北斗在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用分析

康雋永

摘 要：北斗系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具備獨特的雙向通信能力，因而在船舶動態(tài)監(jiān)控中有著巨大的應(yīng)用潛力。本文根據(jù)北斗系統(tǒng)的基本原理，分析了北斗系統(tǒng)在船舶監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用特點，闡述了應(yīng)用北斗系統(tǒng)的必要性，最后對北斗系統(tǒng)在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用進行了深入的分析。希望本文的研究可以為相關(guān)領(lǐng)域提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：北斗系統(tǒng) 船舶 動態(tài)監(jiān)控

近幾年，我國航海事業(yè)飛速發(fā)展，帶動了船舶朝著大型化、智能化和快速化的方向發(fā)展，海上交通管理變得越來越復(fù)雜，許多管理部門和企業(yè)開始尋求新的航運管理方式，通過技術(shù)手段實時獲取船舶和船員的信息，這對于管理者和船員的決策都至關(guān)重要。隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的成熟和廣泛應(yīng)用，通過北斗系統(tǒng)對船舶進行動態(tài)監(jiān)控已成為一種趨勢。本文將對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用進行深入分析。

1.北斗系統(tǒng)的基本原理

從2003年第三顆北斗衛(wèi)星發(fā)射成功開始，我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS）正式進入大規(guī)模應(yīng)用階段。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)不僅為用戶提供了精準(zhǔn)定位功能，還兼顧了強大的數(shù)據(jù)通信功能。經(jīng)過多年的發(fā)展，北斗系統(tǒng)已經(jīng)在航空航天、航海、交通運輸、氣象、森林防火、通信、國防等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。

在定位導(dǎo)航上，北斗系統(tǒng)首先確定A、B、C三點的空間位置，如果待測點D到上述三點的距離均己知，那么就可以精確定位D點的位置。一般來說，北斗還提供了一顆修正衛(wèi)星以保證定位精度。在授時服務(wù)上，北斗的授時精度約為50nS，使北斗具備了支持遠程打擊武器及遠詳船舶航行的能力。北斗還提供了特殊的短報文通信能力，實現(xiàn)了終端之間或者終端與控制中心之間的雙向通信。北斗的這種短報文通信無需依賴于第三方系統(tǒng)，可以完成獨立組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信，是實質(zhì)上的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

2.北斗系統(tǒng)的應(yīng)用特點

在航海領(lǐng)域，無論是船員還是還是船務(wù)企業(yè)，都對船舶的實時信息有著強烈的需求。一方面，對于船舶自身的航行而言，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，船舶的操作人員必須根據(jù)周邊情況對船舶的前進路線、船舶速度等航行狀態(tài)進行動態(tài)的調(diào)整，以保證船舶的安全；另一方面，對于船務(wù)企業(yè)而言，由于大量的船只同時處于活動狀態(tài)，管理人員必須快速掌握每一艘船的航行情況、所在位置、貨物信息和船員信息，以便更好地跟蹤相關(guān)業(yè)務(wù)的進展，從而高效決策，提升經(jīng)濟效益。但是，這些信息往往是需要保密的，不允許第三方企業(yè)或其它國家以非法手段進行竊取。

傳統(tǒng)的AIS技術(shù)是最早用于船舶動態(tài)監(jiān)控的技術(shù)，但AIS技術(shù)的實現(xiàn)是基于GPS定位信息的。北斗系統(tǒng)由于采用了雙向數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，因而是船舶遠程監(jiān)控技術(shù)的一次革命。在定位方式上，北斗與GPS等定位系統(tǒng)十分相似，它為民用領(lǐng)域提供了10米的定位精度，完全滿足遠洋船舶的航行需求。在測速的應(yīng)用上，北斗提供了0.2米/秒的測速精度，通常來說，船舶在港口航行的速度在20節(jié)以下，顯然北斗系統(tǒng)也是適用的。與GPS等系統(tǒng)不同，北斗系統(tǒng)首次實現(xiàn)了短報文通信，也就是導(dǎo)航系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通信。這為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用提供了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.北斗技術(shù)應(yīng)用的必要性

導(dǎo)航是航海領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，在北斗系統(tǒng)誕生之前，美國的GPS系統(tǒng)在我國得到了極為廣泛的應(yīng)用，占據(jù)了我國導(dǎo)航定位的幾乎所有市場。然而GPS是美國研發(fā)的民用軍用一體化高科技系統(tǒng)，我國不具有相應(yīng)的知識產(chǎn)權(quán)，在敏感時期使用GPS系統(tǒng)將使我國陷入十分被動的局面。北斗系統(tǒng)的正式投入運行，為我國自主導(dǎo)航技術(shù)的開發(fā)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。船舶的航行安全，尤其軍艦等特殊船只的航行，必須采用先進的技術(shù)手段進行導(dǎo)航、定位和監(jiān)測。從國家安全和核心技術(shù)突破的角度上看，采用北斗系統(tǒng)對船舶的動態(tài)情況進行遠程監(jiān)測，是我國發(fā)展航海事業(yè)、保護船舶航行、保障國家安全的必然選擇。

4.北斗在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用分析

4.1系統(tǒng)架構(gòu)分析

北斗在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在船舶動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。目前大部分系統(tǒng)的總體架構(gòu)上都采用了C/S和B/S相結(jié)合的模式，以數(shù)據(jù)接收模塊為上層，以數(shù)據(jù)的編碼解決模塊為中間層，以數(shù)據(jù)庫為低層，用戶通過桌面瀏覽器即可登錄系統(tǒng)查看船舶動態(tài)監(jiān)控信息。接收模塊的作用是負責(zé)接收AIS和北斗發(fā)來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)編碼解碼模塊可以完成對發(fā)送數(shù)據(jù)的編碼和接收數(shù)據(jù)的解碼，然后通過船舶識別碼進行數(shù)據(jù)整合，分別將最終的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫和界面展示。界面展示中我采用WEB電子海圖顯示技術(shù)，并通過顏色來區(qū)分不同的數(shù)據(jù)。用戶還可以通過界面與系統(tǒng)進行交互，向系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的預(yù)警或者引航信息。另外，監(jiān)控顯示系統(tǒng)還集成了與船舶航行有關(guān)的其它參數(shù)，例如港區(qū)的風(fēng)速、能見度、溫濕度等。

4.2硬件系統(tǒng)分析

盡管北斗系統(tǒng)可以實現(xiàn)對船舶的導(dǎo)航、定位、通信和動態(tài)監(jiān)控等功能，但目前仍未達到統(tǒng)一安裝的階段，即北斗系統(tǒng)是一套商用系統(tǒng)，只有需要相關(guān)服務(wù)的船舶才會配套該系統(tǒng)。因此，引航員和船務(wù)企業(yè)要實現(xiàn)對船舶的動態(tài)監(jiān)控，必須攜帶或安裝相關(guān)的硬件設(shè)備，也就是北斗導(dǎo)航終端模塊。北斗導(dǎo)航技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的GPRS技術(shù)受到逐步淘汰。由于北斗導(dǎo)航終端是按照便攜式的標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計的，因此其體積和重量一般都設(shè)計得比較輕巧，以方便引航員隨身攜帶。終端導(dǎo)航程序可以直接在平板電腦上運行，無需專用的計算機或服務(wù)器，進一步提高了系統(tǒng)的實用性。船舶的信息通過北斗系統(tǒng)發(fā)送出去之后，需要由監(jiān)控中心進行處理，監(jiān)控中心一般建設(shè)在航站調(diào)試中心內(nèi)部，可以實現(xiàn)同時接收處理多艘船舶的監(jiān)控信息，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和統(tǒng)一的管理。

4.3通信協(xié)議分析

北斗衛(wèi)星通信協(xié)議可以采用不同的方式，但許多廠商為了設(shè)備的通用化，一般會采用國際標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，使北斗終端可以與其它第三方平臺進行靈活的數(shù)據(jù)傳輸，例如RS232串口通信協(xié)議是最常采用的通信協(xié)議之一。北斗的短報文通信和傳統(tǒng)的AIS信號有一定的相似之外，它通常分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息，其中靜態(tài)信息包括船舶的MMSI號、船寬、呼號、英文船名、船長姓名、國籍等，動態(tài)信息主要是指船舶的位置信息，例如船舶所在的經(jīng)緯度、高度、航行速度、航行方向等。但是，為了保證系統(tǒng)性能和避免資源浪費，北斗系統(tǒng)當(dāng)前提供的短報文傳統(tǒng)服務(wù)是有限制的，因此在實際應(yīng)用中，靜態(tài)數(shù)據(jù)的通信間隔一般不小于10分鐘，部分船舶靜態(tài)資料也可以通過船舶的MMSI號在其它平臺中獲取。對于動態(tài)數(shù)據(jù)，民用的北斗終端一般采用1分鐘1次的通信頻率，對于非港區(qū)航行的船舶而言，該頻率還可以進一步調(diào)整。然而，作為一套未達到完全成熟的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃苑矫孢€有待提高，短報文通信的丟碼率仍然處于較高水平，單報文發(fā)送時的丟包概念約為十萬分之一，如果是大量數(shù)據(jù)同時傳輸，丟包的概率還會增加。因此，在實際的應(yīng)用中一般會加入數(shù)據(jù)驗證和重發(fā)機制，以確保船舶監(jiān)測的連續(xù)性。

5.結(jié)語

隨著我國對海洋資源和航運的重視，海上或港口的船舶數(shù)量必然會不斷上升，船舶的管理難度將日益加大。北斗系統(tǒng)的應(yīng)用是解決船舶遠程管理的重要技術(shù)手段。十多年來，北斗系統(tǒng)不斷得到發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴張。根據(jù)國家總體部署，到2020年，北斗系統(tǒng)將實現(xiàn)全球覆蓋，新的技術(shù)也將得到應(yīng)用和驗證。這些發(fā)展都為船舶的動態(tài)監(jiān)控提供了更加有利的條件，必將更好地促進航海航運事業(yè)的快速發(fā)展，大大提高船舶航行的安全性。

參考文獻：

[1]陳揚，吳海樂.北斗系統(tǒng)在全球海上航運領(lǐng)域的應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2019（04）：16-18.

[2]石慧頻.基于北斗的智慧船舶服務(wù)系統(tǒng)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展， 2019 （03）： 54-56.

[3]焦永強，高炎，劉昆.基于北斗衛(wèi)星的遠海施工船舶精準(zhǔn)定位和信息化管理[J].港口科技， 2019（01）：25-28.

[4]尹冬梅.基于北斗衛(wèi)星的艦船監(jiān)控與海域交通流量控制系統(tǒng)開發(fā)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018， 40（18）： 43-45.