北斗系统在珠江航运的应用及展望

2020-05-29卢红洋刘丽娇

卫星应用 2020年4期

文|卢红洋刘丽娇

中国交通通信信息中心

一、引言

珠江是我国第二大通航河流，由西江、北江、东江干支流及珠江三角洲诸河组成，形成“三江汇流、八口出海”的水系特点。珠江航运作为我国华南、西南地区重要的水上运输大通道，已经成为我国西南内陆地区与粤港澳地区经济互补、协调发展的重要纽带，保障珠江航运的通行安全对维护国家安全具有重要意义。

2017年2月，国务院印发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》提出“加强全天候、全天时、高精度的定位、导航、授时等服务对车联网、船联网以及自动驾驶等的基础支撑作用”、“拓宽北斗模块在港口运营、船舶监管等方面的应用”。2017年5月，交通运输部印发的《珠江水运发展规划纲要》提出“深化泛珠三角区域合作，强化区域内各种运输方式的衔接，构建安全、低碳和便捷的综合交通运输体系，需要进一步加快珠江水运科学发展，努力打造第二条黄金水道”。

本文介绍了北斗卫星导航系统在珠江航运的应用现状及存在的问题，指出珠江航运有望实现北斗应用全覆盖，并为珠江航运的发展提供更高精度、更为可靠、更加多样的服务和保障。

二、卫星导航系统在珠江航运的应用现状

目前，珠江航运主要采用GPS、视频监控系统（CCTV）、船舶自动识别系统（AIS）、水位自动监测、航标遥控遥测等技术手段监控船舶动态位置。珠江航运现阶段的导航设备大部分采用GPS单模定位，其定位精准度容易受天气和位置影响，部分地区开始安装使用北斗系统。

基础设施方面，珠江口是粤港澳大湾区重要的航运水域，也是华南地区通航密度最高、通航环境最复杂和通航安全保障压力最大的水域之一，对水上交通运输安全需求十分迫切。2017年，珠江口建设了10个北斗CORS基准站，通过北斗网络RTK、DGNSS等技术手段，利用移动通信，实现了我国沿海300km范围内的广域米级、分米级导航和50km区域范围厘米级实时精密定位增强信息服务，为航海安全和应急指挥提供了通信保障。2019年6月，珠江口的担杆水道上，采用国产北斗航标遥测遥控设备的大型灯船成功投放（见图1），有效降低了珠江口担杆水道东向交通流通航环境复杂、船舶航行无序的风险。目前已建设北斗数据接收中心1座，北斗航标遥测遥控设备575台，预计两年内北斗航标遥测将覆盖粤港澳大湾区和主要航道。

图1 担杆水道北斗航标遥测灯船

系统建设方面，国内首家将北斗卫星定位技术应用到内河船闸过闸的广西西江船闸运行调度中心建成并投入使用（见图2）。西江干线启用了基于北斗导航的船舶智能过闸系统，社会船舶安装船载北斗智能终端，船舶水上“ETC”（不停船自动缴费）智能过闸，实现了船舶“一次报闸、连续过闸、不上岸报到、不停船缴费”的智能过闸和智能航行，为船主提供了高效、优质的过闸服务（见图3）。

图3 西江北斗船舶智能航行

三、卫星导航在珠江航运中存在的问题

虽然珠江航运部分地区安装了北斗设备，但现阶段使用的设备广泛依赖于GPS定位，且通航环境复杂，给船舶航行安全带来了极大的安全隐患，可能存在以下问题。

1．导助航终端定位依赖GPS，定位精度不高

珠江航运船舶和岸基配备的定位导航设备如AIS、GPS定位仪、电子航道图等，其定位手段主要依赖于GPS单点定位，定位精度大致为10～15m，尚难以满足船舶安全导航、航道测量、港口作业等精细化业务需求。在狭窄内河航道、河床变化快等复杂环境中，船舶配备的AIS终端定位无法实现高精度的定位需求，航行安全无法保障。航道工程建设中，航道勘测、施工和疏浚等过程均需要精确测量航道地形图，测量精度要求达到厘米级，但是传统航道测量定位手段的测量精度难以实现。在港口集装箱调度管理方面，需要借助高精度导航定位技术来确保轮胎吊精确地按最优轨迹行驶，快速到达指定集装箱位置开展集装箱吊装自动作业。

2．通航环境复杂，航行安全有待提升

珠江航运具有水文情况复杂、通航密度大、船舶疏浚难度系数大等通航特点，尤其在恶劣天气下，给船舶航行造成了极大的安全隐患。除此之外，珠航的航道宽度、深度、弯曲角度、交叉状况等都将影响航行安全。珠航复杂的通航环境对高精度船舶动态监测、避碰预警、高精度导航、险情跟踪、船舶智能调度等提出了更高要求。

3．应急船岸通信能力不足

珠江航运对船舶的动态监控手段多基于AIS船台进行信息回传，而AIS属于窄带通信，在网络信号覆盖不到的特殊环境（恶劣天气影响下或山区河段、桥涵隧等复杂环境），应急指挥指令和执行反馈情况的上传下达效率不高，而且 AIS 的数据分为动态数据与静态数据，由于缺乏一定的验证措施，从而无法判定船岸间发送的动态数据的准确性，应急通信时效性和准确性无法得到保障，珠江航运应急船岸信息化能力有待提高。

4．船舶和人员定位管理能力不足

除了有客货船的应急遇险情况，珠江航运还存在捕捞渔民或船员溺水、小排筏失踪等风险，定位能力不足阻碍了相关部门进行船舶和人员的管理和救援效率。由于目前尚无应对该类风险的定位手段，公民航道作业和排筏通航安全无法得到保障，船舶和人员定位能力不足问题急需解决。而北斗系统可以为作业船舶和人员提供全天候实时定位、导航等服务，满足管理部门对珠江航运全方位、全天候、无盲区、无漏洞的动态监控指挥需求。

四、北斗系统在珠江航运的应用展望

基于上述可能存在的问题，本文提出利用北斗系统来改善珠江航运现有的通航隐患，实现卫星导航系统在珠航的国产化、自主化、安全化。按照“打基础-做终端-造平台-谋长远”的路线，构建北斗在珠江航运应用架构体系，以实现北斗系统在珠江航运“全覆盖、可替代、保安全”的目标，北斗应用架构体系见图4。

图4 珠江航运北斗应用架构体系

1．打基础—建设珠江航运干线北斗应用基础设施

结合珠江航运实际业务需求和“三江汇流、八口出海”的水系特点，建设北斗地基增强系统，沿航道、港口码头等交通基础设施建设北斗差分增强基准站，在复杂航道的重点区域建设北斗信号增强基准站。同时提供AIS和移动公网等播发手段，提高船舶定位精度，提升海事监管能力，同时为航道测绘、航标遥测遥控、航道建管养、港口自动化提供技术基础，为珠江航运用户提供高可靠、高精度的定位与导航服务。

2．做终端—研制与推广北斗船载终端

结合珠江航运实际需求，研制并推广一体化、高精度船载智能终端，在传统AIS终端基础上，扩展移动公网通信功能，实现船岸及时信息交互，使其具备高精度定位、电子地图数据实时更新等功能，并具有较强的扩展能力，可扩展支持船舶过闸、港航企业管理等非标GPS监控类船载终端的功能，有效减少船载终端数量，减轻航运企业负担。同时，推广北斗应急无线电示位标、北斗AIS个人信标等应急设备，丰富遇险船舶和人员的遇险报警手段。

3．造平台——建设服务于政府和社会公众的信息平台

一是建立基于北斗的船舶位置监测服务平台，融合西江船舶过闸位置数据，为海事监管部门提供连续、可靠、实时的船舶监测服务，促进海事监管模式智能化转型；二是建立北斗遇险报警及应急指挥平台，构建基于北斗的船岸通信网，实现快速的遇险报警及应急响应，包括应急值守与接警、突发事件等级确认与报送、指挥协调、应急处置、应急解除等业务；三是建立北斗航运信息公众服务平台，融合北斗高精度定位、物联网、大数据、电子航道图等信息技术，为港航企业提供船舶调度、信息发布、货物跟踪等物流服务，以优质的信息服务吸引社会公众使用北斗终端。