北斗在内河船舶过闸申报系统中的应用探究

王晓莉，窦 路，陈 凯

（1.长江三峡通航管理局，宜昌 443002；2.交通运输部水运科学研究所，北京 100088）

北斗在内河船舶过闸申报系统中的应用探究

王晓莉1，窦 路2，陈 凯2

（1.长江三峡通航管理局，宜昌 443002；2.交通运输部水运科学研究所，北京 100088）

本文探究了北斗在长江三峡的高精度应用，为船舶位置监控、过闸申报及调度管理提高了效率。

北斗；船舶；内河；高精度定位；过闸申报

项目资助： 本项目受交通运输部信息化技术研究项目“基于北斗及地基增强系统的交通运输应用关键技术研究”（编号：2014 364 222 110）、交通运

输部水运科学研究所WTI-51404项目资助。

窦 路，女，汉族，任职于交通运输部水运科学研究所，研究方向为水运通信导航。

陈 凯，男，蒙古族，任职于交通运输部水运科学研究所，研究方向为水运通信导航。

1　引言

为实现长江上船舶的动态监管，并通过船舶申报与信息交互安排船舶通过有序、高效通过三峡大坝、葛洲坝，三峡局建设了水上GPS定位综合应用系统。该系统的应用为长江三峡水上船舶监管及船舶过闸申报与调度安排提供了发挥了重要的作用，但随着长江船舶密度增强，该系统的定位精度、与其他系统船舶位置数据融合性等有待提高。随着我国北斗卫星系统的建设，利用北斗及增强系统提高内河船舶定位导航精度，避免船舶碰撞，并提高船舶在锚地、待闸区及闸室的定位精度，确保船舶航行安全，具有重要的意义。北斗系统在船舶的定位导航应用与其他GNSS系统基本一致，通过船载定位功能确定船舶的实时位置、时间、航向、航速等信息。

2　北斗系统在长江三峡船舶应用情况

目前，我国长江内河定位导航的主要船载设备包括：船载雷达、AIS船舶自动识别系统、GPS水上定位应用终端。

其中，船载雷达采用无线电回波探测反射目标并进行标绘，是传统船舶航行避碰的主要手段；AIS船舶自动识别系统采用内置的GPS定位单元确定自身船舶位置，并在水上规定的VHF频段向外播发船舶静态与动态信息，同时接收周围船舶的AIS位置信息并进行显示，是目前船舶航行的重要定位与避碰手段。目前，应用于长江三峡水上GPS定位综合应用系统的船载GPS终端分为两种：简易型和导航型。简易型船载终端适用于三峡河段客渡船的安全监控；导航型船载终端则适用于各类需要过闸申报的船舶使用，具备航线管理、遇险报警、电子申报等功能，可为船舶航行提供各种导航信息和参数。

北斗在船舶定位导航的技术应用与其他卫星导航系统基本一致，此外，北斗系统因其独特的短报文通信功能，在船舶远程位置监控、紧急报警、出入港与过闸管理等起到一定的作用。在内河高等级航道应用中，可以与公众移动通信网互为备份应用，进行船舶的远程调度通信。

三峡地区为高山峡谷地形、河道弯曲，考虑到群山遮蔽对船舶信号接收的影响，对三峡大坝与葛洲坝之间的船舶卫星信号收星情况进行了实测。实测采用了GPS、北斗、GLONASS三系统接收机，实测路线图如图1所示。

图1　三峡大坝与葛洲坝间主要航道

图2　两坝间北斗卫星信号质量图

根据图2、图3测试结果可知，在航道内的北斗卫星收星数量稳定在10颗左右，卫星信号质量良好，定位精度优于20米，进一步开展北斗及其地基增强应用后，可使得船舶达到优于米级的定位精度，对于三峡船舶安全航行有重要的意义。

图3　两坝间可用卫星数量图

3　基于北斗/GPS水上定位综合应用系统

结合现有三峡水上GPS定位综合应用系统，以及北斗地基增强系统的建设，基于北斗/GPS定位综合应用系统的结构如图4所示，系统应由管理指挥中心、地基增强伪距差分参考站、船舶终端及卫星等部分组成。

3.1 空间部分

空间部分主要指北斗卫星及其他GNSS卫星，目前我国已发射了23颗北斗卫星，随着系统的建一步建设完善，可用卫星数量将会逐步增多，地面终端可获得更好的卫星星座分布。

图4　基于北斗/GPS水上定位综合应用系统结构

3.2 北斗地基增强系统

面向船舶导航应用的北斗地基增强系统采用伪距差分的方法为船舶提供差分信息，地基增强系统的原理图如5所示。DGNSS系统采用北斗与GPS的双模系统，基准站利用高精度接收机解算伪距差分信息，生成相应格式的差分信息后经控制站发送给发射站；完善性监控站通过接收发射站播发的差分数据，与本地GNSS接收机接收的原始数据进行解算，校正发送的差分信息的完好性。

基于三峡航道船舶的应用，建议将参考站沿线建设在三峡航道开阔地段，并采用一定的无线网络向船舶兼容差分接收机播发伪距信息，船舶经解算后，可提高自身定位精度。

3.3 船载终端

基于北斗/GPS的船载终端接收机，既可以接收差分增强信号，解算高精度位置信息，进行船舶导航，又可以通过公网链路与管理指挥中心连接，将船舶动态信息、船舶过闸申请、船舶需求等信息发送给管理指挥中心。针对监控中心下发的指令，进行相应的处理，显示给船舶操纵人员以进行航行辅助。具备的主要功能包括：

（1）船位显示：对船舶位置的显示主要包括实时显示船舶的位置、时刻、航向、航速等航行信息。

（2）船位呼叫应答、自动应答：接收监控中心的即时船位呼叫时，自动向中心发送当前船位。

（3）船舶动态报告：通过公众移动通信网络，定时自动向管理调度中心报告本船动态，并在紧急情况下，发送报警信号。

（4）船舶（过闸）报告：

⊙ 手动弹出船舶报告单，按格式填写后向监控中心（船闸调度系统）发送船舶航次（过闸）报告（请求），并保存备查（过闸标记方式为6种，应该在过闸后删除清除过闸标记，只保留一条记录）。

⊙ 过闸取消：若当前船舶报告为过闸报告，则在询问确认后，向中心发送过闸取消消息，并修改过闸标记。

（5）过闸跟踪报告：针对过闸船舶，能够根据船舶当前航次的上行、下行状况，在进入相应的上行或下行报告区域时进行手工或智能报告并保存。

（6）信息接收：特殊显示接收的船闸调度系统发来的调度计划指令，并根据规则向调度系统立即发送收到确认信息。

（7）信息查询：能对收、发的信息进行分类管理，提供查询，删除，保存等功能。

3.4 管理指挥中心

管理指挥中心系统由通信服务器、应用服务器、电子江图服务器、第三方接口服务器、调度接口服务器、管理平台服务器、数据库服务器、监控终端、应急服务器、数据存储设备、网络设备等组成。中心需对入网船舶航行情况必须进行实时监控，能及时将船舶发出的遇险或故障求助信息通知相关单位和人员；能为航行船舶和分监控软件提供天气、水情、航道等各类通航信息，向调度、海事、航道、锚地等管理部门提供船舶的各类数据和船舶的动态信息；能通知、督促、协调各监控分中心进行应急救助等；能提供与分监控软件的连接和Web信息查询，满足管理业务部门对船舶即时定位、船岸信息互通的需要。

4　结束语

基于北斗及地基增强的卫星导航应用可以有效促进内河船舶的过闸通航效率，并提高船舶的定位导航精度，以此减少船舶碰撞与事故的发生。本文结合三峡航区现有GPS水上应用系统及船舶的定位导航需求，提出了基于北斗/GPS的船舶定位与过闸申报应用，有助于提升三峡航运信息安全，并提升管理部门对船舶的监管效率。

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Exploration of BDS Application in Inland River Ship Lockage Reporting System

Wang Xiaoli1， Dou Lu2， Chen Kai2
（1.Three Gorges Navigation Authority，Yichang， 443002； 2.China Waterborne Transport Research Institute， Beijing， 100088）

The paper explores the BDS precision applications in the Three Gorges of ship navigation and lockage reporting， so as to improve efficiency of the ship position monitoring， lockage reporting and vessel dispatching management.

BDS； ship； Inland River； high precision positioning； lockage reporting

图5　伪距差分地基增强系统参考站结构图

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.002

TN96 文献标示码：A

1672-7274（2016）07-0004-03

王晓莉，女，汉族，任职于长江三峡通航管理局，研究方向为通信工程。