基于北斗安全定位的航道巡航管理服务系统

付勇 江西省赣江船闸通航中心

自从GPS系统投入应用到民用导航后，世界进入了卫星导航定位时代。我国水运行业及时引入该系统提供水运导航服务，还基于该系统尝试开发了水上运输远程信息化巡航系统，迎来水上运输远程信息化巡航管理时代。然而一段时间以来，中东伊核纷争导致地区GPS信号突然中断，尤其在国内企业华为芯片危机中，国人前所未有地感受到了因关键技术短板，随时有可能面临被技术“掐脖子”的危机。值得庆幸是，2020年6月23日，我国北斗卫星导航系统基础网全部组建实现，预示着更自主、更安全、更有精确度、服务功效更优化的我国水运导航服务时代的到来。为此本文探析基于北斗系统打造自主安全完善的水上运输远程信息化巡航应用系统。

1.水上运输远程信息化巡航概念述略

传统船只驾驶多依靠航标或者船长日常经验。在航标漂移、夜间能见度不理想、航道航线因故一定程度变化等非正常情况下，仅靠水上经验不能够有效应对，远程信息化巡航于此可以助一臂之力。水上人员借助远程信息化巡航系统，对航线、航标以及水上无线电通信基础进行巡查，及时掌握和通报相关情况，对水上维护及救援起到了积极的促进作用。远程信息化巡航系统也可以是水上行政执法、运政检查、资费稽查、抢险救助的信息支撑平台。远程信息化巡航可分为：远程感知、状态判别、分析决策、发起执行和反馈回访等基本功能环节。前端基础数据来自于每个目标装配的感受器，获得即时最新数据信息；由总台系统自动分析判别所接收信息，对航行船只、船员等状况开展检查；根据法规、预案给出处理意见，提供安全服务；执行一般包括提示整改、现场处罚以及重点追踪；反馈是搜集检查执行功效并及时向相关部门反馈。

远程信息化巡航系统平台要满足如下功能需求：船只定线制秩序、船只靠码头秩序、客渡运秩序、船只过桥区秩序、船只警戒秩序、船只超载、锚地状态、风险货物控管、大雾大风及枯洪水位等。借助模拟巡航技术，完成船只信息数据上传至专网，及时获得船只的基本信息，形成船只巡航报告并给出处理意见。借助分隔线技术完成线制监控，有效监督规范应用航路。借助边界线监管技术，加强浅滩区域、警戒区域、锚泊区域、施工区域、渡口区域、过桥区域以及特别监管区域监查管控。集成推送气象和水文信息，提供恶劣气象预警。借助领域值技术完成在航船只安全预警避免船只碰撞、超越及并行。

2.基于GPS的水上运输远程信息化巡航系统的短板

应用了GPS技术的水上运输远程信息化巡航，内水海事部门常借助某些技术手段，例如AIS、GPS、船只CCTV闭路电视以及VTS交通服务系统等以监控船只动态部位。AIS系统是依靠GPS开展船只定位。GPS船只监控系统通常由各地方港务专业部门、水运企业等有关单位采购相对成熟的产品，通常依靠2GBG网格回传所在的方位数据，最终汇总至海事部门的船只监控系统。借助GPS系统，CCTV与VTS实施同步监控。航线与卫星导航有关的业务包括航线疏浚、航标维护、电子航线图、航线测绘等。其中航线测绘通常选用SBAS星基提高系统技术与RTK相位差分技术，定位精确度最高可到cm级；航线疏浚、航校准位通常选用CPS差分伪距定位技术，通常定位精确度是m级。但是它们存在以下问题：

（1）终端定位精确度不高：船只和港口码头GPS定位精确度通常10～15m，如果定位精确度不高会造成报警失误频发。在船上配置的AIS船载终端，因为定位精确度不高，亦频繁的发生误报船只碰撞预警信息，因此终端船只避碰功能通常均处在关闭状况。当内水海事部门选用AIS系统开展监管船只时，由于避碰预警功能通常亦处在关闭状况，故不能有效发挥其正常作用。

（2）安全自主性受限。为保障其本身的安全及利益，美国政府对特殊状态下GPS系统，采取了有关限制使用的政策，诸如变更CA码、减少定位精确度、范围性关闭等。假如我们过度依靠GPS服务，如果遭到恶意控制或者关闭，那么船只导航服务将会存在瘫痪隐患。内水船载终端大多选用的是电子示意图，相对于涉密数据的管理存在一定问题，维护更新困难较大。

（3）在港口码头应用中，船只引航、集装箱定位、靠离泊均需要高精确度导航定位为支撑，但是由于港口技术条件、码头环境等问题的影响，导致该技术的全面性相对不是很成熟，很难大规模进行推广。差分信号源为，已经建设运行的GPS差分参考站亦或国外相关SBAS业务公司，由于须使用差分提高服务，故须每年支付服务费用。

3.基于北斗的水上运输远程信息化巡航系统构建设想

水上运输远程信息化巡航是国土安全、公共安全、国防安全及经济安全的战略威慑基础资源及重大技术支撑。在关于国家安全的重要领域完成北斗对GPS的全面代替，在全行业完成北斗的普及应用，是形势发展的趋向。远程信息化巡航系统平台的重点是：

（1）应用北斗系统创建水上运输远程信息化巡航系统。基于我国北斗技术，综合运用地理信息GIS系统，船只自动识别AIS系统、船只交通管理V TS系统、闭路电视监控CCTV系统、气象信息WIS系统、共享水位信息WLS系统等，配套海事数据网上中心，充分发挥每个系统的功能，构建统一的巡航监控预警平台。

（2）整合业务数据。由于海事业务数据来源不统一，故数据繁多复杂，为使远程信息化巡航系统基础数据可以更加准确，系统借助挖掘技术与数据分析，对海事业务数据开展有效的整合以及抽取也是重要的一环。船只所处坐标数据是远程信息化巡航系统中，即时监控、分险预警以及提供水上救援的重要依据数据，我们依据北斗技术，并非是把GPS系统技术彻底给予排斥，而是需考虑综合应用。依照IMO国际海事部门需求，船载接收机应设置最低2套单独的导航系统。船只所处坐标定位数据是非常重要的，应当北斗数据、GPS数借以及其它系统数据融合兼容得到，保证船只数据的精准性及唯一性，船只所处坐标数据的有机融合是远程信息化巡航系统重要技术组成部分。

（3）增强局部海事电子航行参考图研究开发。远程信息化巡航系统要完成真正意义上的实时远程巡查及安全预警功能，一定要实现紧密结合海事监管业务密切结合的电子航海参考图，经过二次开发已经有电子江图，进而海事监管数据更加完善，为远程信息化巡航系统提供有效空间数据支承。如有关危险品码头地理部位及标识，船只定线制规定等。

（4）在船岸通信应用中发挥北斗短信作用。其它导航系统多处于发展导航通信功能，北斗水运短信通信能够成为船只预警信息发布的一种手段，尤其在盖覆不理想的移动通信信号情况下，发挥着更为重要的作用。北斗水运短信通信不会到受通信距离影响，其短消息返回功能还允许辅助信息发布者，对预警信息发布的功效进行评估，比FM、VHF等单向通信手段具有更多优势。

（5）建立安全预警服务。经过建立安全监控服务机构，对违章航行船只开展即时检测，当航行船只存在安全风险或者违反航行规定时，经过该服务能适时提醒航行船只或者值班人员。海事水上运输管理机构利用远程信息化巡航实施巡航检查，即时监控船只作业、停泊和航行秩序，完成对船只的信息服务、违法处置、安全预警、航迹跟踪等功能。

4.结语

我国北斗定位导航系统的成功组网和行业信号落地应用，为打造自主安全的水上运输远程信息化巡航管服系统，提供了坚实的导航技术基础与信息服务能力。在水运领域北斗将逐渐代替GPS成为航运安全管理和服务标配，技术具备，也是紧迫技术需要。伴随北斗系统不断提高技术能力和专项应用开发的推进，水运领域远程信息化巡航管理及服务必将迎来高精确度应用时代，将为水上运输、船只、港口码头等远程信息化巡航带来全新的应用与体验。伴随北斗全球系统及其提高系统的功能完善，在水运管理领域，北斗代替CPS是势在必行。