北斗卫星导航系统在船舶中的应用及对策

郑丽彬 丁天明 艾万政 楼然苗

【摘 要】 为完善北斗卫星导航系统建设，介绍北斗卫星导航系统在船舶导航定位、船舶监管、应急救援及渔船管理上的应用现状，分析现阶段其在船舶行业应用所面临的问题，针对目前存在的不足提出改进对策：扩大船舶应用范围、完善政策法规体系、加强技术创新。

【关键词】 北斗卫星导航系统;船舶导航;问题;改进对策

0 引 言

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航、通信和授时服务的国家重要空间基础设施。

2014年11月23日，国际海事组织（IMO）海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函。这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事應用的国际合法地位。2017年11月5号，中国第三代导航卫星以“一箭双星”的发射方式顺利升空，标志着我国正式开始建设北斗全球卫星系统。同年8月19号，西昌卫星发射中心成功发射第37、38颗北斗卫星，这两颗卫星首次装载了国际搜救设备，将为全球用户提供遇险报警及定位服务。2018年12月27日，北斗卫星导航系统基本建设完成，北斗系统服务范围由区域扩展为全球。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段等3部分组成。主要特点有：空间段采取3种轨道卫星组成的混合星座，抗遮挡能力强;使用三频信号，能更好地消除高阶电离层延迟影响，增加数据预处理能力，提高可靠性和抗干扰能力;创新融合了导航和通信的功能，可以在远洋通信、应急救援、交通运输等领域发挥重大作用。

1 北斗卫星导航系统在船舶航行和安全管理中应用

1.1 船舶导航定位

北斗卫星导航系统船载终端设备（下称“船载北斗终端”）可以实时显示船舶位置、速度、航向等动态信息，规划船舶航线，检测船舶是否偏航（偏离一定角度后会发出提醒）。目前，船载北斗终端一般与电子海图信息相叠合显示，清楚直观，便于工作人员查看。船上人员还可以根据电子海图显示的船舶位置、速度，计算船舶到达目的地的时间，实现安全、高效航行。

1.2 船舶监管

传统的海上船舶监控手段主要有船舶自动识别系统（AIS）和移动通信网络监控。由于存在监管盲区及通信资费昂贵等弊端，武汉市港航局使用了一种基于北斗卫星导航技术的船舶航线监管系统。该系统能够实现船舶的实时定位、测速、精密授时，船舶之间及船舶与监控中心短报文双向通信，还具有防碰撞预警、航迹偏差告警等一系列功能。[1] 北斗卫星导航系统与电子海图技术相结合，利用短报文通信技术进行船舶状态上报、遇险求救及公共信息发布。[2] 港口监管部门可以利用北斗卫星导航系统将港口各泊位吨位及靠泊船舶信息通过调度系统显示，合理安排港口船舶调度工作。[3]

1.3 应急救援

我国海上救援工作主要由遇险者通过拨打海上通信无线电话、海岸电台、应急无线电示位标等方式报警，海上搜救机构对遇险信息进行核实和分析，继而展开救援工作。但是这样存在遇险信息不确定、救援指挥工作难以协调等缺点。现阶段有两种救援方案：一种是在救生衣中携带AIS定位系统，北斗卫星通过信号搜索找到遇险人员，向附近船舶发布救援信息;另一种是将北斗卫星导航系统、海上智能检测系统、地面控制中心、海图定位系统四者相结合，待遇险信息确认后，传送急救信息，定位遇险人员，并开展岸上救援指挥工作。

1.4 渔船管理

截至2017年底，我国渤海、黄海、东海、南海等海域的5万多艘渔船配备了北斗终端设备，遇到台风等自然灾害，渔政部门可通过北斗卫星导航系统向渔民发送回港预警信息，保障渔民的生命财产安全。在渔船数据挖掘中，利用北斗终端对渔船进行作业航次提取、类型识别、捕捞追溯、状态判断、捕捞努力量计算、渔区内渔船捕捞强度监控、捕获量估算等信息的挖掘，为更精细化的渔船管理提供数据参考。

2 应用中存在的问题

2.1 船舶领域应用有待推广

北斗卫星导航系统尚未在商船和远洋渔船上大规模应用，一方面是因为GPS导航系统经过20余年的应用和推广，其技术水平、应用研发、产品发展成熟，市场积累深厚，而北斗卫星作为我国自主研发的导航系统，投入使用时间短，民众了解程度较低;另一方面北斗卫星产业发展仍然处于产业培育的初期阶段。根据我国《2018卫星导航与位置服务产业发展白皮书》，我国卫星导航与位置服务领域的企事业单位数量有14 000家左右，业内上市公司总数为58家。但是，其中大部分企业都不能实现产品盈利，若没有政府的政策支持和财政补贴，公司运营尚难维持。

2.2 政策法规不够完善

（1）缺乏统一的国际化应用服务标准体系。由于北斗卫星导航系统起步较晚，且VHF系统、AIS系统、VTS系统是基于GPS系统研发的，因此北斗卫星导航系统尚未能在航运设施上得到广泛使用。

（2）标准建设滞后。我国缺乏针对北斗卫星导航系统建设、运行、应用和产业促进的法律法规，尤其是在民用领域的推广应用依然存在法律空白。譬如，《北斗卫星导航系统交通运输行业应用专项规划》 《北斗系统公开服务性能规范》 《国家卫星导航产业中长期发展规划》等相关文件都不具备法律效力，可执行力度较差。

2.3 北斗卫星导航系统还需完善

北斗卫星导航系统虽然已经建设完成，并已向全球用户提供服务，但是在定位精度上，与GPS还存在差异。GPS单点定位精度可达到1～5 m，而北斗卫星导航系统全球服务定位精度为水平10 m、高程10 m，测速精度0.2 m/s，授时精度为20 ns，在亚太地区精度为水平5 m、高程5 m。GPS在全球已建有5个监控站，均匀分布于赤道上，而北斗卫星导航系统刚建成一个海外监控站，这就使得GPS定位精度高于北斗卫星导航系统。

北斗卫星导航系统的芯片价格也是制约其大规模民用的一个重大因素。与GPS相比，北斗芯片价格较高，功耗体积较大，不占据市场优势。具体表现在：国内公司对北斗卫星导航系统的核心零部件的制造水平和关键技术掌握程度不高，国内基带与射频芯片在功耗、灵敏度、产品稳定性、应用解决方案等与国外企业有着巨大差距[4];另一方面北斗芯片的研发成本过高，前期投入巨大，许多中小企业难以承担。

3 改进对策

3.1 扩大船舶应用范围

3.1.1 加强推广力度

（1）政府应出台具体的优惠政策，对配备有船载北斗终端的船舶进行财政补贴，降低安装费用;建立“远洋渔船+北斗导航”北斗全球服务推广示范项目，以此推动北斗卫星导航系统在远洋船舶上的使用。

（2）海事局作为海事管理部门，应修订《国内航行海船法定检验技术规则》和《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》，要求国内注册和建造的船舶都应配备船载北斗终端，海上船员都应具备熟练使用北斗卫星导航设备的能力。

（3）政府应大力扶持国内北斗产业的发展，鼓励其完善产品研发、生产、销售和售后保障等一系列产品生产体系。

（4）主流媒体应对北斗卫星导航系统进行针对性的报道，大力宣传并详细介绍其功能、特点、优势等，提高民众的认知度，有助于民用市场的推广使用。

3.1.2 加快船舶应用产品研发

（1）电子海图显示与信息系统（ECDIS）是一种完全适用于《国际海上人命安全公约》要求的电子海图系统。按国际标准研发的电子海图设备并不具备与北斗卫星导航系统兼容的功能。因此，海事局应与IMO进行沟通协调，修订ECDIS国际硬件标准，推动北斗卫星导航系统的国际产业化。

（2）目前全球范围内能够提供符合国际标准的ECDIS厂家有十多家，多数产品均为国外公司研发提供。政府应积极推动国内企业与国外导航设备厂家进行交流合作，共同研制出与北斗卫星导航系统相兼容的导航设备。

（3）北斗卫星导航系统在船舶领域主要用于船舶的定位和导航，而在船舶监管、港口监管、海上应急救援等方面仅处于理论或实践阶段，还未实现大规模的应用。国内企业应实地调研考察目前船舶领域存在的不足，分析北斗卫星导航系统在船舶领域应用的优势，加快“北斗+船舶”模式发展速度，研制出合适的船舶應用产品，推动产品的安装使用。

3.2 完善政策法规体系

（1）政府应加强国内标准建设，进一步规范北斗卫星导航系统的建设、管理和应用，加快《北斗卫星导航条例》的立法工作，完善北斗卫星导航系统应用的标准体系。

（2）加强国际标准的跟踪研究，积极参与国际会议，通过国际沟通协调机制适时将北斗卫星导航系统纳入国际标准，推动其全球化发展。

（3）政府可以借鉴国外导航系统产业政策法规制定经验，根据我国现阶段北斗系统发展情况，制定合适的政策，引导北斗卫星导航产业的长远发展。

3.3 加强技术创新

国家应加快构建北斗卫星导航产业创新体系，突破核心关键技术，力争实现广域米级、沿岸分米级、重点水域厘米级、事后处理毫米级定位，为船舶安全航行、海洋渔业、港口调度等行业提供高精度的导航助航服务;着力提升芯片研发水平和制造工艺，重视芯片的知识产权工作，实现产业发展过程中基础设施和核心技术的国产化，为北斗卫星导航系统的产业化发展奠定基础。除此之外，国家还应加快地面监控站和地基增强系统建设，提升增强系统的服务性能和运行连续性、稳定性、可能性，实现高精度定位。

4 结 语

“北斗”作为我国大力发展的卫星导航系统，在保障国家安全、维护人民幸福生活上具有重要意义。虽然现阶段北斗卫星导航系统空间和地面基础设施还有待完善、“北斗+船舶”产品体系尚未完整、相关政策法规标准还有待建立等一系列问题制约其在船舶上的广泛应用，但《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中提出要加强北斗卫星导航系统基础设施建设和应用的要求，表明下一阶段北斗卫星导航系统将会建设得更完善，推动船舶领域更加智能化、系统化和信息化。

参考文献：

[1] 安庆，吴树森.北斗船舶航线监管平台系统设计与实现[J].全球定位系统，2017（2）：50-54.

[2] 王玉玺，杜鹏，侯岳麟.基于电子海图的北斗船舶监管系统设计[J].世界海运，2018（8）：25-27.

[3] 田向阳，乔文长.北斗卫星导航系统在船舶海上航行中的应用研究[J].数字技术与应用，2017（8）：54-56.

[4] 柳桂财，栾法敏.电子海图的种类和使用[J].世界海运，2007（4）：31-33.