，給船舶航行安全帶來了極大的安全隱患，可能存在以下問題。

1．導助航終端定位依賴GPS，定位精度不高

珠江航運船舶和岸基配備的定位導航設備如AIS、GPS定位儀、電子航道圖等，其定位手段主要依賴于GPS單點定位，定位精度大致為10～15m，尚難以滿足船舶安全導航、航道測量、港口作業等精細化業務需求。在狹窄內河航道、河床變化快等復雜環境中，船舶配備的AIS終端定位無法實現高精度的定位需求，航行安全無法保障。航道工程建設中，航道勘測、施工和疏浚等過程均需要精確測量航道地形圖，測量精度要求達到厘米級，但是傳統航道測量定位手段的測量精度難以實現。在港口集裝箱調度管理方面，需要借助高精度導航定位技術來確保輪胎吊精確地按最優軌跡行駛，快速到達指定集裝箱位置開展集裝箱吊裝自動作業。

2．通航環境復雜，航行安全有待提升

珠江航運具有水文情況復雜、通航密度大、船舶疏浚難度系數大等通航特點，尤其在惡劣天氣下，給船舶航行造成了極大的安全隱患。除此之外，珠航的航道寬度、深度、彎曲角度、交叉狀況等都將影響航行安全。珠航復雜的通航環境對高精度船舶動態監測、避碰預警、高精度導航、險情跟蹤、船舶智能調度等提出了更高要求。

3．應急船岸通信能力不足

珠江航運對船舶的動態監控手段多基于AIS船臺進行信息回傳，而AIS屬于窄帶通信，在網絡信號覆蓋不到的特殊環境（惡劣天氣影響下或山區河段、橋涵隧等復雜環境），應急指揮指令和執行反饋情況的上傳下達效率不高，而且 AIS 的數據分為動態數據與靜態數據，由于缺乏一定的驗證措施，從而無法判定船岸間發送的動態數據的準確性，應急通信時效性和準確性無法得到保障，珠江航運應急船岸信息化能力有待提高。

4．船舶和人員定位管理能力不足

除了有客貨船的應急遇險情況，珠江航運還存在捕撈漁民或船員溺水、小排筏失蹤等風險，定位能力不足阻礙了相關部門進行船舶和人員的管理和救援效率。由于目前尚無應對該類風險的定位手段，公民航道作業和排筏通航安全無法得到保障，船舶和人員定位能力不足問題急需解決。而北斗系統可以為作業船舶和人員提供全天候實時定位、導航等服務，滿足管理部門對珠江航運全方位、全天候、無盲區、無漏洞的動態監控指揮需求。

四、北斗系統在珠江航運的應用展望

基于上述可能存在的問題，本文提出利用北斗系統來改善珠江航運現有的通航隱患，實現衛星導航系統在珠航的國產化、自主化、安全化。按照“打基礎-做終端-造平臺-謀長遠”的路線，構建北斗在珠江航運應用架構體系，以實現北斗系統在珠江航運“全覆蓋、可替代、保安全”的目標，北斗應用架構體系見圖4。

圖4 珠江航運北斗應用架構體系

1．打基礎—建設珠江航運干線北斗應用基礎設施

結合珠江航運實際業務需求和“三江匯流、八口出海”的水系特點，建設北斗地基增強系統，沿航道、港口碼頭等交通基礎設施建設北斗差分增強基準站，在復雜航道的重點區域建設北斗信號增強基準站。同時提供AIS和移動公網等播發手段，提高船舶定位精度，提升海事監管能力，同時為航道測繪、航標遙測遙控、航道建管養、港口自動化提供技術基礎，為珠江航運用戶提供高可靠、高精度的定位與導航服務。

2．做終端—研制與推廣北斗船載終端

結合珠江航運實際需求，研制并推廣一體化、高精度船載智能終端，在傳統AIS終端基礎上，擴展移動公網通信功能，實現船岸及時信息交互，使其具備高精度定位、電子地圖數據實時更新等功能，并具有較強的擴展能力，可擴展支持船舶過閘、港航企業管理等非標GPS監控類船載終端的功能，有效減少船載終端數量，減輕航運企業負擔。同時，推廣北斗應急無線電示位標、北斗AIS個人信標等應急設備，豐富遇險船舶和人員的遇險報警手段。

3．造平臺——建設服務于政府和社會公眾的信息平臺

一是建立基于北斗的船舶位置監測服務平臺，融合西江船舶過閘位置數據，為海事監管部門提供連續、可靠、實時的船舶監測服務，促進海事監管模式智能化轉型；二是建立北斗遇險報警及應急指揮平臺，構建基于北斗的船岸通信網，實現快速的遇險報警及應急響應，包括應急值守與接警、突發事件等級確認與報送、指揮協調、應急處置、應急解除等業務；三是建立北斗航運信息公眾服務平臺，融合北斗高精度定位、物聯網、大數據、電子航道圖等信息技術，為港航企業提供船舶調度、信息發布、貨物跟蹤等物流服務，以優質的信息服務吸引社會公眾使用北斗終端。

4．謀長遠——建立北斗應用推廣的長效機制

一是研究制定鼓勵或優惠政策，引導船方使用北斗終端；二是研究制定相關標準規范，明確船載終端的配備要求及過渡期；三是加快完善北斗終端合規性檢測環境建設，加快北斗船載終端產品推向市場；四是加強終端安裝及應用監督管理，與企業安全生產管理掛鉤，逐步實現監督管理常態化運行。

五、結語

北斗衛星導航系統在交通運輸領域的應用和推廣成效顯著，為珠江航運實現北斗系統的全覆蓋提供了有力支撐。北斗全球系統的全面部署，將為珠江航運建設提供更高精度、更為可靠、更加多樣的北斗服務和北斗保障。