基于北斗卫星导航系统短报文服务的水上安全通信

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　　【摘 要】 为实现海区北斗卫星导航系统服务全覆盖，讨论北斗卫星导航系统短报文服务在水上安全通信领域的应用，通过北斗卫星导航系统短报文功能和北斗卫星无线电测定（RDSS）业务为水上领域不同行业众多用户提供基于位置的信息共享、短报文信息转发等服务。分析基于北斗短报文服务的航标建设、虚拟航标、水上安全信息播发、应急救援等具体应用，以北斗分理服务平台为例，阐述其作为统一平台的功能和优势，为实现救援及其他服务提供便捷的途径。
　　【关键词】 北斗卫星导航服务;北斗分理服务平台;北斗卫星无线电测定（RDSS）
　　0 引 言
　　为确保航行安全，在全球海域行驶的船舶需要全天候全天时的导航、定位和授时服务。北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）已经成为全球无线电导航系统组成部分，并获得了面向海事应用的国际合法地位。北斗系统具有短报文功能，在无公网覆盖的区域更能凸显优势。同时，北斗系统在应急救援、港口管理、引航、海洋渔业、测绘等海上安全领域都有重要应用。本文重点讨论北斗系统短报文服务在航标建设、虚拟航标、水上安全信息播发和应急救援等水上安全通信领域的应用，以北斗系统服务为主体，综合物联网、大数据、地理信息系统（GIS）、海图等技术，构建规范、开放、统一的航海保障系统，形成标准化的信息模型、接口和协议，实现不同行业与部门之间的数据服务和共享。
　　1 北斗系统的应用
　　1.1 卫星无线电导航（RNSS）业务应用
　　RNSS系统具有导航、定位、授时等功能。该服务可实现由用户机接收卫星无线电导航信号，计算用户位置、速度及航行参数等，自主完成至少到4颗卫星的距离测量。北斗系统的定位精度在亚太地区已达到5 m左右，而北斗连续运行服务参考站（BD-CORS）系统则实现了实时厘米级、事后毫米级定位，目前，大部分省、市、自治区都建设了北斗地面基站系统，在多个民用领域都有广泛的应用，如高精度约车、电子围栏、高精度导航及建筑工程需要的高精度定位等。
　　北斗系统在海事领域也有广泛的应用。我国沿海几十座无线电指向标―差分全球定位系统（RBN-DGPS）台站已升级改造为RBN-（DBDS+DGPS）播发系统，实现北斗系统与GPS双模工作;在渤海湾、长江口及珠江口等区域建设了沿海北斗连续运行服务参考站系统，从而为覆盖区域内的终端用户提供高精度定位、导航服务，同时为海上钻井平台站桩定位和大流量、大密度的船舶导航提供有力的支持，使船舶夜航、雾航更有安全保障。
　　1.2 卫星无线电测定业务（RDSS）应用
　　RDSS服务是通过用户应答，在定位的同时向外部系统用户报告位置，實现定位功能与通信功能的集成。这也是北斗系统区别于其他卫星导航系统的一大特色，实现了短报文双向通信，以及终端之间主动上报位置信息等功能。北斗分理服务平台的北斗RDSS业务为不同行业众多用户提供基于位置的信息共享、短报文信息转发、数据传送、远程测控，并提供用户信息管理、查询、调阅，以及指挥调度、管理、通播、组播、单播等信息增值服务。随着北斗系统的深入发展和应用，车（船）载设备、手持设备将大规模进入民用领域，贴近日常生活，逐步实现船岸互通、手机互通。目前，各个领域已实现了基于北斗RDSS服务的多种应用场景，包括北斗海洋渔业应用、基于北斗系统的海洋监测信息实时传输系统、北斗海上搜救体系、救生信标机、北斗船舶监控服务系统、海上溢油跟踪浮标系统、水文北斗统一指挥平台、在线水质监测系统等。北斗系统特别适用于未被公网覆盖的区域浮标的海洋监测、水文气象信息采集和物联网应用等，解决了远离海岸线和岛礁区域水文信息采集的难题。
　　2 北斗分理服务平台应用
　　北斗分理服务平台以北斗数据为核心，接入包括船舶自动识别系统（AIS）、水文气象等信息，结合海图应用，提供基于RDSS的位置服务和消息转发应用。北斗分理服务平台框架见图1。在航海保障领域，北斗分理服务平台实现本行业的协议、接口的约束和适配，通过制定统一、完整的框架协议实现与其他行业间信息的互联互通，例如通过北斗指挥机阵列转发手机信息等。北斗分理服务平台在航标建设、水上通信、应急救援等领域以其独有的短报文服务构建面向海事领域的应用平台提供保障服务。
　　2.1 海事航标建设
　　2.1.1 北斗航标遥测遥控系统
　　航标遥测遥控系统的应用是航标建设的一大亮点。工作人员通过遥测遥控系统能动态掌握当前航标的状态和运行参数，极大提高了监控管理效率。遥测遥控系统通过电信公网和AIS基站链路进行通信，但对于公网和AIS基站无法覆盖或信号较弱的区域无法正常使用遥测遥控系统，给航标巡检维护工作带来较大的困难。北斗航标遥测遥控系统是近年来航标发展的新方向，具有监控范围大、数据可靠的优势，采集的航标灯器工作电压、工作电流、位置等信息经过航标上北斗遥测终端设备处理后再通过北斗系统传送给监控中心服务器。航标主管部门通过计算机或手机客户端可以实时监控航标遥测数据，航标信息可通过电子海图直观显示（见图2）。目前我国沿海安装有北斗遥测终端设备的航标已有2 000多座。
　　2.1.2 基于北斗系统的虚拟航标
　　目前的航标遥测主要有以下3个问题：（1）通信链路受不明原因干扰造成数据传输中断或者数据不准确;（2）通信模块故障，而此时的航标正常工作;（3）灯器故障和浮标漂移。这些问题都需要及时进行巡检和维护。虽然未来可通过高分辨率卫星、无人机、无人艇、过路船舶或巡逻艇以较小成本实现对现场状况的观测和掌握，但仍不能解决现场在恶劣环境下更换航标难度大且维护成本高的问题。设置虚拟航标可以在确保航标的导助航效能的前提下减少航标维护工作量，提高数据的精确度和设置的及时性，对于不能及时修复或灭失的航标及沉船均可及时设置虚拟航标。这不仅能有效地保障水上航行安全，而且避免了实物航标因漂移造成位置不准确的问题。综合应用电子海图、航标系统、北斗系统等技术手段构建电子航道（航线）图，实现航标动态、航行警告的实时发布和动态显示。
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