北斗卫星导航系统在现代航海保障中的应用探讨

◎ 郑祥鑫 陈得新 交通运输部南海航海保障中心湛江航标处

1.北斗卫星导航系统在航海保障中应用的背景

北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制、自主运行的全球卫星导航系统，在国际卫星导航系统中具有重要地位，现已逐步应用于航海保障领域，促进了海上航行更加便利、安全、高效。伴随着北斗卫星导航系统与航海保障业务有机结合的不断深入，以及在国际海事航保领域标准化的逐步开展，北斗卫星导航系统迎来了应用于航海保障领域的大好前景。进一步加强北斗卫星导航系统的海上应用，是适应海事航保发展、完善海上定位导航服务安全机制的必然要求。

2.北斗卫星导航系统和航保融合的技术优势

2.1 北斗卫星导航系统自身技术优势

北斗卫星导航系统具有几大优势，一是系统功能强大，北斗三号具备导航定位和短报文通信功能，可提供定位导航授时、全球和区域短报文通信、国际搜救等服务类服务；二是系统性能指标先进，全球范围定位精度、测速精度、授时精度都达到先进水平，亚太地区性能更优；三是系统为自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强。

2020年北斗三号工程建成并开通全球服务，北斗系统运行相当平稳，性能也明显提升，在全球区域定位精度优于10米，在亚太区域性能更优。北斗三号组网卫星还进一步升级拓展，系统耗电功率大大降低，其中短报文服务容量相比之前提升了10倍，能够传输文字、语音和图片，性能得到大大提升。

2.2 北斗卫星导航系统取得的国际认可

北斗卫星导航系统是世界上被联合国认可的第三个海上卫星导航系统，纳入国际船载多系统无线电导航系统和国际搜救卫星系统。北斗卫星导航系统在实现航海保障信息化和现代化方面发挥着重要的作用，是中国航海保障事业走向世界的重要依托，也是国际履约研究的重要抓手。

3.北斗卫星导航系统在航保的应用

3.1 弥补现有遥测遥控系统弊端，实现遥测遥控终端全覆盖

遥测遥控系统已在航标领域运用多年，之前使用的航标遥测遥控终端基本是采用公网GSM和船舶自动识别系统（AIS）两种途径进行数据传输。GSM数据传输原理是利用GPS获得航标实时坐标，并利用传感器采集航标灯工作和状态参数，并以标准的短信格式通过公网GSM无线网络，将数据发送到监控中心的接收终端进行处理，航标管理人员可以通过显示界面对航标的工作状况进行全天候实时监控。AIS原理是终端设备通过GPS等设备采集航标6号、21号等报文后利用甚高频的通信方式传输到AIS基站，通过AIS内部网络发送到中心计算机上实现航标管理人员对航标的实时监控。

这两种方式各有弊端：GSM基站覆盖范围较小，在基站无法覆盖的水域内，其航标信息无法回传；AIS基站覆盖范围尽管可以达到20海里，但沿岸船舶数量增多，AIS信道日益拥堵，需要采用其他手段进行弥补。北斗系统具有定位和短信通信的功能，定位精度高，信息传输不依赖地基通讯基站，可实现航标遥测遥控数据传输和遥测遥控范围全面覆盖。目前已在辖区内开展应用。

3.2 北斗系统在RBN-DGNSS中的应用

航运是世界最广泛的运输方式之一，也属于最早应用全球导航卫星系统的领域。很长一段时间，船载差分终端普遍使用GPS系统，但是也面临卫星导航信号源单一、容易受制于人的境地。一旦GPS信号受到屏蔽，或者GPS信号受到干扰和区域限制，将会产生严重的影响。北斗卫星导航系统的不断升级完善，为推广北斗卫星导航系统在航海保障领域的应用提供了基础。

2016年年底，我国沿海的RBNDGPS台站系统改造升级为R BNDGNSS 台站系统，新系统支持DBDS、DGPS，可为海上公众用户提供更高精度的定位导航服务，满足我国沿海地区的高精度定位导航需求。同时，根据IALA R-135建议案，采用了软件参考站和完善性监测台方案，符合目前国际未来技术的发展方向，并建立了系统监控中心，实现对沿海各个RBN-DGNSS台站的远程监测和管理。

3.3 其他航海保障工作中的作用

基于北斗卫星导航系统水域环境采集的多功能航标实现了对沿海的潮汐观测、水文气象资料采集，将数据分析后提供给海上作业和航海活动。建设覆盖沿海重点水域的高精度北斗连续运行服务参考站系统（BDCORS）研究建设，更加提高了定位精度，应用于港口航道测绘和导助航设施建设等方面。通过将北斗卫星导航与船舶自动识别系统（AIS）相结合，船载北斗终端能够将船舶的AIS信息通过北斗短报文通信的方式传输至岸基系统，扩展了原有的AIS岸基系统，丰富了海事监管和航海保障的手段，延伸了北斗海上应用的范围。

4.北斗卫星导航系统的应用前景

4.1 北斗卫星导航系统的国际标准化进程和推广

基于航海活动的重要性和国际化，推广北斗卫星导航系统国际海事应用具有重要意义，在海事领域开展国际标准化工作是获得国际海事领域广泛认可和接受的先决条件，也是实现在全球航海中普及应用的重要步骤，中国海事局推动这项工作不断取得突破性进展。2014年国际海事组织下属的海上安全委员会（MSC）批准了船载北斗系统接收设备性能标准，这标志着北斗系统正式进入国际海事卫星导航系统。在2017年召开的IMO NCSR 4会议上，多系统船载无线电导航设备国际标准获得通过，北斗系统被写入海事应用的定位导航授时导则，在国际海事应用领域又向前迈出了一步。2018年召开的国际搜救卫星组织第59届理事会使北斗系统进入国际中轨道搜救卫星系统发展规划，标志着北斗系统开始加入到国际搜救卫星系统。为深入推动北斗系统船载终端的普及应用，中国可推动国内航行船舶搭载BDS船载设备，同时通过IMO平台开展国际化应用，鼓励国际航行船舶加装北斗系统，可以实现兼容BDS等多种模式的卫星导航功能，定位精度、系统稳定性和通信能力都有大幅提高，有力保障海上航行安全。

4.2 船舶应急救援，尤其是远海危险海域救援

AIS船载通信作用距离较短，对于远海中发生事故的船只无法进行有效帮助，且AIS系统无法对各种资源进行整合，救助行动受到了很多限制。如遇船舶无法向外部发送任何求救信息的情况，船舶可利用北斗卫星导航系统的定位和通信功能，自行向外界发出含有船舶动态位置和状态信息的求救信号，并可接收来自岸基发送的指令，实现自动遇险求救功能。

4.3 用于应急搜救示位

基于北斗系统的海上救生装具示位标在人员落水后能够实现设备自动启动，并将位置信息和求救信息发送出去。这种救生示位标可以方便地佩带在衣服或救生衣上，能够实时准确定位，大大缩短了搜救时间，提高了遇险者的获救几率，解决了传统海上救援方法的弊端。北斗短报文通信这项北斗导航系统独特的功能，为北斗卫星导航系统运用到海上救生增添了技术上的优势。

4.4 基于北斗卫星导航系统的无人机

北斗高精度无人机技术是利用现有北斗高精度定位、智能化操控平台、高精度传感器、全自动化操控、专业化空三数据加密等应用技术来实现的，具有高效率、低成本及高分辨率的优点。无人机技术能够有效提高通航水域的航海保障水平和效率，其获取的现场信息具有良好的现势性、时效性，最大降低人为因素的干扰，而且信息的定性、定量和定位精度高，可为近岸短距离通航管理、船舶监控增添有力的手段，对航标设施的需求调研、日常巡检、夜间巡视和拉距测试可以起到形象直观和事半功倍的效果，还可为应急反应提供现场环境数据，并通过通信功能对一般性故障进行遥控处理，极大减轻了一线工作人员的劳动压力。

5.结论

随着北斗卫星导航系统技术的不断发展和应用的不断拓展，将在我国航海保障事业中发挥越来越关键的作用。北斗卫星导航系统在航海保障领域的研究和应用，将为营造科技化、信息化和智能化的海上通航环境奠定坚实基础，能够有效提升航海保障部门的科技水平和辖区港口航道水域的航行安全水平，有助于航海保障事业转型升级，实现创新发展。