北斗卫星导航系统的发展及其在现代海运业的应用

北斗卫星导航系统的发展及其在现代海运业的应用

孔少彬张磊

身份证号码：1304241987****0318；身份证号码：4208811988****4414河北高碑店074000

摘要：北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的重要战略空间基础设施。2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。到2020年将覆盖全球，北斗卫星导航系统已逐步启动交通公路运输、海上运输、气象、渔业、公共安全、民政减灾救灾、林业等12个行业示范。本文分析了北斗卫星导航系统的发展，并探讨了其在现代海运业的应用，希望为相关人员提供一些帮助。

关键词：北斗卫星导航系统；现代海运业；应用研究

引言：北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，可全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。2012年12月27日，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。2014年11月23日，国际海事组织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，取得了面向现代海运业应用的国际合法地位。

1北斗卫星导航系统的发展概述

北斗卫星导航系统是继美国GPS和俄罗斯“格洛纳斯”之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，于1994年开始建设，2012年12月27日起正式提供亚太区连续导航定位与授时服务。2017年11月5日，北斗三号首批组网卫星（两颗）以“一箭双星”的发射方式顺利升空，这标志着我国正式开始建造北斗全球卫星导航系统。北斗系统主要有四大功能，能在全球范围内进行全天候、全天时为各类用户提供高精度的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信功能。

1.1提高定位精度

为进一步提高定位精度，北斗系统正在全国各个地区加紧建设地基增强系统。所谓的地基增强系统类似于GPS的差分功能，也就是用地面基准站消除北斗信号的区域误差。配合地基增强系统，北斗连续定位误差精度将能达到米级，而后续处理误差甚至可以达位置误差1.2厘米，高程误差1.8厘米。

1.2消除定位盲区

正在建设的广域室内外高精度定位导航系统—“羲和”系统，作为北斗系统的有效延伸，能有效解决卫星导航存在的室内定位盲区，可以实现室内、地下等卫星信号屏蔽地区的导航需求，使北斗具备室外优于1米、室内优于3米的无缝定位导航能力。

1.3增强抗干扰能力

为进一步提高导航系统的抗干扰能力，我国自主知识产权的电磁盾牌技术正在应用于北斗系统。卫星系统多节点设计，可以使用户不依托地面站即可以直接与卫星交互信号实现定位与通信；变频发射技术也是未来北斗的发展方向。这些技术的应用，能进一步提高北斗系统抗干扰能力，适应未来复杂的战场环境。

1.4多系统融合发展

近年来，各大国也非常注重星际导航的合作、兼容。2017年11月29日，中国卫星导航系统委员会王力主席与美国国务院乔纳森•马戈利斯助理副国务卿在北京签署了《北斗与GPS兼容与操作联合声明》，标志着北斗与GPS在信号领域实现射频兼容。届时，用户可以根据不同需要切换到不同卫星导航系统，充分体现不同卫星导航系统的互补性，也能为系统的精度和可用性带来更好的改善。下一步，与格洛纳斯同北斗的合作与兼容也已列入议程。可以预见，全球三大卫星定位导航系统的融合，全球超过100颗通信卫星组成的庞大定位网络，将给终端用户提供更为可靠的定位服务。

2北斗卫星导航系统在现代海运业的应用思考

（1）为船舶提供比较准确的位置和速度信息。目前的北斗卫星导航系统定位和测速精度虽然比不上GPS系统，但在2020年全球组网完成后其接近2米的定位精度和高于0.2节的测速精度完全可以满足商船定位需要，同时由于目前的北斗接收机对GPS和GLONASS具有兼容性，也为其他国家商船船队的设备配备提供了新的选择。

（2）为船公司有效管理船舶和船舶之间的应急救援提供了良好的途径。由于该系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向简短汉字数字通信能力，且这种数字通信服务在系统的工作区域内不受时间和次数的限制，船公司可以方便地通过该系统直接向船舶下达指令，便于船舶调度。在船舶遇险的情况下，可以直接向周围的用户机发出短信救助要求，便于进行紧急救援。

（3）北斗卫星导航系统的精密授时功能可以为海事事故调查提供信息支持。海事事故调查过程中，往往由于两船之间的时间记录有差别，导致船舶动作记录因时间差别而与实际差别较大，责任判定出现失误。船舶用户可以直接引用北斗卫星导航系统提供的精密授时，保证时间信号的准确。

（4）船队监控与管理。2016年全国12米以上海洋机动渔船艘数为83874艘，是世界上海洋机动渔船数量最多的国家之一。目前，农业部已经在所有中国沿海海洋捕捞机动渔船上安装了基于北斗系统的渔船船位监控管理系统。该系统已经与AIS系统整合，为海洋渔业安全生产与紧急救援提供了技术保障，取得了非常好的应用效果。其主要功能是：1）向外海生产作业者和关联者提供船、岸间的多种通信网络的数字报文互通服务；2）向渔业管理部门提供渔业管理、船位监控、紧急救援信息服务；3）向渔业经营者提供渔业交易信息服务以及物流运输信息服务；4）向海洋渔业船只提供定位导航、航海通告、遇险求救、增值信息服务。同样，该功能可以用于大型航运企业的全球船队管理，并可以按照不同的船舶类型在全球调度。大型船公司可以通过该系统掌握自己船队的分布及动态状况。在进行分组管理以后，可以知道自己的油轮船队、集装箱船队、散货船队的分布及动态状况，实现指挥、监控的功能。

（5）整合物联网技术与北斗卫星导航技术，实现海运集装箱全球调度管理。以物联网为基本构架，以北斗卫星定位系统为主要传输工具，整合物联网技术、无线射频识别RFID技术（又称电子标签）、北斗卫星导航技术，形成北斗-物联网综合管理系统，物联网技术的核心是通过通信和交流来进行资源共享，不受天气、地域限制的北斗卫星导航定位是其非常重要的技术支撑。RFID技术拥有无精准对位、大批量数据同时采集等特点，读写器自动识别并将信息传输到管理系统中，然后更新标签，使集装箱调度人员从大量重复的入站、出站、维护、在途、盘点等工作中解脱出来，方便了对集装箱的全球调度与管理。

结语

为了提高我国北斗卫星导航系统在现代海运业中的影响力和服务水平，我们可以根据我国海运业使用其他卫星导航系统的经验，加强我国自主导航系统的影响力，提升我国卫星导航服务整体水平，加强与研究单位的沟通与联系，研究和实践北斗卫星导航定位系统在现代海运业中应用的使用方法与试验环境，根据北斗卫星导航系统的建设情况和现代海运业的主要需求，逐步提高北斗卫星导航定位的服务水平，拓展北斗卫星导航定位在现代海运业中的应用与发展。

参考文献：

[1]白英广.北斗卫星导航系统安全和完好性监测现状与发展探析[J].科技创新导报，2018，15（14）：89-90.

[2]周学群.北斗卫星导航系统在长江航运中的应用[J].中国高新科技，2018（14）：77-80.

[3]闫子耀.基于北斗系统的船舶导航系统定位精度研究[J].中国水运（下半月），2018，18（07）：49-50.