孫強(qiáng)，洪劍，顧海超

（1.上海埃威航空電子有限公司，上海 200233；2.海軍902廠，上海 200083）

技術(shù)研究

基于北斗的船舶應(yīng)急搜救系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫強(qiáng)1，洪劍2，顧海超1

（1.上海埃威航空電子有限公司，上海 200233；2.海軍902廠，上海 200083）

隨著航海事業(yè)的發(fā)展，航運(yùn)的安全性顯得越來越重要?；诒倍返拇皯?yīng)急搜救系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位和短消息通信功能實(shí)現(xiàn)了遇險(xiǎn)船舶的快速定位與搜救?？捎行岣咚丫刃?，降低人員財(cái)產(chǎn)損失。系統(tǒng)自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，特別適合安全或涉密單位應(yīng)用。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；BD-EPIRB；應(yīng)急搜救

1 引言

隨著航海事業(yè)的日益發(fā)展，航運(yùn)的安全性顯得越來越重要。搜救的準(zhǔn)確性和及時(shí)性至關(guān)重要，根據(jù)NTSB（美國運(yùn)輸安全委員會(huì)）研究，遇險(xiǎn)8小時(shí)內(nèi)獲救，遇難幸存者有60%的生存機(jī)會(huì)，48小時(shí)后，生存機(jī)會(huì)為10%。

目前，國際上普遍使用的船舶應(yīng)急搜救系統(tǒng)是全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS-SARSAT），該系統(tǒng)于1979年由美國、前蘇聯(lián)、法國和加拿大四國聯(lián)合建立，在全球范圍內(nèi)提供有效的搜索與救援服務(wù)。COSPAS-SARSAT由遇險(xiǎn)示位標(biāo)、衛(wèi)星星座和地面分系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。船舶上配備航海用緊急無線電示位標(biāo)（EPIRB），工作頻率為406MHz。當(dāng)船舶遇險(xiǎn)后，EPIRB可以通過人工或者自動(dòng)啟動(dòng)，發(fā)出遇險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后，由遍布全球的本地用戶終端（LUT）接收并計(jì)算出遇險(xiǎn)目標(biāo)的位置，隨后經(jīng)國際通信網(wǎng)絡(luò)通知遇險(xiǎn)地區(qū)的相關(guān)搜救部門進(jìn)行搜救。COSPAS-SARSAT自從1982年開始運(yùn)營以來，已逐漸發(fā)展成為一個(gè)全球性的搜救組織，在搜救領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。截止2007年底，共接警6 766次，營救24 798名遇險(xiǎn)人員，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中發(fā)揮重要作用的同時(shí)也為相關(guān)搜救設(shè)備廠家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。

COSPAS-SARSAT是由西方國家建立和運(yùn)營，不具備保密能力，在我國軍事及其他涉密情況下不便使用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。因其獨(dú)具的快速定位和短消息通信能力，特別適合搜救應(yīng)用。建設(shè)和運(yùn)營基于北斗系統(tǒng)的搜救系統(tǒng)可對(duì)遇險(xiǎn)目標(biāo)快速定位，提高搜救效率。同時(shí)，系統(tǒng)完全自主運(yùn)營，可解決涉密單位的搜救需要。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于北斗的船舶應(yīng)急搜救系統(tǒng)由基于北斗的船舶應(yīng)急示位標(biāo)（BD-EPIRB）、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及岸基搜救系統(tǒng)（包括搜救任務(wù)控制中心、搜救中心等）等組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于北斗的船舶應(yīng)急搜救系統(tǒng)

船舶發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可手動(dòng)激活或落水后自動(dòng)激活北斗應(yīng)急示位標(biāo)（BD-EPIRB），通過北斗短消息向岸基系統(tǒng)發(fā)送遇險(xiǎn)求救信息，信息內(nèi)容包括船舶身份識(shí)別號(hào)、險(xiǎn)情類型、位置信息等。遇險(xiǎn)求救信息經(jīng)北斗衛(wèi)星地面站接收后通過專用線路發(fā)送到搜救任務(wù)控制中心，搜救任務(wù)控制中心解析遇險(xiǎn)求救信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到距離遇險(xiǎn)位置最近的搜救中心，由搜救中心安排搜救船舶或搜救直升機(jī)開往遇險(xiǎn)地實(shí)施搜救。

2.2 基于北斗的船舶應(yīng)急示位標(biāo)

基于北斗的船舶應(yīng)急示位標(biāo)（BD-EPIRB）由BD-EPIRB主機(jī)及浮離式外殼組成，如圖2所示。

圖2 BD-EPIRB

BD-EPIRB主機(jī)安裝在外殼內(nèi)，受外殼保護(hù)。浮離式外殼上安裝了靜水壓力開關(guān)。當(dāng)船舶遇險(xiǎn)時(shí)，BD-EPIRB落水后靜水壓力開關(guān)自動(dòng)觸發(fā)打開浮離式外殼，并釋放出BD-EPIRB主機(jī)，BDEPIRB主機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)工作。BD-EPIRB主機(jī)也可手動(dòng)從外殼中取出，并啟動(dòng)工作。

BD-EPIRB主機(jī)由天線模塊、北斗RDSS收發(fā)模塊、北斗RNSS/GPS雙模定位模塊、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）模塊、信息處理模塊、接口與電源管理模塊、電池、觸發(fā)開關(guān)等組成，如圖3所示。

圖3 BD-EPIRB主機(jī)原理框圖

其中，天線模塊由北斗RDSS收發(fā)天線、北斗RNSS B1/GPS L1雙模天線以及VHF天線組成。北斗RDSS模塊具有短消息通信和有源定位功能，北斗RNSS/GPS雙模模塊具有雙模定位功能，AIS模塊具有AIS發(fā)射功能。電池采用大容量一次性鋰電池，定期更換。

BD-EPIRB啟動(dòng)后，通過北斗RDSS短消息將遇險(xiǎn)報(bào)警信息（包括：身份識(shí)別碼、位置信息、險(xiǎn)情信息等）定時(shí)發(fā)送岸基搜救系統(tǒng)，同時(shí)啟動(dòng)AIS發(fā)射，通過AIS將遇險(xiǎn)報(bào)警信息向遇險(xiǎn)地點(diǎn)周圍發(fā)射。岸基搜救系統(tǒng)接收到報(bào)警信息后，可組織實(shí)施搜救，遇險(xiǎn)地點(diǎn)周圍船舶接收到報(bào)警信息后，也可立刻組織搜救。

2.3 岸基搜救系統(tǒng)

岸基搜救系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星地面站、搜救任務(wù)控制中心、搜救中心等組成。北斗衛(wèi)星地面站、搜救任務(wù)控制中心、搜救中心通過專網(wǎng)互聯(lián)，同時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)連接移動(dòng)通信公網(wǎng)、AIS岸基系統(tǒng)、海事通信電臺(tái)、水文/氣象信息發(fā)布單位等。北斗衛(wèi)星地面站接收遇險(xiǎn)報(bào)警信息，并通過專網(wǎng)推送到搜救任務(wù)控制中心。移動(dòng)通信公網(wǎng)、海事通信電臺(tái)為搜救任務(wù)的組織實(shí)施提供通信手段，AIS岸基系統(tǒng)提供遇險(xiǎn)搜救現(xiàn)場的船舶信息。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

（1）搜救任務(wù)控制中心

搜救任務(wù)控制中心是岸基搜救系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)，主要完成信息的獲取、處理、分發(fā)等功能，由船舶數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、GIS服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、北斗指揮機(jī)及值班席位等組成。其中，船舶數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署船舶信息數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)注冊船舶信息；通信服務(wù)器部署通信管理程序，管理與AIS岸基系統(tǒng)、海事通信電臺(tái)等系統(tǒng)的通信；GIS服務(wù)器部署電子海圖數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)電子海圖數(shù)據(jù)；應(yīng)用程序服務(wù)器部署搜救應(yīng)用程序；北斗指揮機(jī)一方面作為接收遇險(xiǎn)報(bào)警信息的備份方案，與北斗衛(wèi)星地面站推送的數(shù)據(jù)形成備份，另一方面作為與搜救現(xiàn)場溝通協(xié)調(diào)的備用通信設(shè)備。

（2）搜救中心

搜救中心具體組織實(shí)施搜救行動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)與搜救任務(wù)控制中心互聯(lián)，獲取遇險(xiǎn)報(bào)警信息、水文氣象信息、AIS船舶信息等信息，綜合各類信息，指導(dǎo)搜救任務(wù)的實(shí)施。

2.4 系統(tǒng)流程圖

圖4 岸基搜救系統(tǒng)架構(gòu)

船舶遇險(xiǎn)時(shí)，BD-EPIRB自動(dòng)或手動(dòng)激活，通過北斗短消息發(fā)送遇險(xiǎn)報(bào)警信息，遇險(xiǎn)報(bào)警信息經(jīng)北斗衛(wèi)星地面站接收并推送到搜救任務(wù)控制中心。搜救任務(wù)控制中心解析信息，通過與船舶數(shù)據(jù)庫信息比對(duì)，識(shí)別船舶型號(hào)、噸位等信息，并將相關(guān)信息存儲(chǔ)和顯示。同時(shí)，搜救任務(wù)控制中心將從AIS岸基系統(tǒng)獲得的AIS船舶信息、水文氣象信息與報(bào)警信息一起分發(fā)給指定搜救中心，由搜救中心實(shí)施搜救。搜救中心在完成搜救任務(wù)后可將搜救結(jié)果反饋給搜救任務(wù)控制中心。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于北斗的船舶應(yīng)急搜救系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位和短消息通信功能，為船舶應(yīng)急搜救提供了切實(shí)可行的解決方案?；诒倍返拇皯?yīng)急搜救系統(tǒng)具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，必然在船舶領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。

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北斗走向國際化

日前，由中國衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)主辦的中國衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)論壇在上海舉行，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其在本次論壇上表示，北斗系統(tǒng)正式取得國際海事應(yīng)用的合法地位，成為繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后，第三個(gè)被國際海事組織認(rèn)可的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗系統(tǒng)正式取得國際海事應(yīng)用合法地位

2014年初，國家標(biāo)準(zhǔn)委和北斗系統(tǒng)管理辦公室聯(lián)合成立了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，在國家層面實(shí)現(xiàn)了北斗標(biāo)準(zhǔn)化工作的歸口管理。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作已經(jīng)啟動(dòng)。同時(shí)，聯(lián)合中國民航局、中國海事局、工信部，正在積極推進(jìn)北斗進(jìn)入國際民航組織、國際海事組織和第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目框架工作。

2014年5月，船載北斗導(dǎo)航接收機(jī)設(shè)備性能標(biāo)準(zhǔn)通過國際海事組織的審議，以決議形式向各成員國發(fā)布。2014年11月，北斗系統(tǒng)服務(wù)性能獲得國際海事組織批準(zhǔn)，以通函的形式向各成員國發(fā)布。這標(biāo)志著北斗系統(tǒng)成為繼美國GPS、俄羅斯GLNOASS之后，第三個(gè)被國際海事組織認(rèn)可的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也意味著北斗系統(tǒng)已經(jīng)正式取得國際海事應(yīng)用的合法地位，具備了進(jìn)入海運(yùn)業(yè)應(yīng)用的條件。

積極推進(jìn)北斗國際化合作發(fā)展

北斗系統(tǒng)國際化工作緊密結(jié)合國家外交大局，分層次有步驟務(wù)實(shí)推動(dòng)北斗的國際化發(fā)展。中俄衛(wèi)星導(dǎo)航合作已成為兩國元首會(huì)晤的常設(shè)議題。在2014年10月，李克強(qiáng)總理、汪洋副總理出訪俄羅斯，促成了中俄衛(wèi)星導(dǎo)航重大戰(zhàn)略項(xiàng)目合作委員會(huì)的成立，簽署了中俄衛(wèi)星導(dǎo)航合作諒解備忘錄。2014年5月，舉行了首次中美衛(wèi)星導(dǎo)航會(huì)談，建立北斗與GPS常態(tài)化的合作機(jī)制，簽署了兩系統(tǒng)的合作聲明。同時(shí)我們正在積極深化中巴、中泰合作。在巴基斯坦、泰國、韓國舉行了北斗亞太行、東盟行的有關(guān)活動(dòng)，中巴合作項(xiàng)目正在順利實(shí)施。北斗國際化工作已經(jīng)成為國家外交的一個(gè)新亮點(diǎn)。

Emergency Rescue System Design based on Beidou Marine

Sun Qiang1, Hong Jian2, Gu Haichao1
（1.ShangHai Advanced Avionic CO. Ltd. , Shanghai, 200233; 2.Naval 902, Shanghai, 200083）

With the development of navigation, the safety of shipping is more and more important. Emergency rescue system based on Beidou Marine uses Beidou satellite navigation system positioning and short message communication function to achieve the rapid positioning and searchrescue ship in distress. The system can effectively improve the efficiency of search and rescue, at the same time it can reduce the losses of property. The system is independent research and development. It has completely independent intellectual property rights, especially suitable for application in security or classifed units.

Beidou satellite navigation system; BD-EPIRB; Emergency rescue

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.12.002

TN96文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2014）12-0012-04