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北斗为海事信息化赋能

时间:2021-01-17 09:06来源:未知 作者:xabdxl 点击:
中国于20世纪后期,为探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;计划在2020年前后,建成北斗全球系统,向全球提供服务。2035年前还将

  北斗为海事信息化赋能

  字号近年来,北斗卫星导航系统发展迅速。该系统是继美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯之后,由中国独立自主建设的一个卫星导航系统。北斗卫星导航系统由两个独立的部分组成,一个是2000年开始运作的区域实验系统,另一个是已经开始面向全球服务的全球导航系统。全球导航系统可为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。目前,北斗卫星导航系统的相关产品已成功应用在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域。其中,北斗卫星导航系统在海事行业的融合应用将为海事界带来新的机遇。

  一、何为北斗卫星导航系统?

  中国于20世纪后期,为探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;计划在2020年前后,建成北斗全球系统,向全球提供服务。2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。

  北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。北斗卫星导航系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。北斗卫星导航系统地面段包括主控站、注入站和监测站等若干地面站。北斗卫星导航系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

  北斗卫星导航系统具有以下特点:一是北斗卫星导航系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其低纬度地区性能特点更为明显。二是北斗卫星导航系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是北斗卫星导航系统创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

  截至2019年12月16日,共发射4颗北斗导航试验卫星和53颗北斗导航卫星。53颗北斗导航卫星中,包含地球静止轨道卫星9颗,倾斜地球同步轨道卫星12颗,中圆地球轨道卫星32颗。其中,第1颗、第2颗、第14颗北斗导航卫星已经退役。2019年,中国先后完成7次发射任务,将9颗北斗三号、1颗北斗二号导航卫星送入预定轨道,北斗三号全球系统核心星座部署完成。2020年3月,中国在西昌卫星发射中心成功发射第54颗北斗卫星导航系统导航卫星。2020年6月23日,北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星、第三颗地球静止轨道卫星有效载荷在西昌卫星发射中心成功发射。

  二、北斗卫星导航系统提供哪些服务?

  北斗卫星导航系统不断提升服务性能,扩展服务功能,以保障系统连续稳定运行,进一步提升全球定位导航授时和区域短报文通信服务能力,并提供星基增强、地基增强、精密单点定位、全球短报文通信和国际搜救等服务。

  1、定位导航授时服务。为全球用户提供服务,空间信号精度优于0.5米;全球定位精度优于10米,测速精度优于0.2米/秒,授时精度优于20纳秒;亚太地区定位精度优于5米,测速精度优于0.1米/秒,授时精度优于10纳秒,整体性能大幅提升。

  2、短报文通信服务。区域短报文通信服务,服务容量提高到1000万次/小时,接收机发射功率降低到1-3瓦,单次通信能力1000汉字(14000比特);全球短报文通信服务,单次通信能力40汉字(560比特)。

  3、星基增强服务。按照国际民航组织标准,服务中国及周边地区用户,支持单频及双频多星座两种增强服务模式,满足国际民航组织相关性能要求。

  4、地基增强服务。利用移动通信网络或互联网络,向北斗基准站网覆盖区内的用户提供米级、分米级、厘米级、毫米级高精度定位服务。

  5、精密单点定位服务。服务中国及周边地区用户,提供动态分米级、静态厘米级的精密定位服务。

  6、国际搜救服务。按照国际搜救卫星系统组织相关标准,与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统,服务全球用户。同时提供返向链路,极大提升搜救效率和服务能力。

  三、北斗卫星导航系统国际化发展进程?

  北斗卫星导航系统将通过实现充分的国际化以成为全球性导航系统。为此,北斗卫星导航系统付出许多努力并取得显著成效。

  图北斗卫星导航系统国际化发展时间线

  四、北斗卫星导航系统对海事信息化有什么影响?

  北斗卫星导航系统在交通运输、通信授时、救灾减灾方面已得到广泛应用。交通运输方面,截至2019年12月,中国36个中心城市的3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已应用北斗卫星导航系统。通信授时方面,突破光纤拉远等关键技术,研制出一体化卫星授时系统。救灾减灾方面,基于北斗卫星导航系统的导航、定位、短报文通信功能,提供实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务,显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。

  1、北斗应急示位标。利用北斗定位和通信服务,北斗应急示位标在落水后自动或人为启动,发出包含自身位置、发送时间等信息的求救信号,为管理部门海上应急救援提供重要参考依据。

  2、北斗高精度定位助力长江口深水航道边坡利用。长江口北斗CORS系统实现船舶厘米级定位,通过高精度定位服务,为大型超宽船舶安全交会创造条件,保障长江口深水航道边坡得以有效利用。

  3、北斗一体化灯器及航标遥测遥控系统。海上北斗一体化灯器和配套的遥测遥控终端的应用,解决了海上公网信号覆盖盲区内航标遥测遥控的通信问题,减少了巡检维护成本,增强了航标工作稳定性,提高了综合助航效能。全国沿海使用北斗遥测遥控系统的航标达到3000余座。

  4、北斗多功能航标及北斗差分潮汐测量。开发了基于北斗卫星导航系统水域环境采集的多功能航标,通过北斗高精度测姿定位,实现了浮标的潮汐观测,计算后的精度达到5cm范围内,能够满足国际海道测量组织的测量精度要求,实现了港口航道内无验潮潮汐观测。

  5、北斗船舶自动识别避碰系统。通过将北斗与AIS相结合,船舶终端设备能够将本船和周边船舶的AIS信息通过北斗短报文发送至岸端,扩展了AIS岸基系统,丰富了海上船舶安全监管和航行保障的手段,延伸了北斗海上应用的范围。

  6、海事执法船舶北斗调度系统。可实时掌握海事执法船舶全球海域位置,及时通讯调度,保障执法船舶航行安全,提高海事执法效率。

  五、北斗卫星导航系统有什么应用?

  近年来,北斗卫星导航的迅猛发展为海事带来许多新的应用场景,为海事行业注入新的生机和活力。

  1、智能过闸系统。2018年6月,南宁市商务局主办的“2018年第五届南宁物流周”上展示了江船联网北斗智能终端和北斗智能过闸系统。在船闸业务方面,基于北斗技术的智能过闸,为实现西江船闸联合调度提供坚强技术保障,大大提高了船舶过闸效率和西江船闸管理水平。在水运物流方面,船舶应用船联网北斗智能终端,初步实现船舶的监管以及货物的实时跟踪与监管,为进一步推广应用积累了相关技术。

  2、船舶动态监管系统。2018年7月,浙江宁波、舟山、嘉兴、台州、温州等地6000多艘渔船安装了基于北斗的船舶动态监管系统,可以在浙江省海洋渔业局的中心平台上,对所有装有该系统的船舶,实行24小时的不间断监控。该系统主要包括船载监管终端、船员电子身份证读取系统和系统控制软件三大部分。该系统还有个自动报警功能,一旦发生渔船倾覆或者沉没的情况,装载桅杆上的传感器会通过进水压力释放器自动脱离船体,上浮到海面上,通过光电方式进行自动报警。

  3、内河船舶生活污水排放监测。2018年,湖州交通港航部门在绿色水运发展领域,利用北斗系统进行船舶污水排放监测等创新举措,实现了生态文明建设与水运转型发展“双赢”。充分发挥北斗系统在交通领域的应用,完成内河船舶生活污水排放北斗在线监测平台建设,几十艘运输货船安装在线监测系统。积极探索智能新能源在水运行业的应用,助推智能新能源船舶技术创新产业联盟成立。

  4、沿海RBN差分北斗系统。2019年1月,在交通运输部的坚强领导和统一部署下,海事系统开展沿海RBN差分北斗系统建设,完成中国沿海22座差分台站BDS/GPS双模兼容改造,建成北海、东海、南海3个海区监控中心和13个远程监测站,可为中国沿海300公里范围内的船舶等公众用户提供广域米级、沿海水域分米级精度的导航定位服务;分别在渤海湾、长江口和珠江口等重点水域建设北斗连续运行服务参考站网,建成沿海75座北斗连续运行服务参考站、3个海区数据处理中心和1个全海区数据监测中心,覆盖中国沿海重点水域,实现50公里范围内厘米级的实时精密定位服务,广泛应用于海洋开发、海洋测绘、海上交通安全管理和港口建设等;牵头制定无线电指向标差分全球卫星导航系统播发标准、沿海地基增强系统建设技术要求并推动北斗应急示位标性能要求及试验方法等一系列国家标准,为北斗系统国际海事标准化奠定基础。

  5、观测网数据实时传输。2019年1月,中国科学院新一代远洋综合科考船“科学”号完成西太平洋综合考察返航青岛母港。该航次的重大突破是首次实现了深海潜标大容量数据的北斗卫星实时传输。这项自主研发的技术成果克服了深海潜标载荷容积小、供电少和数据量大等困难,提高了深海数据实时传输的安全性、自主性和可靠性。

  6、阿拉伯地区北斗系统。2019年4月,第二届中阿北斗合作论坛在突尼斯共和国突尼斯市举办,这是北斗系统开通全球服务后,首次在“一带一路”国家和地区举办的重要活动。论坛期间,中阿双方联合举行了北斗系统测试体验活动,并联合发布阿拉伯地区北斗系统测试评价结果。联合处理分析结果表明,在阿拉伯国家上空平均可见卫星数达到8颗以上,定位精度优于10米,可用性95%以上,可为阿拉伯国家和地区提供优质的卫星导航服务。

  7、海上通信服务系统。2019年,北海航海保障中心为构建E航海综合服务保障体系,开展了北方海区北斗海上通信服务系统建设,利用北斗卫星导航系统开放的民用资源,使用先进的信息化技术,建设兼顾公约船和非公约船服务需求的北斗海上通信服务系统。目前,该系统已上线运行,为安装北斗终端的船舶提供基于北斗的遇险报警服务、海上安全信息播发服务等,陆地用户也可以通过该系统手机APP进行北斗船舶位置监控,与船舶进行微信、短信通信。

  8、船舶位置信息发送。2019年5月,中远海运散运“单模”北斗导航系统技术验证工作取得阶段性成果,盛荣海轮和鹏龙轮北斗导航系统可以持续、准确地发送回船舶位置信息。目前,在国内各领域被广泛运用的北斗导航系统是结合GPS(或格洛纳斯、伽利略)进行“多模”定位。中远海运散运尝试变“多模”为“单模”,仅依靠由中国自主产权、自行管控的北斗系统获得及时准确的船舶定位数据,有效防范大数据时代信息安全风险。

  9、新型智能表流观测系统。2020年4月18日,由长江航道测量中心主持开发的新型智能表流观测系统,首批10套终端设备及监测软件平台已在该项目中正式投产。该系统基于北斗精密定位、移动通信和云计算等高新技术打造,具有内外业一体化、数据实时传输监控、多平台智能交互和免人工自动解算的功能,其投产应用可最大限度地优化测船及人员配置,在提高工作效率的同时还能降低安全风险,从而极大地减轻测量单位在外业现场疫情防控的工作难度,为高质量完成任务提供了强大的技术支持和安全保障。

  六、北斗卫星导航系统未来如何发展?

  1、北斗将逐渐替代GPS。十八届五中全会关于“十三五”规划建议明确提出实施国家安全战略。北斗系统是国家重大的空间和信息化基础设施,是经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术支撑和战略威慑基础资源。在关系国家安全的海事信息化领域实现北斗对GPS的全面替代,实现北斗的应用普及,是大势所趋。

  2、海事信息化领域应用将全面进入高精度时代。北斗卫星导航系统在今年完成全面组网,这将为北斗精度的提升提供技术基础。北斗卫星导航系统的高精度应用将显著提高用户体验并解决现有海事信息化领域的业务问题。此外,通过北斗卫星导航系统高精度技术,更多的相关海事信息化应用将逐步实现自动化。

  3、海事领域应用100%覆盖。2020年7月23日,交通运输部举行例行新闻发布会,新闻发言人孙文剑表示,长江干线公务船、客渡船北斗应用已实现100%全覆盖,海事领域年内将实现北斗应用100%全覆盖。北斗系统行业服务能力的不断提升,将加强北斗系统应用对交通强国建设、数字交通发展的支撑作用。

  4、建立国家综合定位导航授时(PNT)体系。到2035年,中国将建设更加泛、融合、智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系,显著提升时空信息服务能力,为全球用户提供更优质的服务。PNT体系将以北斗系统为核心,构建与低轨增强系统强耦合,与5G、无线网、惯导紧耦合,并融入长波导航、水声导航、脉冲星导航的综合PNT系统架构。PNT体系将根据不同场景提供差异化解决方案,实现由深空到深海的立体服务覆盖,具备由公里级定位精度到分米、厘米级定位精度的多样化服务能力。

  5、北斗卫星导航系统的应用标准化。随着全球组网的即将完成,如何推广并占领全球海事信息化市场成为目前最重要的问题。笔者认为,标准化工作将是推动北斗卫星导航系统占领国内市场、进入国际市场的重要手段。政府部门可通过在国家层面制定相关政策法规,调动社会力量参与应用标准化工作,使北斗卫星导航系统在全球市场中占有一席之地。

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