探析北斗短报文技术在虚拟航标中的应用

2020-12-02

珠江水运 2020年3期

航标是指为船舶提供定位和导航等作用的辅助设备，对船舶的正常行驶具有重要作用。目前，AIS虚拟航标逐渐在船舶的导航中应用较为广泛，在北斗卫星导航系统的发展过程中，将北斗短报文技术应用于虚拟航标也具备较大的可行性。

1.虚拟航标及其应用分析

虚拟航标是在A IS技术基础上所产生的一种新型航标，其结合了包括卫星导航技术、电子海图、AIS等信息技术。虚拟航标在应用上是利用无线电技术，在电子海图、接收机等设备上标出水域中的某一点及其功能，从而起到导航的作用。目前虚拟航标的实际应用上，以虚拟AIS航标为主。虚拟AIS航标是指利用AIS台站，并运用21号电文播发的不存在实体航标的航标信息，其中具体包括临时虚拟AIS航标以及永久虚拟AIS航标。二者在实际应用中具有一定的差异性，临时虚拟AIS航标的应用范围包括对航行限制区域、临时推荐线路、故障航标以及移位航标作出标识，永久虚拟AIS航标主要应用于实际条件无法布设实体航标的情况下，比如深水区域、海况环境恶劣地区、动态变化较为明显的地区等。具体可以包括对航道界限、永久碍航物、安全水域界限、锚地与遮蔽等特殊区域的标识。永久虚拟AIS航标也要在各类电子及纸质海图、航海出版物中进行标识。虚拟AIS航标具有准确性强、能够快速设置、受到自然环境影响较小的优势，目前得到较为普遍的应用，比如2017年底在长江口深水航道界限的标识上，共应用45座虚拟AIS航标，具体包括了左侧标、右侧标以及专用标。

2.北斗短报文技术在虚拟航标中的应用

2.1 北斗短报文技术概述

北斗卫星导航系统（BDS）是我国自主设计研发、独立运行的卫星导航系统，包含军用与民用两方面，具有高质量的定位、导航与授时等服务功能，也是目前全球无线电导航系统的组成部分之一。北斗短报文技术是北斗卫星导航系统区别于国外其他卫星导航系统的一项重要特征，北斗短报文服务具备双向通信功能，能够在进行准确定位的同时，将用户所在位置向外部系统报告，从而达到定位、通信有效结合的目的。目前，北斗短报文技术在许多不同行业中都得到了有效应用，比如对于北斗二号，北斗短报文通信能够达到120个汉字/次。北斗的用户识别方式为卡号识别，因此在北斗服务范围即可有效接收信息，并且能够起到避免其他用户干扰的作用，相对于传统通信方式也具有明显优势。

2.2 北斗短报文技术在虚拟航标中的应用

2.2.1 北斗分理服务平台建设

在利用北斗短报文业务之前，需要事先进行北斗分理服务平台的建设，而后能够进行短报文信息转发、远程测控与信息共享等服务，也能够对用户信息作出有效的管理及查询。北斗分理服务平台的应用需要依靠北斗数据，在此基础上具有位置服务、消息转发等功能。北斗分理服务平台可以提供航海保障服务，制定出统一的框架协议，与其他行业建立有效联系。比如可以利用北斗指挥机阵列，对手机信息进行转发。通过北斗分理服务平台短报文服务的应用，能够为航标建设、水上安全通信等许多方面提供安全保障。

2.2.2 北斗航标遥测遥控系统建设

北斗航标遥测遥控系统是航标建设中的一项重要部分，具有对航标的运行状况及参数进行动态掌握的作用，更有利于对其进行管理。通常在遥测遥控系统的通信方面，利用了AIS基站链路与电信公网，而在二者没有覆盖的区域内，由于信号相对较弱，因此会对遥测遥控的使用造成困难。应用北斗航标遥测遥控系统时，能够对上述问题作出有效改进，在监控范围及数据的可靠性上都具备显著优势。工作过程中能够对于航标灯器的电压和电流以及位置信息进行采集，将上述信息利用北斗遥测终端处理，最后利用北斗卫星，向监控中心发送。通过北斗航标遥测遥控系统，航标管理部门能够及时进行航标遥测数据的监控。我国目前所安装的北斗遥测航标数量在6000座以上。

2.2.3 虚拟航标的建立

北斗短报文技术在虚拟航标的建立中能够得到有效应用，解决实体航标应用过程中存在的问题。目前关于航标遥测系统的主要问题集中于以下几方面：第一是通信链路容易受到干扰，从而使数据传输中断，并影响数据准确性。第二是遥测终端通信模块出现故障，此种情况下，对于航标位置以及灯光不一定造成影响。第三是灯器故障，以及浮标漂移的问题。对于上述发生频率较高的故障问题，需要通过定期开展巡检与维护进行解决，维护成本相对较高。利用虚拟航标既能够起到准确的导航作用，也能够有效降低维护工作量及维护成本。在航标被撞或发生沉船时，可以通过快速设置虚拟航标，充分保证航行的安全性。

基于北斗短报文服务的虚拟航标主要是利用北斗卫星系统传输虚拟航标信息至相应的用户终端，而后将信息利用文字、符号的形式，在导航终端电子海图上进行显示。进行虚拟航标的调度及设置过程中，可以利用北斗导航系统，将信息向相应的终端发送。为了减少北斗短报文通信频度影响，利用北斗指挥机阵列进行发送。航标主管部门向用户端及时推送关于航标动态的信息。另外也具有查询船舶位置、轨迹跟踪及回放、调度管理等功能。进行虚拟航标发布时需要调用自定义北斗TCP接口协议，船舶端应具备接收机。

相对于AIS虚拟航标，基于北斗短报文服务的虚拟航标主要优势在于覆盖范围广泛，并且不受基站的影响。目前在亚太地区范围内，均可利用北斗短报文通信方式。在北斗三号建设的背景下，可以通过北斗报文经纬度数据对船舶进行定位，达到点对点通信以及特定区域通信的目的，使导助航服务的精确程度得到有效增强，也能够减少AIS广播的无线电干扰问题。其应用过程中，可以进行短信传输以及利用符号形式在海图上显示。目前已取得实际应用的技术主要包括利用北斗短报文技术，针对重点船舶以点对点方式播发气象信息。另外还可以根据船舶类型的区别，根据其北斗位置信息，发送及订阅特定的消息，目前这一技术已应用于长江口重点船舶气象信息的播发。还可以在此基础上利用GIS技术及遥感技术等，进一步建立三维可视航道图。