探析北斗短報(bào)文技術(shù)在虛擬航標(biāo)中的應(yīng)用

航標(biāo)是指為船舶提供定位和導(dǎo)航等作用的輔助設(shè)備，對(duì)船舶的正常行駛具有重要作用。目前，AIS虛擬航標(biāo)逐漸在船舶的導(dǎo)航中應(yīng)用較為廣泛，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展過程中，將北斗短報(bào)文技術(shù)應(yīng)用于虛擬航標(biāo)也具備較大的可行性。

1.虛擬航標(biāo)及其應(yīng)用分析

虛擬航標(biāo)是在A IS技術(shù)基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的一種新型航標(biāo)，其結(jié)合了包括衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、電子海圖、AIS等信息技術(shù)。虛擬航標(biāo)在應(yīng)用上是利用無線電技術(shù)，在電子海圖、接收機(jī)等設(shè)備上標(biāo)出水域中的某一點(diǎn)及其功能，從而起到導(dǎo)航的作用。目前虛擬航標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用上，以虛擬AIS航標(biāo)為主。虛擬AIS航標(biāo)是指利用AIS臺(tái)站，并運(yùn)用21號(hào)電文播發(fā)的不存在實(shí)體航標(biāo)的航標(biāo)信息，其中具體包括臨時(shí)虛擬AIS航標(biāo)以及永久虛擬AIS航標(biāo)。二者在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的差異性，臨時(shí)虛擬AIS航標(biāo)的應(yīng)用范圍包括對(duì)航行限制區(qū)域、臨時(shí)推薦線路、故障航標(biāo)以及移位航標(biāo)作出標(biāo)識(shí)，永久虛擬AIS航標(biāo)主要應(yīng)用于實(shí)際條件無法布設(shè)實(shí)體航標(biāo)的情況下，比如深水區(qū)域、海況環(huán)境惡劣地區(qū)、動(dòng)態(tài)變化較為明顯的地區(qū)等。具體可以包括對(duì)航道界限、永久礙航物、安全水域界限、錨地與遮蔽等特殊區(qū)域的標(biāo)識(shí)。永久虛擬AIS航標(biāo)也要在各類電子及紙質(zhì)海圖、航海出版物中進(jìn)行標(biāo)識(shí)。虛擬AIS航標(biāo)具有準(zhǔn)確性強(qiáng)、能夠快速設(shè)置、受到自然環(huán)境影響較小的優(yōu)勢，目前得到較為普遍的應(yīng)用，比如2017年底在長江口深水航道界限的標(biāo)識(shí)上，共應(yīng)用45座虛擬AIS航標(biāo)，具體包括了左側(cè)標(biāo)、右側(cè)標(biāo)以及專用標(biāo)。

2.北斗短報(bào)文技術(shù)在虛擬航標(biāo)中的應(yīng)用

2.1 北斗短報(bào)文技術(shù)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國自主設(shè)計(jì)研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包含軍用與民用兩方面，具有高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航與授時(shí)等服務(wù)功能，也是目前全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分之一。北斗短報(bào)文技術(shù)是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)區(qū)別于國外其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要特征，北斗短報(bào)文服務(wù)具備雙向通信功能，能夠在進(jìn)行準(zhǔn)確定位的同時(shí)，將用戶所在位置向外部系統(tǒng)報(bào)告，從而達(dá)到定位、通信有效結(jié)合的目的。目前，北斗短報(bào)文技術(shù)在許多不同行業(yè)中都得到了有效應(yīng)用，比如對(duì)于北斗二號(hào)，北斗短報(bào)文通信能夠達(dá)到120個(gè)漢字/次。北斗的用戶識(shí)別方式為卡號(hào)識(shí)別，因此在北斗服務(wù)范圍即可有效接收信息，并且能夠起到避免其他用戶干擾的作用，相對(duì)于傳統(tǒng)通信方式也具有明顯優(yōu)勢。

2.2 北斗短報(bào)文技術(shù)在虛擬航標(biāo)中的應(yīng)用

2.2.1 北斗分理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

在利用北斗短報(bào)文業(yè)務(wù)之前，需要事先進(jìn)行北斗分理服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，而后能夠進(jìn)行短報(bào)文信息轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)程測控與信息共享等服務(wù)，也能夠?qū)τ脩粜畔⒆鞒鲇行У墓芾砑安樵儭１倍贩掷矸?wù)平臺(tái)的應(yīng)用需要依靠北斗數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上具有位置服務(wù)、消息轉(zhuǎn)發(fā)等功能。北斗分理服務(wù)平臺(tái)可以提供航海保障服務(wù)，制定出統(tǒng)一的框架協(xié)議，與其他行業(yè)建立有效聯(lián)系。比如可以利用北斗指揮機(jī)陣列，對(duì)手機(jī)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。通過北斗分理服務(wù)平臺(tái)短報(bào)文服務(wù)的應(yīng)用，能夠?yàn)楹綐?biāo)建設(shè)、水上安全通信等許多方面提供安全保障。

2.2.2 北斗航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)建設(shè)

北斗航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)是航標(biāo)建設(shè)中的一項(xiàng)重要部分，具有對(duì)航標(biāo)的運(yùn)行狀況及參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌握的作用，更有利于對(duì)其進(jìn)行管理。通常在遙測遙控系統(tǒng)的通信方面，利用了AIS基站鏈路與電信公網(wǎng)，而在二者沒有覆蓋的區(qū)域內(nèi)，由于信號(hào)相對(duì)較弱，因此會(huì)對(duì)遙測遙控的使用造成困難。應(yīng)用北斗航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)時(shí)，能夠?qū)ι鲜鰡栴}作出有效改進(jìn)，在監(jiān)控范圍及數(shù)據(jù)的可靠性上都具備顯著優(yōu)勢。工作過程中能夠?qū)τ诤綐?biāo)燈器的電壓和電流以及位置信息進(jìn)行采集，將上述信息利用北斗遙測終端處理，最后利用北斗衛(wèi)星，向監(jiān)控中心發(fā)送。通過北斗航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)，航標(biāo)管理部門能夠及時(shí)進(jìn)行航標(biāo)遙測數(shù)據(jù)的監(jiān)控。我國目前所安裝的北斗遙測航標(biāo)數(shù)量在6000座以上。

2.2.3 虛擬航標(biāo)的建立

北斗短報(bào)文技術(shù)在虛擬航標(biāo)的建立中能夠得到有效應(yīng)用，解決實(shí)體航標(biāo)應(yīng)用過程中存在的問題。目前關(guān)于航標(biāo)遙測系統(tǒng)的主要問題集中于以下幾方面：第一是通信鏈路容易受到干擾，從而使數(shù)據(jù)傳輸中斷，并影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。第二是遙測終端通信模塊出現(xiàn)故障，此種情況下，對(duì)于航標(biāo)位置以及燈光不一定造成影響。第三是燈器故障，以及浮標(biāo)漂移的問題。對(duì)于上述發(fā)生頻率較高的故障問題，需要通過定期開展巡檢與維護(hù)進(jìn)行解決，維護(hù)成本相對(duì)較高。利用虛擬航標(biāo)既能夠起到準(zhǔn)確的導(dǎo)航作用，也能夠有效降低維護(hù)工作量及維護(hù)成本。在航標(biāo)被撞或發(fā)生沉船時(shí)，可以通過快速設(shè)置虛擬航標(biāo)，充分保證航行的安全性。

基于北斗短報(bào)文服務(wù)的虛擬航標(biāo)主要是利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸虛擬航標(biāo)信息至相應(yīng)的用戶終端，而后將信息利用文字、符號(hào)的形式，在導(dǎo)航終端電子海圖上進(jìn)行顯示。進(jìn)行虛擬航標(biāo)的調(diào)度及設(shè)置過程中，可以利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，將信息向相應(yīng)的終端發(fā)送。為了減少北斗短報(bào)文通信頻度影響，利用北斗指揮機(jī)陣列進(jìn)行發(fā)送。航標(biāo)主管部門向用戶端及時(shí)推送關(guān)于航標(biāo)動(dòng)態(tài)的信息。另外也具有查詢船舶位置、軌跡跟蹤及回放、調(diào)度管理等功能。進(jìn)行虛擬航標(biāo)發(fā)布時(shí)需要調(diào)用自定義北斗TCP接口協(xié)議，船舶端應(yīng)具備接收機(jī)。

相對(duì)于AIS虛擬航標(biāo)，基于北斗短報(bào)文服務(wù)的虛擬航標(biāo)主要優(yōu)勢在于覆蓋范圍廣泛，并且不受基站的影響。目前在亞太地區(qū)范圍內(nèi)，均可利用北斗短報(bào)文通信方式。在北斗三號(hào)建設(shè)的背景下，可以通過北斗報(bào)文經(jīng)緯度數(shù)據(jù)對(duì)船舶進(jìn)行定位，達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信以及特定區(qū)域通信的目的，使導(dǎo)助航服務(wù)的精確程度得到有效增強(qiáng)，也能夠減少AIS廣播的無線電干擾問題。其應(yīng)用過程中，可以進(jìn)行短信傳輸以及利用符號(hào)形式在海圖上顯示。目前已取得實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)主要包括利用北斗短報(bào)文技術(shù)，針對(duì)重點(diǎn)船舶以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式播發(fā)氣象信息。另外還可以根據(jù)船舶類型的區(qū)別，根據(jù)其北斗位置信息，發(fā)送及訂閱特定的消息，目前這一技術(shù)已應(yīng)用于長江口重點(diǎn)船舶氣象信息的播發(fā)。還可以在此基礎(chǔ)上利用GIS技術(shù)及遙感技術(shù)等，進(jìn)一步建立三維可視航道圖。

2.3 北斗短報(bào)文技術(shù)在虛擬航標(biāo)中的應(yīng)用前景

在今后的虛擬航標(biāo)建設(shè)中，北斗短報(bào)文技術(shù)也具備良好的應(yīng)用前景，其中主要包括安全信息的播發(fā)、船舶動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、禁航區(qū)的自動(dòng)管控等方面。除此之外還可以將該技術(shù)與AIS技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，通過北斗鏈路實(shí)現(xiàn)AIS船舶信息的傳輸，提高信息網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全面性，確保船舶航行的安全。

3.結(jié)論

虛擬航標(biāo)相對(duì)于實(shí)體航標(biāo)，在精確度、更改速度等方面具有顯著優(yōu)勢，在船舶的導(dǎo)航、助航中發(fā)揮著重要作用?；诒倍范虉?bào)文技術(shù)的虛擬航標(biāo)能夠有效解決AIS虛擬航標(biāo)應(yīng)用過程中的局限性，因此具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。