基于北斗安全定位的航道巡航管理服務系統

付勇 江西省贛江船閘通航中心

自從GPS系統投入應用到民用導航后，世界進入了衛星導航定位時代。我國水運行業及時引入該系統提供水運導航服務，還基于該系統嘗試開發了水上運輸遠程信息化巡航系統，迎來水上運輸遠程信息化巡航管理時代。然而一段時間以來，中東伊核紛爭導致地區GPS信號突然中斷，尤其在國內企業華為芯片危機中，國人前所未有地感受到了因關鍵技術短板，隨時有可能面臨被技術“掐脖子”的危機。值得慶幸是，2020年6月23日，我國北斗衛星導航系統基礎網全部組建實現，預示著更自主、更安全、更有精確度、服務功效更優化的我國水運導航服務時代的到來。為此本文探析基于北斗系統打造自主安全完善的水上運輸遠程信息化巡航應用系統。

1.水上運輸遠程信息化巡航概念述略

傳統船只駕駛多依靠航標或者船長日常經驗。在航標漂移、夜間能見度不理想、航道航線因故一定程度變化等非正常情況下，僅靠水上經驗不能夠有效應對，遠程信息化巡航于此可以助一臂之力。水上人員借助遠程信息化巡航系統，對航線、航標以及水上無線電通信基礎進行巡查，及時掌握和通報相關情況，對水上維護及救援起到了積極的促進作用。遠程信息化巡航系統也可以是水上行政執法、運政檢查、資費稽查、搶險救助的信息支撐平臺。遠程信息化巡航可分為：遠程感知、狀態判別、分析決策、發起執行和反饋回訪等基本功能環節。前端基礎數據來自于每個目標裝配的感受器，獲得即時最新數據信息；由總臺系統自動分析判別所接收信息，對航行船只、船員等狀況開展檢查；根據法規、預案給出處理意見，提供安全服務；執行一般包括提示整改、現場處罰以及重點追蹤；反饋是搜集檢查執行功效并及時向相關部門反饋。

遠程信息化巡航系統平臺要滿足如下功能需求：船只定線制秩序、船只靠碼頭秩序、客渡運秩序、船只過橋區秩序、船只警戒秩序、船只超載、錨地狀態、風險貨物控管、大霧大風及枯洪水位等。借助模擬巡航技術，完成船只信息數據上傳至專網，及時獲得船只的基本信息，形成船只巡航報告并給出處理意見。借助分隔線技術完成線制監控，有效監督規范應用航路。借助邊界線監管技術，加強淺灘區域、警戒區域、錨泊區域、施工區域、渡口區域、過橋區域以及特別監管區域監查管控。集成推送氣象和水文信息，提供惡劣氣象預警。借助領域值技術完成在航船只安全預警避免船只碰撞、超越及并行。

2.基于GPS的水上運輸遠程信息化巡航系統的短板

應用了GPS技術的水上運輸遠程信息化巡航，內水海事部門常借助某些技術手段，例如AIS、GPS、船只CCTV閉路電視以及VTS交通服務系統等以監控船只動態部位。AIS系統是依靠GPS開展船只定位。GPS船只監控系統通常由各地方港務專業部門、水運企業等有關單位采購相對成熟的產品，通常依靠2GBG網格回傳所在的方位數據，最終匯總至海事部門的船只監控系統。借助GPS系統，CCTV與VTS實施同步監控。航線與衛星導航有關的業務包括航線疏浚、航標維護、電子航線圖、航線測繪等。其中航線測繪通常選用SBAS星基提高系統技術與RTK相位差分技術，定位精確度最高可到cm級；航線疏浚、航校準位通常選用CPS差分偽距定位技術，通常定位精確度是m級。但是它們存在以下問題：

（1）終端定位精確度不高：船只和港口碼頭GPS定位精確度通常10～15m，如果定位精確度不高會造成報警失誤頻發。在船上配置的AIS船載終端，因為定位精確度不高，亦頻繁的發生誤報船只碰撞預警信息，因此終端船只避碰功能通常均處在關閉狀況。當內水海事部門選用AIS系統開展監管船只時，由于避碰預警功能通常亦處在關閉狀況，故不能有效發揮其正常作用。

（2）安全自主性受限。為保障其本身的安全及利益，美國政府對特殊狀態下GPS系統，采取了有關限制使用的政策，諸如變更CA碼、減少定位精確度、范圍性關閉等。假如我們過度依靠GPS服務，如果遭到惡意控制或者關閉，那么船只導航服務將會存在癱瘓隱患。內水船載終端大多選用的是電子示意圖，相對于涉密數據的管理存在一定問題，維護更新困難較大。

（3）在港口碼頭應用中，船只引航、集裝箱定位、靠離泊均需要高精確度導航定位為支撐，但是由于港口技術條件、碼頭環境等問題的影響，導致該技術的全面性相對不是很成熟，很難大規模進行推廣。差分信號源為，已經建設運行的GPS差分參考站亦或國外相關SBAS業務公司，由于須使用差分提高服務，故須每年支付服務費用。

3.基于北斗的水上運輸遠程信息化巡航系統構建設想

水上運輸遠程信息化巡航是國土安全、公共安全、國防安全及經濟安全的戰略威懾基礎資源及重大技術支撐。在關于國家安全的重要領域完成北斗對GPS的全面代替，在全行業完成北斗的普及應用，是形勢發展的趨向。遠程信息化巡航系統平臺的重點是：

（1）應用北斗系統創建水上運輸遠程信息化巡航系統。基于我國北斗技術，綜合運用地理信息GIS系統，船只自動識別AIS系統、船只交通管理V TS系統、閉路電視監控CCTV系統、氣象信息WIS系統、共享水位信息WLS系統等，配套海事數據網上中心，充分發揮每個系統的功能，構建統一的巡航監控預警平臺。

（2）整合業務數據。由于海事業務數據來源不統一，故數據繁多復雜，為使遠程信息化巡航系統基礎數據可以更加準確，系統借助挖掘技術與數據分析，對海事業務數據開展有效的整合以及抽取也是重要的一環。船只所處坐標數據是遠程信息化巡航系統中，即時監控、分險預警以及提供水上救援的重要依據數據，我們依據北斗技術，并非是把GPS系統技術徹底給予排斥，而是需考慮綜合應用。依照IMO國際海事部門需求，船載接收機應設置最低2套單獨的導航系統。船只所處坐標定位數據是非常重要的，應當北斗數據、GPS數借以及其它系統數據融合兼容得到，保證船只數據的精準性及唯一性，船只所處坐標數據的有機融合是遠程信息化巡航系統重要技術組成部分。

（3）增強局部海事電子航行參考圖研究開發。遠程信息化巡航系統要完成真正意義上的實時遠程巡查及安全預警功能，一定要實現緊密結合海事監管業務密切結合的電子航海參考圖，經過二次開發已經有電子江圖，進而海事監管數據更加完善，為遠程信息化巡航系統提供有效空間數據支承。如有關危險品碼頭地理部位及標識，船只定線制規定等。

（4）在船岸通信應用中發揮北斗短信作用。其它導航系統多處于發展導航通信功能，北斗水運短信通信能夠成為船只預警信息發布的一種手段，尤其在蓋覆不理想的移動通信信號情況下，發揮著更為重要的作用。北斗水運短信通信不會到受通信距離影響，其短消息返回功能還允許輔助信息發布者，對預警信息發布的功效進行評估，比FM、VHF等單向通信手段具有更多優勢。

（5）建立安全預警服務。經過建立安全監控服務機構，對違章航行船只開展即時檢測，當航行船只存在安全風險或者違反航行規定時，經過該服務能適時提醒航行船只或者值班人員。海事水上運輸管理機構利用遠程信息化巡航實施巡航檢查，即時監控船只作業、停泊和航行秩序，完成對船只的信息服務、違法處置、安全預警、航跡跟蹤等功能。

4.結語

我國北斗定位導航系統的成功組網和行業信號落地應用，為打造自主安全的水上運輸遠程信息化巡航管服系統，提供了堅實的導航技術基礎與信息服務能力。在水運領域北斗將逐漸代替GPS成為航運安全管理和服務標配，技術具備，也是緊迫技術需要。伴隨北斗系統不斷提高技術能力和專項應用開發的推進，水運領域遠程信息化巡航管理及服務必將迎來高精確度應用時代，將為水上運輸、船只、港口碼頭等遠程信息化巡航帶來全新的應用與體驗。伴隨北斗全球系統及其提高系統的功能完善，在水運管理領域，北斗代替CPS是勢在必行。