徐明強(qiáng)， 劉嘉華， 俞 毅， 劉 輝

(東海航海保障中心， 上海 200086)

應(yīng)用北斗系統(tǒng)提升水上應(yīng)急反應(yīng)能力

徐明強(qiáng)， 劉嘉華， 俞 毅， 劉 輝

(東海航海保障中心， 上海 200086)

為有效提高我國水上應(yīng)急反應(yīng)體系的應(yīng)急反應(yīng)能力，需著力提升應(yīng)急時間、提高目標(biāo)定位精度、增強(qiáng)各部門的協(xié)調(diào)能力。對此，將我國現(xiàn)有的水上應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)和產(chǎn)品與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，相繼組織開發(fā)出北斗應(yīng)急示位標(biāo)、北斗個人求生設(shè)備、北斗AIS一體機(jī)、北斗船載接收機(jī)、北斗高精度連續(xù)定位系統(tǒng)及北斗數(shù)據(jù)傳輸終端等不同類型的導(dǎo)航終端產(chǎn)品，形成多功能、多層次和多形態(tài)的終端產(chǎn)品型譜。最終形成以北斗技術(shù)為支撐、航海數(shù)據(jù)收集全覆蓋、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、位置信息精準(zhǔn)、信息安全可靠和應(yīng)急指揮順暢的水上應(yīng)急管理體系。研究和實踐結(jié)果表明：基于北斗系統(tǒng)的信息技術(shù)平臺能有效提升水上應(yīng)急反應(yīng)能力。

北斗； 設(shè)備； 應(yīng)急反應(yīng)； 能力

Abstract: The maritime emergency response system of China needs to improve in the responding time, the locating accuracy and the service coverage. The Beidou satellite navigation system featuring functions of communication, positioning and timing is a good choice to effectively improve the emergency response capacity. Combining with the water emergency response technology and the functions of the Beidou navigation system, the Donghai Navigation Guarantee Administration has developed a series of products, including Beidou emergency position indicating beacon, Beidou personal life-saving equipment, Beidou AIS all-in-one machine, Beidou ship borne receiver, continuous operational reference system based on Beidou, Beidou data transmission terminal and other different types of navigation terminal products based on the Beidou satellite navigation system. The series of products can satisfy the requirements of different application levels. The further development will be focused on constructing a Beidou supported maritime emergency management system which covers whole service area functioning navigation data acquisition, stable data transmission, accurate positioning, safety information exchanging, and smooth emergency commanding.

Keywords: Beidou; equipment; emergency response; capability

2015年6月1日，重慶東方輪船公司所屬的由南京開往重慶的“東方之星”號客船在航行至湖北省荊州市監(jiān)利縣長江大馬洲水道時遭遇突發(fā)性強(qiáng)對流天氣而翻沉，除12人生還之外，其余442人全部遇難?！妒录{(diào)查報告》[1]明確指出，應(yīng)“加強(qiáng)內(nèi)河航運(yùn)安全信息化動態(tài)監(jiān)管和應(yīng)急救援能力建設(shè)”，“充分發(fā)揮信息技術(shù)在提高安全防范和應(yīng)急反應(yīng)能力方面的重要作用”。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡稱“北斗系統(tǒng)”)是我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在航海領(lǐng)域積極開展北斗定位、導(dǎo)航、授時及通信的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)北斗技術(shù)在航海領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，可實現(xiàn)我國水上應(yīng)急反應(yīng)能力的顯著提升。

1 北斗系統(tǒng)現(xiàn)狀

北斗系統(tǒng)的基本服務(wù)區(qū)范圍為55°E～180°E，55°S～55°N，覆蓋區(qū)域包含我國及我國周邊地區(qū)、南海及東南亞地區(qū)和澳大利亞，定位精度10 m，高程10 m，授時精度50 ns，測速精度0.2 m/s。我國領(lǐng)土區(qū)域為重點(diǎn)服務(wù)區(qū)，區(qū)域內(nèi)用戶除了可使用北斗系統(tǒng)進(jìn)行定位、測速及授時之外，還可利用衛(wèi)星進(jìn)行短報文通信。

2 北斗系統(tǒng)在水上應(yīng)急反應(yīng)體系中的應(yīng)用

北斗系統(tǒng)在水上應(yīng)急反應(yīng)體系中的應(yīng)用范圍非常廣泛，與水上應(yīng)急反應(yīng)相關(guān)的數(shù)據(jù)資源中，約有70%的數(shù)據(jù)與船舶位置及精確時間密切相關(guān)。北斗系統(tǒng)具有定位、授時和通信三大核心功能，能將船舶和應(yīng)急反應(yīng)平臺置于統(tǒng)一的高精度時空框架內(nèi)，必將在提升水上應(yīng)急反應(yīng)能力建設(shè)方面發(fā)揮重要作用。[2]

2.1提高水上應(yīng)急反應(yīng)體系的響應(yīng)速度

將北斗系統(tǒng)的通信功能應(yīng)用于船舶遇險報警中，能確保水上遇險信息的及時性和準(zhǔn)確性。[3]北斗系統(tǒng)具備雙向通信功能，具有定位精度高、覆蓋范圍廣、可靠性高和通信保密性強(qiáng)的顯著優(yōu)點(diǎn)，能極大地提高水上搜救效率，進(jìn)一步提升水上應(yīng)急反應(yīng)能力。[4]

2.2提高水上應(yīng)急反應(yīng)體系的位置精度

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)能提供沿海、內(nèi)河北斗差分服務(wù)和高精度的連續(xù)定位服務(wù)，實時定位精度從米級至厘米級，構(gòu)成北斗系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)可為沿海水域及內(nèi)河水域提供三維、實時、高精度的定位服務(wù)[5]，可在水上應(yīng)急反應(yīng)中為遇險船舶和救援船舶提供高精度的位置數(shù)據(jù)，大幅度提升救援能力[6]。

2.3提高水上應(yīng)急反應(yīng)體系的數(shù)據(jù)整合能力

水上應(yīng)急反應(yīng)體系數(shù)據(jù)涉及面廣、信息容量大、增長速度快，且蘊(yùn)含的信息價值高，包括船舶交通管理系統(tǒng)(Vessel Traffic Services，VTS)信息數(shù)據(jù)、船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)數(shù)據(jù)、航標(biāo)遙測遙控數(shù)據(jù)、水文氣象數(shù)據(jù)[7]、船舶和船員靜態(tài)數(shù)據(jù)等。對北斗系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行深化應(yīng)用和融合創(chuàng)新，整合數(shù)據(jù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析發(fā)掘、數(shù)據(jù)可視化和信息安全與隱私保護(hù)，實現(xiàn)對船舶航行更為準(zhǔn)確的監(jiān)測、分析、預(yù)測、預(yù)警和提醒，提高數(shù)據(jù)的針對性、科學(xué)性和時效性。

針對北斗系統(tǒng)在水上應(yīng)急反應(yīng)體系中的應(yīng)用需求，開發(fā)北斗應(yīng)急示位標(biāo)、北斗個人求生設(shè)備、北斗AIS一體機(jī)、北斗船載接收機(jī)、北斗高精度連續(xù)定位系統(tǒng)及北斗數(shù)據(jù)鏈路傳輸系統(tǒng)等不同類型的導(dǎo)航終端產(chǎn)品，形成多功能、多層次、多形態(tài)的終端產(chǎn)品型譜，為提升應(yīng)急能力提供重要的技術(shù)對接手段，最終形成以北斗技術(shù)為支撐、安全可靠、全覆蓋的水上應(yīng)急管理和指揮系統(tǒng)(見圖1)。[8]

圖1 北斗系統(tǒng)水上應(yīng)急終端型譜

3 北斗系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況

3.1北斗應(yīng)急示位標(biāo)

我國水上遇險報警主要依靠甚高頻(Very High Frequency,VHF)、中頻及高頻的數(shù)字選擇型呼叫(Digital Selective Calling，DSC)系統(tǒng)和國際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)(COSPAS-SARSAT)的緊急無線電示位標(biāo)(Emergency Position Indicating Radio Beacon，EPIRB)，內(nèi)河水域尚無專用的船舶遇險報警系統(tǒng)。DSC系統(tǒng)具有覆蓋范圍小、信號干擾大和誤報警頻繁的劣勢(見表1)。

表1 水上遇險報警方式比較[9]

EPIRB為單向數(shù)據(jù)傳輸，遇險人員不能了解當(dāng)前救助實施情況；此外，國際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)地面控制中心位于加拿大，我國海上搜救部門不能第一時間獲取原始遇險信息；對政府公務(wù)船及軍事船來說，相關(guān)應(yīng)急信息無法得到有效保密。EPIRB終端發(fā)出的船舶遇險信息的傳遞普遍存在滯后現(xiàn)象(平均延時0.75～2 h)，容易導(dǎo)致搜救行動延誤。我國內(nèi)河船舶未要求配備專用應(yīng)急報警設(shè)備。近年來，我國船舶已接近35萬艘，包括船員、漁民和鉆井平臺作業(yè)人員等在內(nèi)的涉水公眾約1 300萬人，遇險對象的個體化、小型化趨勢日益明顯。此外，海上遇險安全系統(tǒng)核心技術(shù)裝備依賴進(jìn)口，安裝和使用成本偏高，不能滿足中小型船舶和落水個體的普遍安裝要求。

北斗應(yīng)急示位標(biāo)是將EPIRB與北斗系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)品，克服了EPIRB時間滯后、信息保密等不足，其性能指標(biāo)見表2，具有以下特點(diǎn)。

1) 可向北斗衛(wèi)星發(fā)射遇險報警信息，并可接收北斗衛(wèi)星回執(zhí)信息。

2) 自動漂浮式，該設(shè)備、支架和釋放裝置能在水上遇到極端情況時正常工作。

3) 配有適當(dāng)?shù)氖侄畏乐挂馔鈫?；在浮離后自動啟動；能手動啟動和手動關(guān)閉；配有指示控制中心已應(yīng)答的裝置；能在平靜的水中直立浮起，且在所有情況下均具有正穩(wěn)性和足夠的浮力；能從20 m高處落入水中而不損壞；能在任何角度的橫傾或縱傾情況下，在尚未達(dá)到4 m水深前自動釋放和浮離；設(shè)備顏色為橘色或黃色等醒目顏色，表面有一定面積的逆向反光材料；配有低負(fù)載白色環(huán)照燈(≥0.75 cd)，每分鐘閃爍20～30次，為附近的幸存者和救助單位指示其位置；配有主要用于飛機(jī)搜尋的121.5 MHz信標(biāo)；電池的容量足以使北斗應(yīng)急無線電示位標(biāo)至少工作24 h；具備報警取消功能。

表2 北斗應(yīng)急示位標(biāo)的性能指標(biāo)

將北斗應(yīng)急示位標(biāo)信息與我國海上搜救中心及各級搜救中心聯(lián)網(wǎng)，依托國家水上應(yīng)急搜救系統(tǒng)實現(xiàn)船舶遇險信息的及時推送和應(yīng)急響應(yīng)信息的發(fā)送(見圖2)，可實現(xiàn)報警信息、北斗、AIS和電子海圖信息的同步推送及報警信息與交通運(yùn)輸部海事系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的融合共享。

圖2 基于北斗應(yīng)急示位標(biāo)的水上應(yīng)急搜救系統(tǒng)

3.2北斗個人求生設(shè)備

北斗個人求生設(shè)備具有北斗短報文上報位置功能和定位功能，可佩戴在身上。人員執(zhí)行任務(wù)落水后，該設(shè)備可自動開機(jī)，迅速向指揮用戶機(jī)發(fā)射求救信號及位置信息，為順利搜救人員提供依據(jù)，可大大加快搶救時間，提高遇險者的生還率，節(jié)約時間、人力及物力。其體積小、攜帶方便、工作時間長、實用價值高、用途廣泛。該設(shè)備發(fā)射成功率≥95%，捕獲時間(開機(jī)至解調(diào)出信息所需的時間)≤2 s。

3.3北斗AIS一體機(jī)

受AIS覆蓋距離限制、AIS基站服務(wù)器容量和信道容量的局限性、AIS基站在我國沿海的分布情況、內(nèi)陸山區(qū)和丘陵地區(qū)對AIS信號的影響及AIS基站對電源、寬帶等保障系統(tǒng)的要求等因素影響，目前還無法做到AIS在我國領(lǐng)海及河內(nèi)通航水域全覆蓋。為解決該問題，利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的通信和定位功能開發(fā)北斗AIS一體機(jī)。[10]

北斗AIS一體機(jī)集北斗船載終端和AIS船臺功能于一體，是北斗導(dǎo)航技術(shù)和船舶自動識別技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。目前該產(chǎn)品已在海事航標(biāo)船和海事測量船上試用。在我國沿海運(yùn)輸船和內(nèi)河船上推廣北斗AIS一體機(jī)，既有利于補(bǔ)充AIS基站，做到我國所有水域AIS監(jiān)控基本全覆蓋，也有利于船舶全面掌握現(xiàn)場交通流情況，避免碰撞危險局面出現(xiàn)(見圖3)。

圖3 北斗AIS一體機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

北斗AIS一體機(jī)具備以下幾項功能。

1) AIS功能：終端支持現(xiàn)有B級AIS船臺的所有AIS功能，包括電子海圖顯示、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System ，GNSS)定位、導(dǎo)航、AIS船舶自動識別及AIS短消息等。

2) 北斗功能：終端支持北斗功能，包括北斗/GPS雙模定位、船舶位置自動上報、遠(yuǎn)程調(diào)取船位、緊急報警、區(qū)域報警、導(dǎo)航及船船/船岸/船與手機(jī)之間的短消息通信等。

3) AIS信息北斗轉(zhuǎn)發(fā)功能：轉(zhuǎn)發(fā)本船AIS信息、周圍遇險船舶和人員的AIS求救信息、周圍船舶水上移動通信業(yè)務(wù)標(biāo)識碼(Maritime Mobile Service Identity，MMSI)和位置信息、周圍指定船舶的AIS詳細(xì)信息、岸臺向本船周圍所有船舶發(fā)送的廣播信息及岸臺向本船周圍指定船舶發(fā)送的AIS短消息。上述轉(zhuǎn)發(fā)功能可由岸臺遙控開啟或關(guān)閉。單次發(fā)送AIS船舶信息數(shù)≥6條；單周期發(fā)送AIS船舶數(shù)≥30艘。

4) 附加功能：北斗AIS一體機(jī)還可選裝身份證讀卡器、條形碼掃描器等各類附件；增加船員電子認(rèn)證、?；冯娮诱J(rèn)證及船舶電子簽證等操作程序，實現(xiàn)對船員、貨物及船舶靜態(tài)情況的監(jiān)管，為船舶安全管理提供便利。

3.4北斗高精度連續(xù)定位系統(tǒng)(以下簡稱“北斗CORS系統(tǒng)”)

北斗CORS系統(tǒng)是北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)等5個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)，可滿足從毫米級到米級的需求，為應(yīng)急掃測、應(yīng)急沉船打撈及相關(guān)水上應(yīng)急搶險提供高精度的位置信息。

北斗CORS系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)的實時動態(tài)差分法(Real-Time Kinematics，RTK)測量作業(yè)方式，主要優(yōu)勢為：采用連續(xù)基站，用戶可隨時觀測，提高了工作效率；擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可有效消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性；用戶無需架設(shè)參考站，真正實現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，降低成本；使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通信方式，減少噪聲干擾；提供遠(yuǎn)程INTERNET服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

基于北斗CORS系統(tǒng)的“大型船舶高精度導(dǎo)航及靠泊儀”是“大型集裝箱船舶能見度不良天氣條件下進(jìn)出洋山深水港航海保障系統(tǒng)建設(shè)工程”的重要組成部分，2014年8月5日在洋山港“新寧波”輪上進(jìn)行實船靠泊試驗，取得良好的效果。該靠泊儀支持GPS和北斗2種定位模式，可同時支持北斗、AIS及雷達(dá)等設(shè)備包含的船舶數(shù)據(jù)的接收與顯示，并提供厘米級的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)，從而為夜航、霧航情況提供技術(shù)支持，確保在洋山深水港區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)全天候、全天時的安全快速進(jìn)出港及靠離泊。因此，北斗高度連續(xù)定位系統(tǒng)也能為惡劣天氣條件下的應(yīng)急反應(yīng)指揮提供一種有效手段。

3.5北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸鏈路

北斗系統(tǒng)具有可靠性和保密性高的特點(diǎn)，能實現(xiàn)覆蓋區(qū)域的短報文數(shù)據(jù)傳輸；在船、岸、海洋、海島、礁石及大橋等與航海保障相關(guān)的區(qū)域安裝相關(guān)數(shù)據(jù)采集設(shè)施[11]，通過北斗短報文通道將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)急反應(yīng)指揮平臺上。對海洋、港口及氣象等與航海安全相關(guān)的基礎(chǔ)要素進(jìn)行采集和管理，在水上應(yīng)急反應(yīng)指揮方面起到輔助決策的作用。[12]

目前這些北斗數(shù)據(jù)采集平臺已起到非常大的作用。在航標(biāo)應(yīng)用中，交通運(yùn)輸部海事局應(yīng)用北斗系統(tǒng)在航標(biāo)遙測系統(tǒng)中進(jìn)行航標(biāo)移位監(jiān)測，并依靠北斗系統(tǒng)完成航標(biāo)工作參數(shù)遙測傳輸，有效提高航標(biāo)效能、維護(hù)質(zhì)量。同時，國家海洋局遠(yuǎn)海的水文數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)也已采用北斗系統(tǒng)傳輸[13]，目前在遠(yuǎn)海燈浮、沿海島礁和沿海燈塔上實時收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，能為水上應(yīng)急搶險指揮提供輔助決策，可有效提高海域管理水平、服務(wù)質(zhì)量及監(jiān)控能力。

4 結(jié)束語

依托北斗系統(tǒng)，構(gòu)筑航海數(shù)據(jù)收集全覆蓋、信息數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、位置信息精準(zhǔn)、信息安全可靠、應(yīng)急指揮順暢的水上應(yīng)急管理體系，能從技術(shù)上有效解決我國水上應(yīng)急反應(yīng)體系反應(yīng)時間長、定位精度不高和無法做到全覆蓋的不足，顯著提高我國水上應(yīng)急響應(yīng)速度，提升水上應(yīng)急反應(yīng)能力。

[1] 國務(wù)院“東方之星”號客輪翻沉事件調(diào)查組.“東方之星”號客輪翻沉事件調(diào)查報告[N].國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2015-12-30(14).

[2] 吳才聰，蘇懷洪，褚天行，等.基于北斗的移動應(yīng)急監(jiān)控與指揮技術(shù)[C].第二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集，2011：60-63.

[3] 高偉.空天地一體化北斗應(yīng)急指揮系統(tǒng)：CN201320350467[P].2013-11-06.

[4] 王興玲.基于北斗衛(wèi)星的災(zāi)情信息采集與災(zāi)害應(yīng)急指揮系統(tǒng)研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007，32(3)：136-140.

[5] 嚴(yán)安，徐灝，鄢博，等.基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的移動報警應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計[J].空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報,2011，25(3): 213-216.

[6] 鄭逸璇 徐灝.基于北斗系統(tǒng)的船舶應(yīng)急救援及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].硅谷, 2012(15):61-63.

[7] 歐健.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在環(huán)境自動監(jiān)測及應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2011,23(4):64-67.

[8] 譚述森．衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)集成與實踐初論[J]．全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，2006, 31(2): 13-15.

[9] 柳邦生．全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)(COSPAS-SARSAT)的發(fā)展與應(yīng)用[J]．世界海運(yùn)，2006，29(5)：4-6.

[10] 證券時報網(wǎng)快訊中心，東海航保中心成功研發(fā)北斗AIS一體化船載終端[N].證券時報網(wǎng),2014-01-06(5).

[11] 胡翔.北斗在水文監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].無線電工程,2009,39(10):62-64.

[12] 成方林，馮林強(qiáng)，張翼飛.“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋水文、氣象監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].海洋技術(shù),2004，23(3):70-73.

[13] 彭偉，徐俊臣，杜玉杰，等.基于北斗系統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].海洋技術(shù),2009，28(3):13-15.

EnhancingMaritimeEmergencyResponseCapacitywithBeidou

XUMingqiang，LIUJiahua，YUYi，LIUHui

(Donghai Navigation Guarantee Administration, Shanghai 200086, China)

U676.8;P228.4

A

2016-05-11

徐明強(qiáng)(1976—)，男，上海人，高級工程師，從事航海保障設(shè)備研究。E-mail:xumingqiang@shmsa.gov.cn

1000-4653(2016)03-0001-04