浅谈北斗卫星导航系统在航海保障方面的应用

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　　摘 要：北斗卫星导航系统将在2020年提供全球服务。如何利用北斗系统促进我国航海保障事业的发展呢？本文介绍了北斗系统在我国航海保障中的一些应用，提高读者对北斗的认识，激发读者利用北斗促进航海保障事业发展的热情。
　　关键词：北斗 航海保障 航标 测绘 通信
　　由于我国的社会发展需要和国家安全需要，我国于20世纪90年代就开始了北斗卫星导航系统（北斗系统）建设，该系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
　　经过多年的建设发展和技术攻关，北斗系统已日渐成熟，相关的服务和产品已陆续在各个行业中得到应用，如交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、通信时统、应急搜救等领域，逐步渗透到社会民生的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。
　　北斗系统在航海保障方面的应用研究也正在逐步铺展开来，未来在北斗系统的支持下，航海保障体系将更加健全，航海保障能力将得到大幅提升。
　　1.北斗系统在海上导助航方面的应用
　　1.1北斗系统在航标管理上的应用
　　随着海洋经济、航运经济的蓬勃发展，航标的布设不仅局限于近海等有GPRS/GSM 等有移动信号的地方，也有可能布设于无移动信号的外海。传统的基于GPS与GPRS/GSM 等移动信号遥测遥控系统将无法对航标运行状态进行远程监控。航标遥测遥控终端将收集到的灯器工作电压、工作电流、航标位置等数据转换为北斗卫星能接收的短报文形式，通过北斗卫星传送数据收集中心，再通过互联网技术将收集到的数据呈现在用户显示终端上。同时，用户显示终端上也可以实现对航标遥测遥控终端的操作指令（如开关、更改灯质等操作）。这些操作指令也将转化为短报文，通过北斗卫星实现对航标遥测遥控终端的远程监控。
　　基于北斗的航标遥测遥控系统为航标维护管理提供了一种新的信息化手段，对于维护管理无移动信号覆盖的地方的航标，起到了减少航标作业人员劳动强度，提高工作效率和航标管理维护质量的作用。
　　1.2 北斗系统在RBN-DGNSS上的应用
　　无线电指向标-差分全球导航卫星系统（beacon-differential global navigation satellite system，RBNDGNSS）是一种利用航海无线电指向标播放台，将DGNSS差分信息以RTCM-SC104格式播发给用户，向用户提供高精度定位服务的助航系统。目前在南海海区布设有8座RBNDGNSS台站，为南海沿海船舶航行提供了可靠精确的导助航服务。
　　在很长一段时间里，我国沿海RBN-DGNSS台站只对GPS信息进行差分改正信息播发。我国于2014年开展了在RBN-DGNSS台同步播发BDS和GPS差分改正信息。航海保障部门在基于国际海运事业无线电技术委员会104特委会RTCM推荐标准数据格式，定义北斗电文，在现有的航海无线电指向标（RBN）载频上（频率283.5-325.0kHz）同步播发BDS和GPS的差分改正信息。位于广东省珠海市的三灶差分导航台于2014年进行双模改造，工作在291kHz上，同步播发BDS和GPS的差分改正信息。据相关测试和研究表明：定位精度在300km内平面优于1.5 m （95%），BDS/GPS联合定位精度、数据有效率都优于单个卫星导航系统，定位精度相对于GPS提高25%，相对于北斗提高30%左右。这大大提供了定位精度，更有利于船舶航行安全。
　　2.北斗在海事测绘方面的应用
　　BD-CORS，中文全称为北斗连续运行参考站系统。这个系统是一种北斗导航卫星地面差分改正系统，BD-CORS由北斗导航卫星、地面参考站网、数据中心和终端用户四部分组成。BD-CORS系统所利用的是连续运行的多基站网络RTK技术，地面参考站负责不间断的接收北斗导航卫星观测数据，并将观测数据实时传送至数据中心，数据中心根据各参考站的观测值综合计算终端用户所需要的差分改正信息（伪距差分或载波相位差分），并通过公共移动通信网络将差分改正信息实时播发给终端用户，终端用户由此来提高导航定位的精度。
　　海事测绘对定位精度具有很高的要求，特别是在渤海湾、长江口、珠江口等航运业发达的重点水域的测绘。为此，我国在渤海湾、长江口、珠江口等水域建设了BD-CORS系统，提供厘米级的定位服务。BD-CORS的建立可以大大提高测绘的速度与效率， 降低测绘劳动强度和成本， 节省各项测绘工程实施过程中约30% 的控制测量费用。
　　3.北斗在海上通信方面的应用
　　3.1北斗播发航行警告等安全信息
　　北斗具有短报文功能，这是北斗與GPS的最大不同。北斗终端可以直接通过北斗卫星对外发送消息，GPS则没有这个功能，这是因为北斗卫星具有双向通信的能力。北斗短报文其实就是北斗终端通过卫星发送的“短信”，只不过每次发送有着120字的限制。即便处于外海、远海，也能通过北斗系统的短报文功能进行通信，而不需要担心信号不通，链路中断。
　　基于北斗的这个功能，我们可以利用北斗进行海上安全信息的播发。通过播发航行警告等海上安全信息，可以将有关海区和水域内发生的或将要发生的可能影响航行和作业安全的任何环境情况变化，用无线电形式，及时准确地通知所有船舶，使之采取适当措施或保持戒备，以确保航行与作业安全。
　　3.2北斗/AIS相结合
　　利用北斗与AIS相结合，可以开发基于北斗和AIS的基站和相应的船载设备。北斗通信功能和AIS通信功能互相替代，互为补充。当船舶航行到没有AIS基站信号覆盖的水域时，北斗通信功能就自动发挥作用；当船舶航行至有AIS基站信号的地方，北斗通信功能就自动关闭。基于这种原理开发的船载设备，可以实现对船舶的实时监控，还可以用于航行通告、紧急报警、物流监控、电子签证、进出港报告等。 　　利用北斗和AIS相结合，还可以实现海上遇险时的快速定位和搜救，保障人命和财产安全。现代的海洋活动频繁，会不时有人员落水等情况，船舶遇难等情况。现在的救生衣普遍搭载的搜救设备只有单一的AIS通信设备，这种设备的缺点在于覆盖范围小，当附近没有船舶，或者岸基的时候，遇险人员将得不到及时有效的救助。当在救生衣上同时搭载北斗和AIS通信设备时，在海上活动的人员落水后，救生衣上搭载的搜救设备开始工作。首先，北斗可以对落水者的位置进行定位。北斗通信设备通过短报文将落水者的位置、身份等信息通过北斗卫星向搜救中心发送，同时AIS通信设备可以向周围船舶、岸基发送求救信息。通过两种方式将求助信息发送出去，可以快速定位落水者的位置，实现对落水者的搜救。同理，船舶上也可以配备北斗和AIS相结合的搜救设备，当船舶遇难时可以实现遇难船舶的快速定位和救助。
　　4.未来北斗在航海保障中的应用展望
　　目前被广泛应用的卫星导航系统GPS、GLONSS、GALILEO均为国外全球卫星导航系统，一旦发生战事等导致这些系统信号关闭，将对我国使用这些系统的单位和部门造成无法估量的损失。所以推动北斗系统的建设、推进北斗系统的全球化势在必行，逐步推动北斗替换掉现在使用的GPS等系统对我国导航定位的安全性具有重要意义。
　　北斗系统目前得到了较为广泛的应用，如应用在电信、交通运输、测绘、勘探等领域。但在航海保障方面的应用尚处于起步阶段。行业内有句话“没有国际标准，北斗终端装不到国外船舶上去”。要想北斗系统在国际航海领域走出国门，走向世界，得到全球用户的认可和使用，那么首先得得到国际海事組织（IMO）的认可。根据IMO相关机制，北斗系统要想在国际海事领域推广应用，那么首先要形成海事领域的应用标准。。所以推动北斗系统在海事、航海保障上的国际标准制定显得尤为重要。近年来，我国开展了北斗国际标准化研究，提出了北斗RTCM（国际海运事业无线电技术委员会）差分格式修改建议，为北斗系统国际海事标准化提供技术储备。
　　在国际标准制定同时，我国也将继续推荐北斗系统相关软硬件的开发，逐步打破改我国沿海导航定位完全依赖国外技术的现状，进一步提升我国海事信息获取和航海保障安全服务的能力。相信在不久的将来，北斗系统将走出国门，在全球卫星导航系统中占据重要地位，并为我国航海保障事业的发展提供更有力的支持。
　　参考文献：
　　[1]浅谈基于北斗卫星通信的航标远程遥测遥控系统.冀振宇.
　　[2]北斗卫星导航系统在航海保障领域应用发展.云泽雨.
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