北斗衛星導航系統在智慧水上交通建設中的應用

馬甲林

【摘 要】 為使北斗導航系統在智慧水上交通建設發揮更大作用，介紹東海航海保障中心北斗導航民用分理服務管理中心成立以來在智慧水上交通建設中已發揮的作用，及其與北斗導航系統相關系統在船舶智慧監管、航標智慧監控、應急搜救、水文氣象服務、連續定位服務、高精度定位服務等領域的應用，為更好地發展智慧水上交通提供相關行業經驗。

【關鍵詞】 智慧水上交通;北斗導航系統;海事;海事北斗分理中心

0 引 言

水上交通是交通運輸的重要組成部分。隨著我國建設海洋強國戰略的實施，智慧水上交通建設也成為熱點。2019年5月，交通運輸部等7部門聯合發布《智能航運發展指導意見》，為智能航運未來30年發展指明方向。智能航運是傳統航運要素與現代信息、通信、傳感和人工智能等高新技術深度融合形成的現代航運新業態，包括智能船舶、智能港口、智能航保、智能航運服務和智能航運監管等5個方面基本要素。《智能航運發展指導意見》提出要重點提升港口碼頭和航運基礎設施信息化、智能化水平，推進智能船舶技術應用，加快船舶智能航行保障體系建設以及培育智能航運服務新業務、新模式。

隨著我國北斗衛星導航系統的建設，基于北斗衛星導航系統的智慧水上交通建設也有了較快發展。

1 智慧水上交通建設

2017年，國務院印發《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》，將“北斗衛星導航系統推廣工程”列為交通運輸智能化發展重點工程。

智慧水上交通包括智能交通基礎設施和智能“互聯網+”平臺服務。智能交通基礎設施是由具有定位、通信、感知、人工智能能力的基礎設施和多功能交通載體組成;智能“互聯網+”平臺提供以人為本的精密交通服務，實現系統集成和綜合交通服務。北斗導航、5G、物聯網、云計算、人工智能等技術的融合應用也加速了智慧水上交通建設進程。

2 海事北斗分理中心建設

2015年4月，交通運輸部海事局授權東海航海保障中心開展北斗導航應用服務;2015年6月6日，東海航海保障中心成為全國海事系統唯一一家具有北斗導航民用分理級服務試驗資質的事業單位;2017年5月，東海航海保障中心完成北斗導航民用分理服務管理中心（以下簡稱“海事北斗分理中心”）建設工作，這是我國海事領域第一個專注于北斗導航民用服務的機構，其作用是全面推動北斗導航系統在海事航保領域的應用。該中心成立后開展了北斗差分臺站改造、北斗衛星定位服務連續運行參考站（CORS）網絡建設、北斗船臺和航標北斗遙測終端推廣、北斗應用創新推廣等工作。通過利用北斗衛星無線電測定業務（RDSS），提供基于位置的信息協同、短報文信息轉發、數據傳送、遠程測控以及各類信息增值服務。

海事北斗導航服務系統包括數據處理子系統、基礎支撐子系統以及運營管理子系統（見圖1）。數據處理子系統實現了北斗應用設備的數據接入、分類、融合、存儲等處理，并向用戶提供信息分發、信息協同等服務。基礎支撐子系統實現了動態位置信息服務、短報文互通服務、行業信息服務、行業增值信息服務和歷史數據查詢服務。運行管理子系統實現了用戶信息管理、北斗應用設備管理、運營計費管理、運營數據統計、運營值班監控管理等。

3 海事北斗分理中心在智慧水上交通建設中發揮的作用

北斗導航系統在智慧水上交通領域具有廣泛的應用空間，結合大數據、物聯網、移動互聯網等新技術，以水上交通數據為基礎，打造智慧水上交通綜合服務平臺。北斗導航系統在智慧水上交通建設中的應用框架見圖2。海事北斗分理中心已建成海事系統北斗數據中心，依托東海海區船舶自動識別系統（AIS）管理中心的優勢，通過與水文氣象相關單位合作，構建并實現了采集、傳輸、應用綜合體系，打造了多個智慧水上交通信息應用系統。

3.1 船舶智慧監管

利用北斗導航系統的全天候定位和通信能力，為船舶提供水上安全服務，有效解決船舶水上交通監管和通信盲區，構建了全方位立體綜合海事監控系統，實現了24 h不間斷監控船舶動態信息、禁航區自動管控、安全信息播發、船舶避碰指揮、遇險船舶緊急求救信息發布等。具體應用如下：

（1）瀾滄江-湄公河海事安全監管。瀾滄江兩岸崇山峻嶺，自然條件險惡，原有的地面移動通信、短波電臺、甚高頻（VHF）等無線通信網等都無法保證航行于瀾滄江船舶的通信，給船舶航行安全帶來很大隱患。目前，東海航海保障中心已在瀾滄江水域中國籍船舶裝配多臺北斗船載終端，實現了船位監控、自動預警、遇險報警與救助、指揮調度、中英文通信、運輸船舶管理和船岸信息溝通等功能，大大提高了瀾滄江船舶航行安全和海事監管水平。

（2）博斯騰湖海事監管。通過北斗衛星傳輸AIS信息成功解決湖區水域無法架設AIS基站的難題，采用北斗船載AIS終端能提供能見度不良條件下湖區旅游船舶互見及避碰等技術條件，提高了海事現場監管能力，解決了湖區無公網手機信號的短信收發問題，便于及時掌握旅游船舶航行狀態，替代原有海事人員現場死看死守的管理模式，大大提高了管理能力，降低管理成本。

（3）保障我國船舶極地航行安全。“雪龍”號是中國最大的極地考察船，在第31次南極科考中，東海航海保障中心在“雪龍”號安裝了北斗AIS一體化船載終端，為海洋局提供“雪龍”號科考船的動態位置信息，并利用中國首艘無人智慧測量艇以及多波束聲吶、衛星實時動態差分定位系統、磁力儀器等掃測設備，在羅斯海首次發現新錨地。“永盛”輪在北極航道航行中也通過北斗終端實現了船岸通信和船舶位置監控。

（4）用于海洋局公務船。國家海洋局是國土資源部管理的監督管理海域使用和海洋環境保護、依法維護海洋權益、組織海洋科技研究的行政機構。海洋局所屬工作船舶肩負著維護海洋主權的職責，在多條海洋局公務船上安裝北斗船載終端，既滿足了對船舶的動態監管需求，也兼顧了數據保密要求。

（5）在馬航MH370客機搜救任務中的應用。“海巡01”輪于2017年3月前往南半球高緯度海域開展馬航MH370失蹤客機搜尋工作。在外海作業期間，“海巡01”輪船載北斗AIS一體機將現場搜救船舶的動態位置信息通過北斗短報文實時傳送給國內指揮中心，在搜救工作中起到至關重要的作用。

（6）在內河海事監管中的應用。涼山州水運資源豐富，擁有金沙江、雅礱江、大渡河、安寧河、邛海、瀘沽湖等通航河流和湖泊。隨著水電資源開發，通航里程持續增加，通航環境大為改善，涼山州發展內河水運的基礎條件進一步夯實，但是航運安全基礎薄弱的現狀沒有得到根本改善，海事監管條件仍相對滯后，現代化監管手段尚未起步建設，現有安全監管及應急救援能力已不能適應轄區點多、面廣、戰線長的監管特點。以北斗導航作為技術手段獲取重點船舶的動態位置信息，為重點水域內的航行船舶提供信息服務，保障了船舶航行安全，提高了涼山地方海事水上安全監管能力，為涼山州水上人命搜尋救助和應急反應提供有力支持。3.2 航標智慧監控

基于北斗導航系統的航標遙測遙控系統具有監控范圍大、數據可靠的優勢，該系統解決了公網和AIS基站信號存在盲區的問題，使監管部門可通過該系統對無公網信號覆蓋地區的航標工作狀況進行實時動態監測。目前，我國沿海海區已安裝多套北斗遙測終端系統。

上海市長江口中華鱘自然保護區位于崇明島東部水域，是中華鱘生殖棲息的重要水域。在保護區設置專用標志，采用高分子塑料燈浮并裝配有最新的北斗遙測終端、AIS應答器以及相關環境監測傳感器，用于標示中華鱘自然保護區邊界，監測自然保護區內生態環境。

3.3 應急搜救救援

海事北斗分理中心參與北斗緊急無線電示位標標準的制定和應用推廣工作。配備北斗緊急無線電示位標的船舶遇險時能立即內向北斗衛星發送包含自己標識、位置、時間等信息的報告電文，再通過轉送分發至各海事局、漁政局、船舶交通服務中心（VTS）、遠地通信中心（RCC）等各級系統。同時，利用北斗系統的雙向通信功能，也可將信息反饋給北斗應急示位標和參與救援的船舶。

3.4 北斗與水文氣象

東海海區多個水文采集站點已采用北斗終端進行水文數據的傳輸。離岸水文信息采集系統是在遠離海岸線和島礁區域無法設置固定水文潮站的沿海或近海拋設海洋浮標定點觀測水文等信息，采集數據在浮標上集成后，采用北斗系統實現數據通信，實時傳輸水文信息。各類傳感器采集氣溫、濕度、氣壓、風向、風速等多種海洋氣象要素數據，再通過北斗系統傳至監控中心，實現數據自動化觀測和傳輸。海事北斗分理中心為氣象部門提供北斗通信渠道，向重點船舶播發氣象信息，根據船舶北斗定位信息可以對某個區域的船舶進行定制化氣象預報推送服務，為船舶航行提供精準的、必要的安全航行信息。

3.5 北斗連續運行定位系統

東海海區現已建成自主可控、全國產化的北斗地面基站增強系統，在系統覆蓋范圍內提供實時米級、分米級、厘米級及后處理毫米級高精度定位基本服務能力。基于北斗CORS系統的大型船舶高精度導航及靠泊儀是大型集裝箱船在能見度不良天氣條件下進出洋山深水港航海保障系統建設工程的重要組成部分，支持AIS、北斗、雷達等，提供厘米級的高精度導航定位服務，為夜航、霧航條件下的船舶高精度定位、導航和安全靠泊提供支持，保障船舶航行安全，為大型集裝箱船在洋山深水港區域內實現全天候、全天時安全快速進出港及靠離泊提供助力，對提高洋山港的港口運營水平、提高貨物吞吐量、提升服務能級具有重要意義，也標志著E航海戰略實施啟動，是海事航保服務在上海國際航運中心和自貿區建設的又一有力舉措。

3.6 無線電指向標-差分臺站（RBN-DGNSS）

為提高船舶導航定位精度，交通運輸部海事局分別對北方海區、東海海區、南海海區的RBN-DGPS臺站進行了改造，改造后可同時播發BDS/GPS的差分信息，現已建成RBN-DBDS系統，在300 km范圍內提供約3 m精度的定位服務，優于RBN-DGPS的5 m。

4 展 望

2020年，北斗衛星導航系統將完成全球組網，這既是機遇也是挑戰。海事北斗分理中心將牢牢把握北斗系統全球化推廣的機遇，踐行自身發展理念，推動新常態下現代綜合交通運輸發展，通過北斗應用推廣不斷提升業務水平，為用戶提供更優質的航海保障服務。2019年，《數字交通發展規劃綱要》《交通強國建設綱要》發布，提出交通運輸基礎設施和運載裝備全要素、全周期的數字化升級邁出新步伐，數字化采集體系和網絡化傳輸體系基本形成。數字交通也成為今后發展的方向。交通運輸也將成為北斗導航的民用主行業，海事北斗分理中心將繼續推動交通基礎設施全要素、全周期數字化，實現布局重要節點的全方位交通感知網絡，推動載運工具、作業裝備智能化，構建智能化的應用體系。