基于北斗/世广技术的船舶实时监控系统概述

曹爱萍，蔡喜光，赵美慧

(威海海洋职业学院，山东 威海 264300)

1 船舶实时监控系统发展现状

目前，国内外船舶监控及定位方式主要是通过AIS、SSAS、GPS+GPRS/CDMA+GIS、北斗卫星技术等，尤其是GPS+GPRS/CDMA+GIS和北斗技术特别适用于GPRS技术覆盖不到的偏远及信号较弱的海域，北斗技术和GPS技术的融合对船舶领域的定位监控系统具有重要意义。

常见的定位监控系统有以下几种：

VTS+AIS。AIS[1]是船舶自动识别系统的英文简称，装有AIS设备的船舶能够在VHF覆盖范围内获得所有附件船舶的运行快慢、行驶方位、间隔距离以及船舶的名称、型号等信息。VHF对这些信息的发送间隔会随着船只运行速度的提高而减小，当船舶停靠时，信息发送的时间间隔会长达数分钟。但是，当船舶在航道中高速运行时，则会每两秒钟发送一次覆盖范围内所有船舶的航行信息，因此AIS技术有效避免了船只相互间发生碰撞等事故，极大提高了船只出行效率。

Inmarsat+SSAS。SSAS是船舶保护报警系统[2]的英文简称，当船只受到危险或攻击时，启动报警系统可以通过Inmarsat向有关部门发送包括船只名称、位置、当前状态等信息在内的报警信号，可以极大地提高船只遇险后的被救概率，有效减少船只上的人员伤亡和财产损失。

GPS+GPRS/CDMA+GIS。这是将GPS技术、GPRS/CDMA技术和GIS技术相融合的一种获取船舶航行信息的方式[3]。装有GPS终端的船只通过GPS定位功能获取相关信息，并上传至GPRS/CDMA进行处理，将最终数据存储在本地数据库，最后利用GIS的地理数据显示、分析与管理功能将船舶信息实时显示在江面图上，可以为基站提供准确的船舶位置、航速等信息，有利于基站对流域内各船只的监管。

北斗/世广卫星。是将北斗系统、世广卫星及其相应的通信网络将船载终端、地面基站相连接起来的定位监控系统。北斗系统是完全由我国科研人员研发的系统，拥有完整的知识产权，具有导航、测速和授时功能，且其定位精密度和测速精度高，不仅适用于信息流畅的区域内，在比较偏远的航道内仍然具有良好的导航监测功能，独有的短报文功能可以实现用户与基站的双向通信，不仅能够完成基站对用户的管理和监测，用户也可以向基站发送简单的通行信息基于以上特点，北斗卫星导航系统在国内外船舶监测领域必然将得到大规模的应用和发展。

2 北斗/世广卫星实时监控系统的结构

北斗卫星系统其发展过程分为三步[3]：第一步为北斗卫星一号系统，已经建设完毕。第二步为北斗二号系统，截至2012年基本完成亚太区全覆盖。第三步2019年已基本完成，其辐射范围已覆盖全世界，成为在GPS、GLONASS之后的第三大卫星导航系统。其在GPS、GLONASS的基础上加入了短报文功能，极大丰富了相关应用功能。

北斗卫星导航系统与GPS卫星导航系统比较。目前，GPS仍是世界范围内应用最广的导航定位监控系统，但是随着北斗技术的日益完善，会有越来越多的用户体验到北斗技术的方便与强大。GPS与CNSS导航系统的覆盖范围均辐射全球，可以为全球用户提供服务。目前，GPS可以服务的卫星数量有24个，CNSS可服务的卫星数量高达35个，可以更加精准地辐射到一些比较偏僻或者偏远的地方。GPS的定位精度为5 m，CNSS的定位精度为10 m。

北斗/世广卫星系统的结构组成和工作原理。主要由太空北斗/世广卫星构成的太空通信系统、船载终端系统、岸边基站监控系统三大部分组成，其结构原理图如图1所示。

图1 工作原理图Fig.1 Schematic diagram

船载终端是卫星通信系统和岸边基站监控系统的联络枢纽，通过卫星通信系统完成船舶航行位置、航信速度等信息的接收和发送，并接收岸边基站控制系统的指令和信号，可完成信息采集、触发报警、实时定位、导航检测等多种功能。

卫星通信系统由北斗卫星和世广卫星两大部分组成，主要起到信号传输作用。北斗卫星导航系统具有联系用户和岸边基站的双向短报文功能，导航和定位时效性较高。

岸边基站监控系统的主要功能是收集信息并对船舶进行监控，进而发出指令和信号，引导船舶安全有序的航行。

系统可实现的功能。通信功能：通过北斗/世广卫星的定位监控系统，在已经安装终端的船舶上可以实现船舶间的双向通信、岸边基站对船舶的双向通信、船舶和岸上移动设备的短消息通信。报警功能：当装有北斗终端的船舶遭遇到危险时，可以启动紧急报警按钮，向岸边基站及附近船舶申请紧急救援，船载终端会连续发送报警信息直至控制中心确认。报警信息中包含船舶当前所处位置、运行速度等。

3 世广卫星监控系统的主要效益

社会效益。利用北斗/世广卫星监控的船舶系统将为全中国乃至全世界的船舶海上作业，尤其是偏远航线上的船舶监管做出十分有益的贡献。实现了船舶终端、陆地监管、太空信息的三方信息交换，实现了船舶终端和网络通信、船舶终端和监控系统的双向通信。基于北斗导航系统的全天候不间断的实时定位监控功能，可以实现对远洋偏僻航线航行的船舶进行全面的监控管理，降低船舶发生危险或者事故的概率，提高国内外对船舶的监管水平。通过监管可以有效地规范海上渔船的航行秩序，大大减少了违规违法船只的出现。

经济效益。北斗/世广卫星监控系统的出现，突破了我国海洋安全监管系统建设的技术难点，使我国在海洋监管领域拥有了独立自主权的导航监控系统，实现了港口、基站、远洋一体化监控。北斗/世广卫星的导航定位监控系统为船舶提供了海上紧急情况的实时报警，大大增加了船舶航行的可靠性和搜救成功的可能性，对海上船舶的安全救助提供了有利帮助，从而大大降低了船只和船员的生命财产风险。

推广应用前景。利用北斗/世广卫星组成的导航定位为基础的海洋船舶安全信息监管系统在全国海洋管理系统上具有里程碑式的意义，为推动我国海洋经济发展做出了不可磨灭的贡献。