北斗系统在全球海上航运领域的应用

2019-05-22陈扬吴海乐

卫星应用 2019年4期

文 | 陈扬吴海乐

北京中交创新投资发展有限公司

关键字：北斗系统；全球海上航运；应用；国际化

一、前言

北斗系统是联合国全球卫星导航系统国际委员会确定的四大全球卫星导航系统之一，是中国实施改革开放40年来取得的重要成就之一，2018年已完成北斗三号基本系统建设，计划2020年实现北斗三号完整系统建设。北斗三号最终将面向全球用户提供全天候，全天时，高精度的定位、导航和授时服务，可达到国外同类系统技术水平。

海上航运是世界运输网络中的一个重要组成部分,同时，也是卫星导航的重要应用领域，随着世界贸易自由化、经济一体化和信息全球化进程的加快，世界航运业得到了很大的发展，随之而来的是世界商船队总吨位量不断增加，船舶大型化、自动化和高速化的趋势日益明显。目前我国水路货物运输量和港口吞吐量稳居世界第一，为我国经济社会和对外贸易发展提供了重要支撑。截至2017年年底，我国沿海和远洋运输船舶数量超过1.26万艘，集装箱箱位超过183万标准箱，海上运输货运量超过29亿吨，沿海港口货物吞吐量超过90亿吨，在国民经济中的重要地位凸显[1]。

卫星导航是交通运输信息化技术的重要组成部分，随着全球航运信息化水平的不断提升和航运业对位置服务需求的不断深入，卫星导航技术已广泛应用到航运生产经营中，包括船舶定位导航、遇险通信救助、船舶动态监管、航线优化、避碰辅助、海图管理、精确靠泊、航运管理等方面。因此强化北斗系统在全球海上航运船舶的定位及通信服务、监管，进而提高远洋航运安全监管能力，维护国家利益，是在关乎国民经济安全的重要领域加快摆脱对GPS系统及国外设备的依赖，实现卫星导航自主可控，落实国家安全战略的需要。

二、北斗系统海上应用现状

卫星导航技术具有高精度、全球覆盖、全天候、不受天气影响、可提供连续定位等特点，在交通运输领域得到了广泛应用，已成为电子海图显示和信息系统、自动识别系统（AIS）等船载终端设备的重要组成部分，在航海导航领域占有重要地位，船载GPS导航终端也已经成为船舶出海必须配备的导航设备。

目前我国全球海上航行的货运船舶安装的定位导航、海事通信、遇险报警等终端设备均以美国的GPS系统为主，包括AIS设备、海事卫星电话、无线电示位标等设备都嵌入的是GPS系统。我国北斗系统建设和推广应用起步较晚，目前还没有在全球航运船舶中广泛使用，因此目前我国航运企业的岸端监控系统也主要是对GPS终端和AIS船载终端信息的监控，但目前大部分系统只能监测船舶位置、突发情况等简单的信息，存在实时性不强、监测信息不全面等突出问题，同时受卫星轨道和地理、气象条件影响，岸端对全球海上航运船舶的监测存在盲区，一旦遭遇突发事件，报警信息接收不够及时，应急响应较慢，可能造成巨大的人命和财产损失。

同时，我国北斗系统已经走出国门，在2014年5月召开的国际海事组织（IMO）海上安全委员会第93次会议（MSC 93会议）上，通过了MSC.379（93）号决议——《船载北斗卫星导航系统接收设备性能标准》。在2014年11月召开的MSC 94会议上，委员会通过了SN.1/Circ.329通函，正式认可北斗卫星导航系统成为全球无线电导航系统之一。2018年5月召开的IMO第99届海上安全委员会会议上，中国成功推动《关于提请IMO认可“北斗信息服务系统”作为GMDSS服务商》的建议案获得通过，同时我国正在主导或参与制定北斗设备IEC检测标准，稳步推进北斗在国际电工委员会（IEC）中的标准工作，成功推动北斗搜救写入全球中轨卫星搜救系统实施计划，为我国成为国际组织“空间设备提供国”奠定了基础。目前北斗系统全球影响力正在逐步扩大，但让北斗系统真正成为航运船舶的标准配置仍有大量工作需要开展。

三、北斗系统应用场景分析

1.全球航运船舶安全监管

一方面，我国海上航运导航系统严重依赖国外卫星导航系统，缺乏全球定位导航核心技术的应用推广，意味着在涉及海上航行安全、甚至是国家安全问题上丧失主动权；另一方面，航运船舶在中远海地区缺乏有效的位置回传手段，导致船舶公司可能长时间无法跟踪船舶动态。北斗三号系统具备全球定位、导航、授时功能，可将远洋航运船舶的动态位置进行实时回传，还可与船载GPS数据等进行综合校验与比对，将最为及时准确的船舶动态位置数据呈现在电子海图上，同时还可结合北斗系统的短报文通信功能对船舶航行过程中可能出现的极端恶劣天气区域进行报警并向其发出处理指令，并接受船舶通过北斗短报文回传的反馈信息。这项应用大大加强了对远洋航运船舶的安全监管能力，也可以最大程度上降低船舶的遇险系数。

2.全球海上应急搜救

现如今国际上有关国际合作进行海上搜救的《国际海上搜寻救助公约》，强调保护海上人命安全，以及能够在各国之间协调海上及海空安全活动。在国际范围内提出，各个公约成员国应当向海上遇险人员提供援助、海岸值守、搜寻救助等方面适当而有效的安排。马航MH370事故暴露了全球海上搜救技术的不足，特别是卫星通信、卫星定位的结合技术不完备。进而对于加强我国自身海上搜救能力，提出了迫切需求。如海上船舶作业人员在作业过程中发生落水，利用北斗救生设备可以向船载基站发送求救信号，第一时间定位落水人员的位置并进行记录，还可通过北斗短报文系统及时将落水信息发布到岸端和相关搜救部门，大大缩短救援时间，提高救援定位精度和成功率[2]。同时北斗三号还搭载了中轨搜救载荷，并正在积极申请加入全球卫星搜救系统，可通过收集国际卫星搜救链路发送的求救信息来对其他船舶和落水人员进行快速定位跟踪和警情播报，将可以更加全面、及时、准确地服务海上航运船舶。

3.集装箱监控

传统集装箱信息追踪手段耗费大量时间和成本，如对于冷藏集装箱运输等高价值货运服务，客户具有时常监控集装箱温度、湿度、位置、性状等业务需求，而目前的解决方案只能采用集装箱状态监测终端辅以通信卫星回传的方案，成本十分昂贵，难以推广应用[3]。利用北斗的定位和短报文功能，在集装箱上安装定位监控终端，在集装箱运输过程中，无论是在陆地还是在海上，不仅能精准定位船舶和航行路线，也可实时收集包括位置、温度、湿度、振动、冲击、箱门开关状态等数据，这将给航运公司和用户、保险公司和海关带来更大的附加价值，为提升整个供应链的效率、服务和安全带来显著成效，还有助于管理供应链中存在的延迟和其他方面的问题，实现简化报关、审批流程。

四、推动北斗应用国际化进程

在IMO体系框架下，北斗系统已经通过认可，可为全球航运界提供导航服务。同时，成为新的全球海上遇险与安全系统（GMDSS）卫星服务提供商，在全球范围内为国际航行的船舶提供GMDSS服务也已提上IMO议程，将在未来逐步开展评估和认证。在国际规则和政策层面，北斗系统在海事航运界正逐步走向全球化，后续工作方向和思路明确，但是在应用层面，北斗系统及终端还缺乏大量的实际应用和基于应用的验证。全球海上航运移动性强、覆盖范围广、应用环境多样，对卫星导航应用十分依赖，也是卫星导航应用的典型场景，因此北斗三号同样也需要在全球海上航运领域开展全球性能验证，为北斗三号建设提供重要支撑，推动北斗系统成为全球航运标准导航系统，助力北斗“走出去”。