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北斗在船舶动态监控中的应用分析

作者:未知

  摘 要:北斗系统是我国自主研发的卫星导航定位系统,具备独特的双向通信能力,因而在船舶动态监控中有着巨大的应用潜力。本文根据北斗系统的基本原理,分析了北斗系统在船舶监控领域的应用特点,阐述了应用北斗系统的必要性,最后对北斗系统在船舶动态监控中的应用进行了深入的分析。希望本文的研究可以为相关领域提供有益的参考。
  关键词:北斗系统 船舶 动态监控
  近几年,我国航海事业飞速发展,带动了船舶朝着大型化、智能化和快速化的方向发展,海上交通管理变得越来越复杂,许多管理部门和企业开始寻求新的航运管理方式,通过技术手段实时获取船舶和船员的信息,这对于管理者和船员的决策都至关重要。随着北斗导航系统的成熟和广泛应用,通过北斗系统对船舶进行动态监控已成为一种趋势。本文将对北斗导航系统在船舶动态监控中的应用进行深入分析。
  1.北斗系统的基本原理
  从2003年第三颗北斗卫星发射成功开始,我国自主研发的北斗导航系统(COMPASS)正式进入大规模应用阶段。北斗导航系统不仅为用户提供了精准定位功能,还兼顾了强大的数据通信功能。经过多年的发展,北斗系统已经在航空航天、航海、交通运输、气象、森林防火、通信、国防等领域得到了极为广泛的应用。
  在定位导航上,北斗系统首先确定A、B、C三点的空间位置,如果待测点D到上述三点的距离均己知,那么就可以精确定位D点的位置。一般来说,北斗还提供了一颗修正卫星以保证定位精度。在授时服务上,北斗的授时精度约为50nS,使北斗具备了支持远程打击武器及远详船舶航行的能力。北斗还提供了特殊的短报文通信能力,实现了终端之间或者终端与控制中心之间的双向通信。北斗的这种短报文通信无需依赖于第三方系统,可以完成独立组网和数据通信,是实质上的全球卫星通信系统。
  2.北斗系统的应用特点
  在航海领域,无论是船员还是还是船务企业,都对船舶的实时信息有着强烈的需求。一方面,对于船舶自身的航行而言,由于海洋环境的复杂性和特殊性,船舶的操作人员必须根据周边情况对船舶的前进路线、船舶速度等航行状态进行动态的调整,以保证船舶的安全;另一方面,对于船务企业而言,由于大量的船只同时处于活动状态,管理人员必须快速掌握每一艘船的航行情况、所在位置、货物信息和船员信息,以便更好地跟踪相关业务的进展,从而高效决策,提升经济效益。但是,这些信息往往是需要保密的,不允许第三方企业或其它国家以非法手段进行窃取。
  传统的AIS技术是最早用于船舶动态监控的技术,但AIS技术的实现是基于GPS定位信息的。北斗系统由于采用了双向数据传输技术,因而是船舶远程监控技术的一次革命。在定位方式上,北斗与GPS等定位系统十分相似,它为民用领域提供了10米的定位精度,完全满足远洋船舶的航行需求。在测速的应用上,北斗提供了0.2米/秒的测速精度,通常来说,船舶在港口航行的速度在20节以下,显然北斗系统也是适用的。与GPS等系统不同,北斗系统首次实现了短报文通信,也就是导航系统的双向数据通信。这为北斗导航系统在船舶动态监控中的应用提供了较好的技术基础。
  3.北斗技术应用的必要性
  导航是航海领域的关键技术之一,在北斗系统诞生之前,美国的GPS系统在我国得到了极为广泛的应用,占据了我国导航定位的几乎所有市场。然而GPS是美国研发的民用军用一体化高科技系统,我国不具有相应的知识产权,在敏感时期使用GPS系统将使我国陷入十分被动的局面。北斗系统的正式投入运行,为我国自主导航技术的开发奠定了坚实的技术基础。船舶的航行安全,尤其军舰等特殊船只的航行,必须采用先进的技术手段进行导航、定位和监测。从国家安全和核心技术突破的角度上看,采用北斗系统对船舶的动态情况进行远程监测,是我国发展航海事业、保护船舶航行、保障国家安全的必然选择。
  4.北斗在船舶动态监控中的应用分析
  4.1系统架构分析
  北斗在船舶动态监控中的应用主要体现在船舶动态监控系统的应用。目前大部分系统的总体架构上都采用了C/S和B/S相结合的模式,以数据接收模块为上层,以数据的编码解决模块为中间层,以数据库为低层,用户通过桌面浏览器即可登录系统查看船舶动态监控信息。接收模块的作用是负责接收AIS和北斗发来的数据,数据编码解码模块可以完成对发送数据的编码和接收数据的解码,然后通过船舶识别码进行数据整合,分别将最终的数据传输到数据库和界面展示。界面展示中我采用WEB电子海图显示技术,并通过颜色来区分不同的数据。用户还可以通过界面与系统进行交互,向系统发送相应的预警或者引航信息。另外,监控显示系统还集成了与船舶航行有关的其它参数,例如港区的风速、能见度、温湿度等。
  4.2硬件系统分析
  尽管北斗系统可以实现对船舶的导航、定位、通信和动态监控等功能,但目前仍未达到统一安装的阶段,即北斗系统是一套商用系统,只有需要相关服务的船舶才会配套该系统。因此,引航员和船务企业要实现对船舶的动态监控,必须携带或安装相关的硬件设备,也就是北斗导航终端模块。北斗导航技术的出现,使传统的GPRS技术受到逐步淘汰。由于北斗导航终端是按照便携式的标准进行设计的,因此其体积和重量一般都设计得比较轻巧,以方便引航员随身携带。终端导航程序可以直接在平板电脑上运行,无需专用的计算机或服务器,进一步提高了系统的实用性。船舶的信息通过北斗系统发送出去之后,需要由监控中心进行处理,监控中心一般建设在航站调试中心内部,可以实现同时接收处理多艘船舶的监控信息,实现了远程监控和统一的管理。
  4.3通信协议分析
  北斗卫星通信协议可以采用不同的方式,但许多厂商为了设备的通用化,一般会采用国际标准化的通信协议,使北斗终端可以与其它第三方平台进行灵活的数据传输,例如RS232串口通信协议是最常采用的通信協议之一。北斗的短报文通信和传统的AIS信号有一定的相似之外,它通常分为静态信息和动态信息,其中静态信息包括船舶的MMSI号、船宽、呼号、英文船名、船长姓名、国籍等,动态信息主要是指船舶的位置信息,例如船舶所在的经纬度、高度、航行速度、航行方向等。但是,为了保证系统性能和避免资源浪费,北斗系统当前提供的短报文传统服务是有限制的,因此在实际应用中,静态数据的通信间隔一般不小于10分钟,部分船舶静态资料也可以通过船舶的MMSI号在其它平台中获取。对于动态数据,民用的北斗终端一般采用1分钟1次的通信频率,对于非港区航行的船舶而言,该频率还可以进一步调整。然而,作为一套未达到完全成熟的导航系统,北斗在数据传输的可靠性方面还有待提高,短报文通信的丢码率仍然处于较高水平,单报文发送时的丢包概念约为十万分之一,如果是大量数据同时传输,丢包的概率还会增加。因此,在实际的应用中一般会加入数据验证和重发机制,以确保船舶监测的连续性。
  5.结语
  随着我国对海洋资源和航运的重视,海上或港口的船舶数量必然会不断上升,船舶的管理难度将日益加大。北斗系统的应用是解决船舶远程管理的重要技术手段。十多年来,北斗系统不断得到发展和完善,其应用领域正在不断扩张。根据国家总体部署,到2020年,北斗系统将实现全球覆盖,新的技术也将得到应用和验证。这些发展都为船舶的动态监控提供了更加有利的条件,必将更好地促进航海航运事业的快速发展,大大提高船舶航行的安全性。
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