北斗短報文技術在虛擬航標中的應用

1、北斗短報文技術在虛擬航標中的應用打開文本圖片集摘要：虛擬航標是一種重要的導助航設施，隨著技術的發(fā)展應用越來越廣泛。通常，虛擬航標泛指虛擬AIS航標，在我國沿海和內河地區(qū)都有了典型應用。近年來，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，也為航海保障帶耒了新的發(fā)展方向，基于:IL4技術的航標遙測遙控、水文氣象觀測、：船舶監(jiān)控、：應急救援等也都取得了驕人的成績，沿海和內河有六千余座導助航設施使用北斗。在:導航系統(tǒng)發(fā)展的基礎上，研究了基于北斗短報文技術的虛擬航標，提出一種虛擬北斗航標，并與傳統(tǒng)的虛擬AIS航標做了比對，最后，通過實驗測試了虛擬J航標提供導助航服務的可行性。關鍵詞：短報文虛郵印航標導助航服務航標，

2、是指供船舶定位、導航或者用于其他專用目的的助航設施，包括視覺航標、無線電導航設施和音響航標。虛擬航標是一種特別的航標類型，是隨著Ais、電子海圖等技術的發(fā)展而應用開來的，主要通過無線電形式在電子海圖或接收機上標識水域某點存在具有某種功能的航標，以達到助導航的目的。目前，提起虛擬航標大都默認是指虛擬AIS航標，虛擬航標幾乎就等同于是虛擬AIS航標。本文在衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展的基礎上，提出一種基于短報文技術的虛擬航標，同時匕喉和論述了虛擬北斗航標和虛擬AIS航標的優(yōu)缺點，并通過實驗測試了虛擬北斗航標的可用性、可靠性和時效性，實驗結果表明可以向特定區(qū)域的船舶提供虛擬航標服務。1 .虛擬AIS航標虛擬AI

3、S航標：由AIS臺站通過21號電文播發(fā)的不存在實體航標的航標信息。根據定義，虛擬AIS航標又分為臨時虛擬AIS航標和永久虛擬AIS航標。臨時虛擬AIS航標適用于如下情況：標識航行限制區(qū)域；標識臨時推薦航路；標識故障航標或移位航標。永久虛擬AIS航標可在不具備布設實體航標條件時使用，宜布設在深水區(qū)域或惡劣海況環(huán)境，以及隨時間、洋流或天氣影響而動態(tài)變化的區(qū)域，適用于如下情況：標識永久礙航物；標識航道界限；標識安全水域界限；標識特殊區(qū)域（如錨地和遮蔽區(qū)1在電子海圖、紙質海圖和航海出版物中應標識永久虛擬AIS航標。虛擬AIS航標具有設置速度快、位置精確以及不受自然條件限制，適用于因各種原因無法布設實體

4、航標的情境，例如標識沉船位置，能在第一時間起到導助航作用，能有效保障水上航行安全，時效性強是其顯而易見的特點。2017年底，交通運輸部批復"長江口深水航道利用邊坡自然水深提升通航效率總體方案”，為有效標示長江口深水航道界限，共設置了45座虛擬AIS航標，包括左側標、右側標和專用標，長江口深水航道也成為中國最大規(guī)模應用無線電航標標示航道界限的電子航道。虛擬AIS航標是實體航標的重要補充，但是也存在一定的局限，因基站作用距離、傳輸路徑信號衰弱以及電子海圖設備故障等原因，虛擬AIS航標的信息并不會100%被船舶接收到，一定程度上存在航行安全隱患。2 .虛擬北斗航標2.1 1匕斗短報文技術衛(wèi)

5、星導航系統(tǒng)是我國自主建設的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),它具有定位、導航、授時等功能，是我國構建綜合PNT系統(tǒng)的關鍵，衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經成為全球無線電導航系統(tǒng)組成部分，獲得了面向海事應用的國際合法地位，而短報文服務也是北斗系統(tǒng)區(qū)別于其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特色之一。北斗短報文服務能實現雙向通信，它是通過用戶應答，在定位的同時完成向外部系統(tǒng)的用戶位置報告，實現定位與通信的集成。短報文業(yè)務可以為不同行業(yè)眾多用戶提供基于位置的信息共享、短報文信息轉發(fā)等服務。目前基于:Ib4短報文服務，各個領域已實現了多種應用場景,包括諸如北斗海洋漁業(yè)應用，基于北斗系統(tǒng)的海洋監(jiān)測信息實時傳輸系統(tǒng)，北斗海上搜救體系，救生信標機，北斗船舶監(jiān)

6、控務系統(tǒng)，海上溢油跟蹤浮標系統(tǒng)，水文北斗統(tǒng)一指揮平臺，在線水質監(jiān)測系統(tǒng)等。2.2 分理服務平臺通過申請獲得北斗分理運營資質，建設北斗分理平臺，從而利用北斗短報文裝務，為不同行業(yè)眾多用戶提供基于位置的信息共享、短報文信息超發(fā)、數據傳送、園呈測控，并具有用戶1日分理服務平臺以北斗信息管理、查詢、調閱、指揮調度和管理、通播、組播、單播，以及各類信息增值服務。為核心，提供位置服務和消息轉發(fā)應用。如圖1所示，北斗分理服務平臺以數據為中心,接入包括Ais、水文氣象等信息，結合海圖應用，提供北斗數據服務。在航海保障領域分理平臺實現本行業(yè)的協(xié)議、接口的約束和適配，通過制定統(tǒng)一、完整的框架協(xié)議實現與其他行業(yè)的互

7、聯(lián)互通，例如通過北斗指揮機陣列轉發(fā)手機信息。北斗分理服務平臺在航標建設、水上通信、應急救援等領域提供保匐艮務，以其獨有的短報文服務構建面向海事領域的應用平臺。23航標遙測遙控系統(tǒng)航標遙測遙控系統(tǒng)的應用是航標建設的一大亮點，能動態(tài)掌握當前航標的狀態(tài)和運行參數,極大提高了監(jiān)控管理效率。遙測遙控系統(tǒng)主要采用電信公網和AIS基站鏈路進行通信,對于公網和AIS基站無法覆蓋的區(qū)域，信號較弱而無法正常使用遙測遙控，給巡檢維護工作帶來較大的困難?；?的航標遙測遙控系統(tǒng)是近年來航標發(fā)展的新方向，北斗集定位與通信功能于一體，它具有監(jiān)控范圍大，可靠的優(yōu)勢，通過采集航標燈器的工作電壓、工作電流、位置信息，經過北斗遙

8、測終端處理后再通過北斗衛(wèi)星傳送給監(jiān)控中心服務器，航標主管部門可以實時監(jiān)控航標遙測數據。目前中國沿海和內河安裝有:I遙測終端的航標已超過六千座。2.4 基于北斗短報文技術的虛擬航標虛擬航標的應用可以補充實體航標的不足，當前的航標遙測系統(tǒng)主要有以下幾點問題：(1)通信鏈路受不明原因干擾造成委傳輸中斷或者數據不準確；(2)遙測終端通信模塊故障，而此時航標的位置和燈光亮滅情況可能是正常的；(3)燈器故隔口浮標漂移。無論是遙測模塊故障還是燈器故障，都需要及時進行巡檢和維護。雖然未來可通過高分衛(wèi)星、無人機、無人艇、過路船舶或巡邏艇在較小成本和惡劣環(huán)境下實現現場狀況的觀;則和掌握,但是仍不能解決現場更換的問

9、題，維護成本高的缺點顯而易見。通過設置虛擬航標可以保證航標的導助航效能，并在一定程度上減少維護工作量，提高數據精確度和設置及時性，對于不能及時修復的漂移或被撞的航標，突發(fā)的沉船事件，都可及時設置虛擬航標，這不僅能有效地保障水上航行安全，而且又避免了實際航標漂移幾十米、幾百米造成的位置不準確問題。綜合應用電子海圖、航標系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等技術構建數字航道圖，實現航標動態(tài)、航行警告的實時發(fā)布和動態(tài)顯示。目前，闔以航標主要依賴于AIS系統(tǒng)，通過AIS基站進行信息廣播，它受限于基站覆蓋范圍，在遠離基站的區(qū)域航行會接收不到的以航標信息。本文提出一種基于:Ib4短報文服務的虛擬航標，將虛擬航標的信息通

10、過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸到用戶終端，最終以符號或文字消息的形式顯示在船舶導航終端電子海圖上，如圖2所示。虛擬航標的調度、設置都可通過導航系統(tǒng)傳輸給1a船臺等終端，北斗I旨揮機陣列可實現秒級發(fā)送，不受北斗短報文通信頻度的影響。航標主管部門作為唯一的數據源保證航標數據的一致性，不同廠商生產的終端通過約定的協(xié)議實現互通，最新頒布施行的航道法為航標管理提供了法律依據航標主管部門將航標動態(tài)信息推送至用戶端保證易以航標的及時性、有效性和數據一致性，同時，還實現船舶位置查詢、軌跡跟蹤、歷史軌跡回放、調度管理、統(tǒng)計查詢等。以:Ib4分理平臺進行實驗測試，通過調用自定義北斗tcp接口協(xié)議實現虛擬航標的發(fā)布,船舶端只需

11、要有一臺接收機即可?；诒倍返奶摂M航標比AIS虛擬航標具有更大的覆蓋范圍，而且不受基站限制，在亞太地區(qū)都可利用北斗短報文進行通信，而且隨著:I四三號的建設，全球短報文對于安全信息的傳輸也提供了途徑。根據報文經緯度委,可以確定船舶位置，實現點對點通信和特定區(qū)域通信，從而為特定船舶提供更精準的導助航服務，避免了類似AIS廣播帶來的無電"污染。：I區(qū)既可以傳輸明文短信，又可編碼解析在海圖上以符號的形式顯示。利用北斗分理平臺進行實驗驗證了d虛擬航標的可行性。相關領域內，通過北斗短報文技術對重點船舶點對點播發(fā)氣象信息已成為現實，針對不同類型的船舶，基于船舶位置信息進行定制化的消息發(fā)布和訂閱，這

12、在長江口區(qū)域重點船舶氣象信息播發(fā)中都有了實際的應用。隨著技術的發(fā)展，應用遙感技術、GIS技術、NB-IoT等構建三維可視航道圖，效果更直觀。虛擬航標發(fā)布管理模式、航標動態(tài)信息的有效期和虛擬航標在船舶終端的可視化顯示則需要下一階段重點研究，并結合物聯(lián)網和其他海上通信系統(tǒng)進行綜合應用。3.展望播發(fā)航行警告、搜救信息、水文氣象信息、海上安全信息對于預防和減少海上交通事故的發(fā)生有重要的作用。北斗系繃各有效提高安全信息播發(fā)覆蓋范圍，拓寬水上通信服務能力。越來越多的船舶已經安裝有船載：I口終端和應急示位終端，終端之間不僅可以互通信息，還能通過指揮平臺實現通播，達到7*24小時不間斷監(jiān)控船舶動態(tài)信息、禁航區(qū)自動管控、安全信息播發(fā)、船舶避碰、遇險緊急求救，從而構建全方位立體綜合海事監(jiān)控系統(tǒng)。此外，還可以結合鏈路傳輸Ais船舶信息，實則ais一體化應用，消除偏遠水域信息孤島，達到信息網絡全覆蓋，保障船舶安全航行。海上通信手段越來越豐富，通過技術融合可實現多