王曉莉，竇 路，陳 凱

（1.長江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運輸部水運科學(xué)研究所，北京 100088）

北斗在內(nèi)河船舶過閘申報系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

王曉莉1，竇 路2，陳 凱2

（1.長江三峽通航管理局，宜昌 443002；2.交通運輸部水運科學(xué)研究所，北京 100088）

本文探究了北斗在長江三峽的高精度應(yīng)用，為船舶位置監(jiān)控、過閘申報及調(diào)度管理提高了效率。

北斗；船舶；內(nèi)河；高精度定位；過閘申報

項目資助： 本項目受交通運輸部信息化技術(shù)研究項目“基于北斗及地基增強系統(tǒng)的交通運輸應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號：2014 364 222 110）、交通運

輸部水運科學(xué)研究所WTI-51404項目資助。

竇 路，女，漢族，任職于交通運輸部水運科學(xué)研究所，研究方向為水運通信導(dǎo)航。

陳 凱，男，蒙古族，任職于交通運輸部水運科學(xué)研究所，研究方向為水運通信導(dǎo)航。

1　引言

為實現(xiàn)長江上船舶的動態(tài)監(jiān)管，并通過船舶申報與信息交互安排船舶通過有序、高效通過三峽大壩、葛洲壩，三峽局建設(shè)了水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用為長江三峽水上船舶監(jiān)管及船舶過閘申報與調(diào)度安排提供了發(fā)揮了重要的作用，但隨著長江船舶密度增強，該系統(tǒng)的定位精度、與其他系統(tǒng)船舶位置數(shù)據(jù)融合性等有待提高。隨著我國北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)，利用北斗及增強系統(tǒng)提高內(nèi)河船舶定位導(dǎo)航精度，避免船舶碰撞，并提高船舶在錨地、待閘區(qū)及閘室的定位精度，確保船舶航行安全，具有重要的意義。北斗系統(tǒng)在船舶的定位導(dǎo)航應(yīng)用與其他GNSS系統(tǒng)基本一致，通過船載定位功能確定船舶的實時位置、時間、航向、航速等信息。

2　北斗系統(tǒng)在長江三峽船舶應(yīng)用情況

目前，我國長江內(nèi)河定位導(dǎo)航的主要船載設(shè)備包括：船載雷達、AIS船舶自動識別系統(tǒng)、GPS水上定位應(yīng)用終端。

其中，船載雷達采用無線電回波探測反射目標并進行標繪，是傳統(tǒng)船舶航行避碰的主要手段；AIS船舶自動識別系統(tǒng)采用內(nèi)置的GPS定位單元確定自身船舶位置，并在水上規(guī)定的VHF頻段向外播發(fā)船舶靜態(tài)與動態(tài)信息，同時接收周圍船舶的AIS位置信息并進行顯示，是目前船舶航行的重要定位與避碰手段。目前，應(yīng)用于長江三峽水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)的船載GPS終端分為兩種：簡易型和導(dǎo)航型。簡易型船載終端適用于三峽河段客渡船的安全監(jiān)控；導(dǎo)航型船載終端則適用于各類需要過閘申報的船舶使用，具備航線管理、遇險報警、電子申報等功能，可為船舶航行提供各種導(dǎo)航信息和參數(shù)。

北斗在船舶定位導(dǎo)航的技術(shù)應(yīng)用與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本一致，此外，北斗系統(tǒng)因其獨特的短報文通信功能，在船舶遠程位置監(jiān)控、緊急報警、出入港與過閘管理等起到一定的作用。在內(nèi)河高等級航道應(yīng)用中，可以與公眾移動通信網(wǎng)互為備份應(yīng)用，進行船舶的遠程調(diào)度通信。

三峽地區(qū)為高山峽谷地形、河道彎曲，考慮到群山遮蔽對船舶信號接收的影響，對三峽大壩與葛洲壩之間的船舶衛(wèi)星信號收星情況進行了實測。實測采用了GPS、北斗、GLONASS三系統(tǒng)接收機，實測路線圖如圖1所示。

圖1　三峽大壩與葛洲壩間主要航道

圖2　兩壩間北斗衛(wèi)星信號質(zhì)量圖

根據(jù)圖2、圖3測試結(jié)果可知，在航道內(nèi)的北斗衛(wèi)星收星數(shù)量穩(wěn)定在10顆左右，衛(wèi)星信號質(zhì)量良好，定位精度優(yōu)于20米，進一步開展北斗及其地基增強應(yīng)用后，可使得船舶達到優(yōu)于米級的定位精度，對于三峽船舶安全航行有重要的意義。

圖3　兩壩間可用衛(wèi)星數(shù)量圖

3　基于北斗/GPS水上定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)

結(jié)合現(xiàn)有三峽水上GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以及北斗地基增強系統(tǒng)的建設(shè)，基于北斗/GPS定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，系統(tǒng)應(yīng)由管理指揮中心、地基增強偽距差分參考站、船舶終端及衛(wèi)星等部分組成。

3.1 空間部分

空間部分主要指北斗衛(wèi)星及其他GNSS衛(wèi)星，目前我國已發(fā)射了23顆北斗衛(wèi)星，隨著系統(tǒng)的建一步建設(shè)完善，可用衛(wèi)星數(shù)量將會逐步增多，地面終端可獲得更好的衛(wèi)星星座分布。

圖4　基于北斗/GPS水上定位綜合應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 北斗地基增強系統(tǒng)

面向船舶導(dǎo)航應(yīng)用的北斗地基增強系統(tǒng)采用偽距差分的方法為船舶提供差分信息，地基增強系統(tǒng)的原理圖如5所示。DGNSS系統(tǒng)采用北斗與GPS的雙模系統(tǒng)，基準站利用高精度接收機解算偽距差分信息，生成相應(yīng)格式的差分信息后經(jīng)控制站發(fā)送給發(fā)射站；完善性監(jiān)控站通過接收發(fā)射站播發(fā)的差分數(shù)據(jù)，與本地GNSS接收機接收的原始數(shù)據(jù)進行解算，校正發(fā)送的差分信息的完好性。

基于三峽航道船舶的應(yīng)用，建議將參考站沿線建設(shè)在三峽航道開闊地段，并采用一定的無線網(wǎng)絡(luò)向船舶兼容差分接收機播發(fā)偽距信息，船舶經(jīng)解算后，可提高自身定位精度。

3.3 船載終端

基于北斗/GPS的船載終端接收機，既可以接收差分增強信號，解算高精度位置信息，進行船舶導(dǎo)航，又可以通過公網(wǎng)鏈路與管理指揮中心連接，將船舶動態(tài)信息、船舶過閘申請、船舶需求等信息發(fā)送給管理指揮中心。針對監(jiān)控中心下發(fā)的指令，進行相應(yīng)的處理，顯示給船舶操縱人員以進行航行輔助。具備的主要功能包括：

（1）船位顯示：對船舶位置的顯示主要包括實時顯示船舶的位置、時刻、航向、航速等航行信息。

（2）船位呼叫應(yīng)答、自動應(yīng)答：接收監(jiān)控中心的即時船位呼叫時，自動向中心發(fā)送當(dāng)前船位。

（3）船舶動態(tài)報告：通過公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)，定時自動向管理調(diào)度中心報告本船動態(tài)，并在緊急情況下，發(fā)送報警信號。

（4）船舶（過閘）報告：

⊙ 手動彈出船舶報告單，按格式填寫后向監(jiān)控中心（船閘調(diào)度系統(tǒng)）發(fā)送船舶航次（過閘）報告（請求），并保存?zhèn)洳椋ㄟ^閘標記方式為6種，應(yīng)該在過閘后刪除清除過閘標記，只保留一條記錄）。

⊙ 過閘取消：若當(dāng)前船舶報告為過閘報告，則在詢問確認后，向中心發(fā)送過閘取消消息，并修改過閘標記。

（5）過閘跟蹤報告：針對過閘船舶，能夠根據(jù)船舶當(dāng)前航次的上行、下行狀況，在進入相應(yīng)的上行或下行報告區(qū)域時進行手工或智能報告并保存。

（6）信息接收：特殊顯示接收的船閘調(diào)度系統(tǒng)發(fā)來的調(diào)度計劃指令，并根據(jù)規(guī)則向調(diào)度系統(tǒng)立即發(fā)送收到確認信息。

（7）信息查詢：能對收、發(fā)的信息進行分類管理，提供查詢，刪除，保存等功能。

3.4 管理指揮中心

管理指揮中心系統(tǒng)由通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、電子江圖服務(wù)器、第三方接口服務(wù)器、調(diào)度接口服務(wù)器、管理平臺服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控終端、應(yīng)急服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。中心需對入網(wǎng)船舶航行情況必須進行實時監(jiān)控，能及時將船舶發(fā)出的遇險或故障求助信息通知相關(guān)單位和人員；能為航行船舶和分監(jiān)控軟件提供天氣、水情、航道等各類通航信息，向調(diào)度、海事、航道、錨地等管理部門提供船舶的各類數(shù)據(jù)和船舶的動態(tài)信息；能通知、督促、協(xié)調(diào)各監(jiān)控分中心進行應(yīng)急救助等；能提供與分監(jiān)控軟件的連接和Web信息查詢，滿足管理業(yè)務(wù)部門對船舶即時定位、船岸信息互通的需要。

4　結(jié)束語

基于北斗及地基增強的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用可以有效促進內(nèi)河船舶的過閘通航效率，并提高船舶的定位導(dǎo)航精度，以此減少船舶碰撞與事故的發(fā)生。本文結(jié)合三峽航區(qū)現(xiàn)有GPS水上應(yīng)用系統(tǒng)及船舶的定位導(dǎo)航需求，提出了基于北斗/GPS的船舶定位與過閘申報應(yīng)用，有助于提升三峽航運信息安全，并提升管理部門對船舶的監(jiān)管效率。

［1］ 莫錦華．基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的船閘報到管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．廈門大學(xué)，2013

［2］ 寧武．船聯(lián)網(wǎng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航監(jiān)測終端研發(fā)［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2015，24：20-22+25

［3］ 袁兵，葉世榕，周鵬，高振東，劉暉．長江航道典型航道要素高精度定位技術(shù)［J］．水運工程，2016，01：36-42

［4］ 耿永超，胡耀坤，梁紹一．基于北斗的地基增強系統(tǒng)試驗性能分析［A］．中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心．第六屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集—S05衛(wèi)星導(dǎo)航增強與完好性監(jiān)測［C］．中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心，2015：5

［5］ 王成，崔健慧，施闖，唐衛(wèi)明．中國沿海RBN-DGNSS系統(tǒng)北斗差分定位性能測試及分析［J］．大地測量與地球動力學(xué)，2015，03：412-415+423

［6］ 張國平．長江干線北斗CORS建設(shè)的若干思考［J］．測繪通報，2015，07：5-8+26

Exploration of BDS Application in Inland River Ship Lockage Reporting System

Wang Xiaoli1， Dou Lu2， Chen Kai2
（1.Three Gorges Navigation Authority，Yichang， 443002； 2.China Waterborne Transport Research Institute， Beijing， 100088）

The paper explores the BDS precision applications in the Three Gorges of ship navigation and lockage reporting， so as to improve efficiency of the ship position monitoring， lockage reporting and vessel dispatching management.

BDS； ship； Inland River； high precision positioning； lockage reporting

圖5　偽距差分地基增強系統(tǒng)參考站結(jié)構(gòu)圖

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.002

TN96 文獻標示碼：A

1672-7274（2016）07-0004-03

王曉莉，女，漢族，任職于長江三峽通航管理局，研究方向為通信工程。