北斗卫星导航系统在内河航运监管服务中的应用与展望

文|张俊杰 孟俊

中国交通通信信息中心

二、内河航运的现状

1.内河流域北斗应用初具成效

当前，内河流域北斗应用在长江流域和西江流域均已具备一定规模和效益，在北斗终端推广、平台建设、数据服务和创新应用等方面都取得了一定效果和成绩，两个区域的北斗应用模式具备借鉴推广价值。其中，长江流域在云南水富至长江口建成了超过100 座北斗地基增强基准站，通过AIS 系统、4G/5G 系统播发两种服务模式，实现长江流域北斗高精度定位服务。在终端应用推广方面，已经为300 余艘公务船、1000 余艘客船和渡船、近万艘散货船和液货船等安装了北斗终端。建设了北斗运营管理服务平台，实现了海事部分业务数据、AIS 航行数据、北斗终端应用数据等相关数据的融合应用。特别是西江流域已在四千余艘航运船舶上推广应用了北斗过闸终端，通过基于北斗过闸终端实现西江流域不停船缴费累计达近3 亿元。同时，在京杭运河和澜沧江等内河流域逐步开展北斗系统在船舶监管、船舶过闸等方面的应用。

2.数据分散未实现有效管理和服务

长江、西江等内河流域依托运营商公网，实现了北斗终端和航运船舶的数据汇聚。但各单位之间的北斗数据相互独立，未实现互联互通，也不具备数据共享机制，数据的权威性、准确度、时效性不能得到保证，存在一定的航运数据安全隐患，无法为航运业提供有效的信息服务。以长江流域为例，长江干线北斗地基增强系统工程在长江干线建设了众多北斗增强基准站以及数据处理中心、数据播发系统，在长江干线带状范围内为长江航运监管部门和社会用户提供高达分米级的定位、导航服务，可为水上船舶航行安全监管、应急指挥、船舶动态监测、提升三峡过闸通行效率等提供北斗高精度支持，但是现实中很多数据未建立共享机制，无法实现数据的互联互通。

3.内河船舶航行安全隐患仍旧突出

随着内河航运的发展，内河船舶航行安全隐患日益突出：一是内河航运船舶种类逐渐增多，船舶的数量也随之增加，导致内河航运的安全管理增加了难度，使得撞船事故出现的概率逐渐增加。二是内河航道宽度小，特别是一些水域较为密集的区域，航路、航线交叉多，航道走向极为复杂，容易形成船舶交汇频繁的现象，给内河航运船舶运输带来了一定的风险。三是内河航运中多是老旧船舶，船舶维护保养管理不善，导致设备运行状态较差，会增加内河船舶运输事故发生的概率。四是内河船舶多以私营个体为主，过度追逐经济利益，导致安全管理工作不完善。船体结构自身存在问题、船身质量不满足要求。同时也存在未按照国家相关部门规定办理船舶手续、过载超载、阻碍河道等违法行为。五是船员专业素质参差不齐，船员操作不规范，遵守规则意识不强，影响了船舶的航行安全。六是发生船舶搁浅、走锚、雷雨大风等险情和突发事件时，往往处理不当或不能给予足够重视，给内河运输船舶航行安全监管带来诸多考验。

4.内河船舶监管难题依旧存在

当前，内河船舶动态监管主要通过接收AIS 数据中包含的定位信息，对船舶位置进行监管。由于AIS 的数据录入受人为因素影响较大，常常存在格式不一样，数据不全、不准、错误等问题。一些航运船舶为了逃避海事监管，存在AIS 设备人为关机、人为篡改数据、购买带有数据的二手AIS 设备等问题，造成了内河航行船舶身份信息与实际船舶不符、单一船舶多个AIS 身份、多艘船舶共用一个AIS 信息等监管难题。

三、北斗系统在内河航运监管应用的探索

为强化北斗卫星导航系统在内河航运船舶监管等领域的应用，加快摆脱船舶航行和监管对GPS 系统的依赖，结合北斗系统示范工程已经开展了基于北斗系统的内河船舶动态预警、内河遇险报警、内河应急船舶资源管理与调度、船闸基础设施监测等方面的探索应用。

1.基于北斗的内河船舶实时位置监管

基于北斗卫星导航系统的船舶监管，主要表现在：一是全域船舶实时位置监管、指定船舶位置跟踪、船舶航行里程统计、船舶基础信息查询、船舶超速和超区域行驶告警、船舶分类管理。二是船舶基础信息管理，包括船舶基础信息统计，船舶在线情况统计，船舶配员情况、重点船舶、黑名单船舶管理。三是船舶历史轨迹回放，基于船舶航行轨迹的实时存储，可为航道内事故追查、问题船舶历史轨迹追溯、事故分析等工作提供依据。可实现单船轨迹回放、按区域轨迹回放等。四是执法船舶加密管理，通过普通加密、增强加密两种模式，实现执法船舶在执行特殊任务期间进行无线电隐身。基于北斗的船舶航行动态监测预警实际上是通过采集航行船舶精确位置信息，融合AIS 等监测监控数据，接入船舶管理、船员管理、船载客货管理等海事业务数据，基于电子航道图，实现多源数据融合显示，为监管部门提供船舶航行动态显示、监测、预警，统计分析、用户管理服务，提升内河交通安全动态监测和预警能力。通过对大量精确船舶航行轨迹数据的处理，可以高效率、低成本地生成高精度电子航迹图，在水上导航信息发布、电子航道图实时更新、未知航段的实时探测等方面发挥作用（图1）。

图1 高精度电子航迹图

2. 基于北斗的内河遇险报警管理与应急船舶资源调度

通过北斗船载终端、北斗个人信标可实现船舶和船员的遇险主被动一键报警功能。依托内河监管部门已有的值守管理、接警管理、应急指挥调度等功能，基于北斗的终端报警信息接入、管理和分发等功能，并与现有系统的值守和接警流程进行有效衔接。一是船舶遇险报警。通过一键触发基于北斗船舶导航智能终端，终端通过发送短信或北斗短报文，将船舶北斗定位信息发送到北斗遇险报警信息管理平台；这种船载终端触发遇险报警信息，在平台上能第一时间看到报警内容、船舶位置和船舶的基础信息。二是个人信标落水报警。个人信标遇水后会触发自动报警装置，北斗个人信标产生的报警信息，通过AIS 广播，由AIS 船台接收到后转发至系统，信标AIS 天线将报警位置回传至周边船舶，周边船舶根据船载终端显示位置对落水人员精准施救。在内河监管部门公务船、社会搜救力量等船舶上部署的北斗船载终端，采集船舶位置，报警、短消息等信息，接入船舶动静态数据，面向内河交通突发事件应急指挥部门，实现对应急船舶的资源监测和调度辅助。通过接入内河船舶北斗RD 数据、AIS 数据、VHF 数据等，能够查询系统应急船舶的基本信息和实时状态信息，并根据应急船舶现场发回的信息对报警提供指挥辅助。根据应急船舶发送的实时数据，可以动态显示报警周围的应急船舶信息，选择可以参与救援的应急船舶参与应急指挥和救援（图2）。

图2 基于北斗系统的内河遇险报警

3.基于北斗的安全应急通信

建设基于北斗系统的导航通信平台，突出高精度定位、短报文通信特点，提供相较于GPS 系统更多元的服务内容、更高精度的服务能力，发挥北斗差异化优势，在摆脱行业对GPS 系统依赖的同时，丰富我国交通安全应急通信手段，实现行业北斗应用“全覆盖、可替代、保安全”。通过综合利用电子海图、计算机、网络、北斗卫星等多种技术手段，不仅可实现内河流域的安全信息播发，还可实现岸基与船舶之间、船舶与船舶之间、船舶与陆地手机信息互通等功能。北斗安全应急通信系统由船载北斗终端设备、陆地数据处理中心、船舶监控与安全信息播发中心三个部分组成。它主要用于：一是区域性信息公告播发，选择需要发送安全信息的船舶，编辑或调入需要发送的安全信息，设定安全信息发送条件或手动发送安全信息。二是船岸报文信息通信，选择需要发送短报文信息的船舶，编辑或调入需要发送的信息，设定信息发送条件或手动发送信息。三是船舶与船舶间北斗报文通信，基于北斗短报文，实现船与船之间的北斗应急通信，可以在没有公网覆盖的航道实现船舶24 小时的实时应急通信。

4. 基于北斗的船舶过闸调度与船闸基础设施监测

基于北斗高精度的船舶过闸调度，旨在通过提前感知船舶位置，实现船舶有序通过，提高船闸通过的实效，提升船闸过闸的智能化管理水平。结合锚地区间内河航道图应用，采用单基站模式，为安装有北斗终端的船舶提供北斗差分增强信号，在船舶过闸调度管理服务方面提供精准服务。船闸基础设施监测主要依托现代化的传感技术、卫星定位系统、计算机技术、现代网络通信技术，对在不同的天气或环境下准实时反映船闸区域变形情况。通过对船闸区域基础设施状态性能的实时监测，分析和评价船闸基础设施的安全状态，研究变形规律，及时发布变形预报。对位移进行实时监测，并通过绘制位移变形影响线或影响面来监测船闸区域各部位位移的实时变化情况，预测其变形规律，为船闸区域基础设施的维修、养护和管理决策提供依据和指导。根据对实时位移数据的分析，进行适当的数据存储、分类、提取、统计等处理，为日常管理提供各类报表、图形，为船闸预警分析提供决策依据和参考。

四、未来应用展望

北斗系统在内河的示范应用实现了内河海事公务船舶北斗100%全覆盖，推动了内河航运船舶的北斗设备安装，形成一定的市场规模，探索了北斗卫星导航系统在船舶安全航行、遇险报警、船闸基础设置监控等监管服务方面的应用。但北斗系统应用于内河监管服务的潜力远远不止如此，仍有很多新的融合应用可尝试。

1.通过北斗解决目前AIS 基础数据不准的监管难题

当前海事监管部门对船舶的静、动态信息监管主要依靠船舶AIS 设备系统，但AIS 基础数据不准的监管难题仍未解决。另外在海事监管区域同时出现船舶AIS 信息和渔网示位标AIS 信息，导致海事监管难度加大和船舶航行安全隐患问题。在之后的北斗系统监管应用中，可尝试基于AIS 设备“机卡分离”的模式，通过北斗短报文卡的报文通道实现AIS 基础数据由船舶自动识别系统标识码证书颁发单位或海事监管单位进行远程统一配置，确保AIS基础数据完整准确，取消一线人员对AIS 数据的配置和修改端口，同时可为海事监管部门提供一份完整的监管船舶AIS 信息的基础数据库。

2. 基于北斗高精度无人机解决特殊场景迅速监管问题

无人机相对于海巡船有体积小、重量轻、携带方便、起飞方便、速度快、视野广的优点。无人机还可深入事故灾害中心区域，不受限于水面特殊情况（如油污、有毒烟气等危险情况），最大限度接近被观测目标，近距离、多角度地拍摄记录有用情报信息。基于内河北斗地基增强系统，可为无人机提供分米级的定位导航服务，通过无人机加装北斗高精度定位导航设备，将无人机系统与海事监管系统对接，可在系统上设置监管目标点，通过北斗高精度导航驱动无人机自动到达目的地，实现对现场目标信息采集、通信通道建立等监管能力的提升。

五、结束语

“全覆盖、可替代、保安全”是交通运输部推进行业北斗系统应用的总体目标，内河航运是水上运输的重要组成部分，推进北斗系统应用有利于提高监管效率和服务效能，更好落实人民满意交通的理念。通过探索基于北斗系统的内河船舶动态预警、内河遇险报警、内河应急船舶资源管理与调度、船闸基础设施监测等，创新融合应用新尝试，为多角度扩展“北斗+”内河监管应用模式，多手段提升内河航运监管服务水平提供支持。