漁船上的“千里眼”和“順風(fēng)耳”

7月25日，“麥德姆”臺風(fēng)剛剛過境，“閩獅漁07252”號輪船船長張加聰就早早來到祥芝港，組裝起一臺嶄新的系統(tǒng)，為下一次出海做著準備。

這是一套依托于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新型船載終端，不僅具備海圖導(dǎo)航工作，還能實時撥接電話和發(fā)送短信，“氣象傳真機”功能使其可以儲存1萬張氣象云圖，并提供強風(fēng)警報及提示、潮汐、捕撈及魚價市場信息。

穩(wěn)定的信號和精準的定位，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)猶如為漁船裝上了“千里眼”和“順風(fēng)耳”，織就著它龐大的離陸救助安全網(wǎng)。

長江口北斗連續(xù)運行參考站系統(tǒng)投運

安裝采取主動式導(dǎo)航的北斗一代終端發(fā)射接收系統(tǒng)船舶，遇到緊急情況下，將由船舶主動將求救信息發(fā)送給懸掛在天上的GEO衛(wèi)星，提出定位申請，衛(wèi)星將求救信息傳遞到陸地衛(wèi)星控制中心，陸地中心接收信號并測算出船舶位置到兩顆衛(wèi)星的距離，將測算數(shù)據(jù)發(fā)送回衛(wèi)星，船舶接收位置信號。同時，控制中心把信息“抄送”至船舶監(jiān)控管理中心，管理中心根據(jù)求救內(nèi)容、時間、地點就近安排相關(guān)部門進行求助。

即使河流跨境，一分鐘不到，一次船舶的快速定位及自救行動就可以完成，定位精度與GPS相差無幾。并且，這項服務(wù)將全天候、高精度、實時快速提供。

“在我國尚無星基增強系統(tǒng)（SBAS）提供實時位置改正服務(wù)的情況下，對遠離大陸、沒有固定坐標基準的遠海海域，使用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是唯一正確的選擇?！苯眨袊唤萍疾扛笨偨?jīng)理、國家發(fā)改委北斗交通運輸領(lǐng)域責(zé)任專家田俊峰提出的這一論斷，得到北斗專家組的普遍認可。

單向和雙向兩種授時功能，使北斗能夠根據(jù)不同的精度要求，定時傳送最新授時信息給船舶終端，以便船舶完成與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)之間的時間誤差矯正，精確度最高可達20-100納秒。其中，單向定時服務(wù)客戶端數(shù)量沒有上限，可充分滿足遠洋船舶終端的需求。

北斗系統(tǒng)獨有的短報文通信功能僅需1秒即可完成船對船通信，120個漢字的信息對于船舶航行中的應(yīng)急救生通信也有重要價值。

2013年10月，我國自主設(shè)計、研發(fā)、建造的首個專門針對海洋應(yīng)用的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)——長江口北斗連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（BD-CORS）設(shè)計方案通過專家評審，并完成橫沙島、大戢山、蘆潮港三個參考站建設(shè)，于2014年1月1日起在長江口水域提供試運行服務(wù)。

東海航海保障中心總工程師劉嘉華表示，該系統(tǒng)覆蓋長江口黃金水道、上海自貿(mào)區(qū)及洋山深水港部分水域，為區(qū)域內(nèi)用戶提供精密定位、授時，短報文通訊等服務(wù)，是我國首個專門服務(wù)于沿海水域的北斗多基站地基網(wǎng)絡(luò)增強服務(wù)系統(tǒng)。

相對于已建成的差分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（DBDS）亞米級的定位精度，連續(xù)運行參考站系統(tǒng)作為手段更先進的地基增強技術(shù)，還擁有定位精度提升更大、播放方式更多等眾多優(yōu)勢，能更好地滿足沿海用戶對高精度導(dǎo)航定位的需求。

系統(tǒng)研發(fā)人員同時提出，長江口北斗連續(xù)運行參考系統(tǒng)建成后，將為海事管理、海道測量、水運工程、航運物流及海洋氣象等涉海領(lǐng)域提供厘米級實時三維空間定位服務(wù)，并在無驗潮水下地形測量、跨海大橋變形監(jiān)測、集裝箱智能管理等方面發(fā)揮重要作用。

GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用已基本成熟，在國內(nèi)建設(shè)和應(yīng)用從多年前就有很多成功案例，但前期主要建設(shè)和應(yīng)用主要使用國外技術(shù)，包括核心板卡、終端、系統(tǒng)軟件，都是國外產(chǎn)品。

然而，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)的進步，特別在北斗系統(tǒng)亞太區(qū)域運營后，完全自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗連續(xù)運行參考站技術(shù)目前已成熟，例如上海司南衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有限公司及和芯星通科技（北京）有限公司生產(chǎn)的北斗高精度板卡，南方測繪集團及廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司研制的北斗終端，甚至武漢大學(xué)、東南大學(xué)等高校設(shè)計的系統(tǒng)軟件，均實現(xiàn)了完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

相比較不包含北斗的其他連續(xù)運行參考站系統(tǒng)，長江口北斗連續(xù)運行參考站系統(tǒng)將在可用性、工作效率、作用距離、精度等方面有全面的提升。

基于北斗通信的AIS數(shù)字航標啟用

“船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）技術(shù)集地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、信息采集處理、無線電數(shù)據(jù)傳輸于一體，漁船助航避碰終端完全兼容，可以給船舶航行安全帶來很大保障，與電子海圖相結(jié)合，建立一個完整的、‘透明的’、互相‘看到見’的、多功能、多層次‘全天候’、‘無人值守’的海洋船舶安全監(jiān)控系統(tǒng)?！鄙虾Ｆ者m導(dǎo)航技術(shù)有限公司技術(shù)總監(jiān)黃華文告訴記者。

該技術(shù)使附近20-30海里內(nèi)航行的船舶可以感知目標的存在，達到安全預(yù)警作用。并具備附近船只的感知功能，設(shè)置對同類船只屏蔽。“這樣，在夜間或停泊中，裝有AIS系統(tǒng)船舶可以主動報警，預(yù)先采取措施，防范事故發(fā)生。遇有緊急情況，可以使用附帶報警按鍵，發(fā)布相關(guān)報警求救信息。在有基站和控制系統(tǒng)的區(qū)域，即使發(fā)生了事故，也有相關(guān)數(shù)據(jù)保存，以備事后事故分析賠償。”黃華文表示，該系統(tǒng)平時在面板上顯示GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)，還可做GPS導(dǎo)航儀使用。

在遠洋運輸船舶安全航行日益重要的今天，基于AIS基準臺站的覆蓋范圍有限，人們逐漸只能對沿海AIS基站有效范圍內(nèi)船舶實施監(jiān)控和通信。

海軍海洋測繪研究所李科認為，與傳統(tǒng)航標導(dǎo)航相比，基于北斗通信功能的AIS數(shù)字航標導(dǎo)航系統(tǒng)功能擴充更加全面，成本效益更高，并不受惡劣天氣條件影響，無需人員定期出海維護，導(dǎo)航差錯率也相對較低。

“通過將AIS接收設(shè)備和北斗用戶終端設(shè)備進行有效結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)對中遠海船舶的監(jiān)控，對海上執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動，完成應(yīng)對災(zāi)難、反恐和打擊海盜等任務(wù)都具有重要的現(xiàn)實意義?！崩羁普f。

人稱“東方多瑙河”的瀾滄江-湄公河兩岸山巒疊嶂，青翠欲滴，水面碧波蕩漾，清澈見底……然而，它的激流險灘、各種暗涌卻深深扼住了內(nèi)河航運的咽喉。

落差變化大，地形情況復(fù)雜，險灘密布，河道狹窄，沿江兩岸皆為高山和茂密的叢林，GPS信號接收受到一定限制；河道彎曲較多且彎曲半徑小，以GPS或傳統(tǒng)VHF等無線電電臺作為差分數(shù)據(jù)傳輸手段無法滿足通信要求；而且利用海事衛(wèi)星或其它衛(wèi)星通信體制，則信息費用高，運營成本也高。

這時候，北斗系統(tǒng)在赤道上空的星座發(fā)揮了獨特的作用。

“瀾滄江國際邊境河流船舶監(jiān)管系統(tǒng)”支持海事部門對航道內(nèi)的運輸船舶航行作業(yè)實施有效監(jiān)測和統(tǒng)一調(diào)度，隨時掌握每一艘船只的船位動態(tài)，對船只進行監(jiān)控、調(diào)度和管理，在航行越界、遇險和發(fā)生船難事故時，可對運輸船舶做出及時、準確的報警，幫助管理部門和救援部門實施及時的救護，而且，還能滿足船對船、船對岸上監(jiān)控中心的雙向文字通信，并且能及時地將氣象、航道信息播發(fā)到船上。

2014年5月，西沙航標處駐永興島人員對永興島綜合碼頭堤頭燈樁進行維護保養(yǎng)，將燈器更換為由我國自主研發(fā)的北斗一體化航標燈，北斗一體化航標燈首次在西沙海域啟用。新的北斗一體化航標燈集北斗模塊、天線、數(shù)據(jù)采集處理、燈器控制于一體，一體化程度高、安裝維護方便、定位準確、性能穩(wěn)定可靠。

海洋工程建設(shè)的北斗應(yīng)用

遠離大陸的人工島礁建設(shè)需要的高精度定位問題和建設(shè)監(jiān)控信息，如何能夠高效、費用低廉？茫茫大海中的跨海大橋，如何高精度定位？如何實時監(jiān)控？離岸航道疏浚，如何保證潮位控制、測量數(shù)據(jù)及時更新？如何保證施工精度？在政治敏感區(qū)域，如何保障我們的信息安全？

2008年起，中交上航局開始著手北斗系統(tǒng)研究，并接連完成《基于北斗衛(wèi)星的潮位站數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究》及《基于北斗系統(tǒng)的疏浚船舶綜合信息傳輸技術(shù)研究》，成果通過開發(fā)形成基于北斗兼容系統(tǒng)的智能疏浚綜合信息及工程船舶位置管理平臺。

中國交通建設(shè)集團有限公司科技部副總經(jīng)理、國家發(fā)改委北斗交通運輸領(lǐng)域責(zé)任專家田俊峰大膽設(shè)想，如果我們充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)短報文通信等特色優(yōu)勢，結(jié)合新一代信息技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)新應(yīng)用，通過若干應(yīng)用示范工程建設(shè)，加大北斗系統(tǒng)在海洋土木工程的應(yīng)用推廣力度，不僅可為公司生產(chǎn)運行降本增效，還可獲取新的經(jīng)濟增長方向，并帶動國家衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)市場化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

通過GPS，用戶只能知道“自己在哪”；而通過北斗，用戶還能讓別人知道“自己在哪”，每條可發(fā)送120個字的短報文，很多時候成了“救命”的法寶，比如漁民遭遇海上風(fēng)暴，按個鍵就會發(fā)出求救信號。

據(jù)悉，武漢大學(xué)2013年11月在泰國的實驗觀測發(fā)現(xiàn)，GPS自主定位精度為13米，而北斗自主定位精度可以達到3-5米，定位精度大大優(yōu)于GPS，被證實為“在赤道附近是最佳的導(dǎo)航系統(tǒng)”。田俊峰認為，在我國尚無星基增強系統(tǒng)（SBAS）提供實時位置改正服務(wù)的情況下，對遠離大陸、沒有固定坐標基準的遠海海域，使用北斗系統(tǒng)導(dǎo)航定位是唯一正確的選擇。

事實上，中交建設(shè)集團也時常在其海上項目的實際操作過程中，因應(yīng)用GPS定位發(fā)生巨大位置偏差，而不得不采用原始的人工目測來解決問題。

“相比較而言，建立基于北斗技術(shù)的項目指揮系統(tǒng)不僅能在內(nèi)外網(wǎng)實現(xiàn)普通手機與北斗手持終端間的雙向短信互通，完成北斗手持終端的自動位置上報，還可監(jiān)控到具體施工情況?！?/p>

同時，通信方面，GPS信號接收端只能被動接收衛(wèi)星信號，飛機、船舶一旦遭遇事故，只能等待GPS來搜尋自己，北斗則具有雙向通信功能，信號接收端也可以主動向衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出消息，從而實現(xiàn)其搜救功能。

田俊峰介紹，海洋土木工程投資大、風(fēng)險高、重型裝備使用量大、技術(shù)和管理難度大，工作環(huán)境遠離陸地、地質(zhì)復(fù)雜、工況惡劣、腐蝕嚴重，甚至涉及敏感地區(qū)?！凹哟笱睾：蛢?nèi)河運輸船舶、工程船舶的北斗應(yīng)用推廣力度，擁有自主技術(shù)的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位、圖文信息傳輸技術(shù)是實施海洋工程必備的技術(shù)保障手段?！?/p>

在此基礎(chǔ)上，通過北斗系統(tǒng)RDSS和RNSS雙重技術(shù)體系與兼容GPS等系統(tǒng)的多模集成應(yīng)用，并與其他無線數(shù)傳技術(shù)互補，不僅可實現(xiàn)全海域的無線數(shù)傳服務(wù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)海洋工程船舶厘米級的精準定位服務(wù)。 （供圖 / 鐘南）