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1、基于北斗卫星的航海新技术 北斗卫星 在内河航运中的应用思考 来源:长江航运杂志 作者:杜殿虎 朱玮玮 责任编辑: 日期:2011-02-16 【字体：大 中 小】自“九五”开始，中国政府便陆续出台了多项政策，用以扶持航天产业的发展。在 “十一五”规划中，更明确指出要“按照民用航天产业由试验应用型向业务服务型转变的 总要求，大力推进卫星通信、卫星导航、卫星遥感领域应用技术产业化” 。北斗卫星导航系 统是在这一基础上，由中国自主研发、拥有自主知识产权的全球卫星导航系统，是重要的 空间信息基础设施，对于完善国家卫星导航应用产业体系，促进卫星导航产业链的形成， 有着举足轻重的战略意义。但科技的发展，同
2、国家经济建设有着密不可分的联系。因此， 必须从国家政策及应用层面上加强推广，使北斗卫星导航系统得到进一步的普及和应用， 成为产生社会经济效应，为社会服务所用的科技产品。一、内河航运面临的形势及现状分析据调查，以 GPS 为代表的卫星导航定位系统，其商业应用市场份额的 70%是在交通运 输行业。因此，在北斗系统建成较晚、对该系统认识了解还未深入的情况下，采取设立北 斗卫星导航定位系统在交通运输行业中的典型示范应用，以支持推动卫星产业的发展，显 得尤为必要。交通运输部作为北斗卫星推广的重要参与部门，也在“十二五西部科技重大 专项”中大力支持“基于北斗卫星通信的交通应用技术”方面的研究。就目前而言，
3、各海事局及相关航运管理机构都建设有一套较为完备的、以卫星导航等 通讯手段为依托的信息监管系统；大部分客运船只上均装有 Radar、GPS 导航和 VHF 系统， 少部分还装有 AIS 系统；而货运船只上也普遍安装 GPS 及 VHF 系统，以满足船舶在航行 过程中对航道、船闸、水文、气象等信息的需求。由此可见，不论从内部监管的角度或是 对外服务的角度来看，信息系统在内河航运系统上的应用都显得尤为重要。中国北斗导航系统计划部署 35 颗卫星，同时提供定位精度为 10 米的民用开放服务及 更安全、精确的军用和授权服务。迄今为止，由两颗工作卫星和一颗备份卫星组成的北斗 一代卫星定位系统已经组网完毕。
4、北斗二代卫星由 13 到 15 颗卫星组成，自 2007 年 4 月起， 至今已发射了 6 颗，预计到 2012 年，北斗信号将会覆盖全亚洲地区，实现亚洲地区无盲点 定位导航，届时将采取 RNSS 无源卫星定位与 RDSS 有源卫星定位的双重定位模式，在全 亚洲范围内，弥补使用一代卫星只能报告位置信息这一缺憾的同时，实现自动导航及传递 短讯的功能，也将更加有利于北斗卫星导航定位系统在集团用户大范围监控管理、数据采 集、用户数据传输及定位通信综合应用等领域里的推广应用。而覆盖全球的北斗卫星导航 系统，则预计会在 2020 年建成。与发展较为成熟的美国 GPS 系统相比，我国的北斗系统除了具备其他
5、卫星导航系统的 共同特点，如导航定位、测速和授时能外，还具备短报报文功能，并且在布网完毕后可以 实现无盲区覆盖。这使得卫星用户与卫星系统之间形成了一种信息交互关系，极大丰富了 卫星信号的功能。一套完整的北斗卫星导航定位系统，包括硬件体系（包括空间卫星星座、陆地上的监 控系统平台和用户终端）和功能体系（即服务平台） ，具有快速定位、双向简短报文通信和 精密授时三大基本功能。就目前市场来看，具有生产北斗卫星接收装置（接收芯片）的厂家约有 5、6 家，总的 地面定位控制中心则设在军方。总站与其他数据控制中心之间通过光缆通讯；各数据控制 中心与其他终端客户之间既可通过无线网路、也可通过光缆实现数据的对
6、外下发。其中， 地面总站只针对各大服务商，即其他数据控制中心进行收费，而其他终端客户对卫星所传送数据的使用主要是通过各数据控制中心进行收费。因此，在系统设计时，需要考虑功能模块之间的兼容问题。从用户角度上来看，北斗 可以应用于监管平台的建立，其独有的短报文收发功能，在应急救援、搜救打捞等工作中 也具备重要的实际意义；从应用的角度来看，北斗可以应用于服务平台的构建。但在两者 之间要进行必要的数据通讯，所以在独立设计两套系统的同时，需要留出两类平台之间的 数据接口，方便今后通讯使用。二、北斗卫星在内河航运中运用必要性从国家安全、政治需求层面来看：导航定位和授时系统对于一个步入现代化信息社会 的大国
7、来说显得尤为重要，而这些也是关键性的国家基础设施之一。星基导航和授时系统 为科学研究、科学实验、工程技术等方面提供了时间、空间位置这些基本物理参量，是基 础中的基础；同时也在通信、电力、控制等工业领域和国防领域有着广泛而重要的应用。 在 GPS 系统被普遍应用的今天，越来越多的国家意识到“将本国的经济发展、交通、甚至 军事系统全部依赖于他国卫星” ，对于未来安全无疑是存在很大隐患的。尤其是在涉及到国 家安全核心部位、核心数据、核心技术层面时，更需要加强自主科研的力度，建立自己真 正独立的国防军事系统，只有这样，才能在发展国家经济、维护国家安全时有更多的主动 性，不受制于人。从社会、经济方面看：
8、党和国家领导人对于北斗应用的推广非常重视，各有关部委已 支持安排了一批应用示范项目。现阶段，北斗卫星导航定位系统已成功地在气象领域、水 利水电、海洋渔业、特殊货物运输监管、应急救援等方面得到了应用，由此牵引了一系列 如电子、通信、机械制造、地理信息等相关产业的发展，产生了显著的社会效益和经济效 益。应用北斗卫星系统进行水文测报的测报站，包括芙蓉江江口水清自动测报系统，乌江 彭水、银盘水情自动测报系统、广西西江水文测报系统，国家防汛抗旱指挥系统汉口分中 心等在内的运行测站已近 800 个，而系统的畅通率均保持在 98%以上，大大提高了水情测 报的准确度，确保了水文技术指标的可靠性。由此可见，北斗
9、系统的应用将在推动产业结 构优化升级，促进行业增产增收增效方面产生积极地效果，对安全生产、和谐社会建设、 科学调控等方面存在重要意义。从系统功能上看：相对于 GPS 未承诺“不间断信号服务” 、 “不保证民用信号可靠性” 来说，北斗卫星导航定位系统则是由我国自主研发的全天候、全天时提供卫星导航信息服 务的区域性导航系统。在北斗卫星星座组网完成后，其所提供的服务功能在与 GPS 等同的 基础上，更增加了短报文通信，极大丰富了用户对通信信号的需求，提高了通信效率，减 少了通信设备压力。与此同时，北斗系统可实现对 GPS 等通信系统的友好兼容、多模终端 设备的使用，几乎可把可应用的卫星数目增加 1
10、倍，无疑大大提高了可靠度、实时精度及 抗干扰性。三、 内河航运运用北斗卫星的建议措施一是需要国家政策保障。从美国发展推广 GPS、俄罗斯推广格洛纳斯以及欧盟推广伽 利略系统的实例中不难看出国家政策引导对于推进卫星定位导航产业发展的关键作用。北 斗作为关系到国家安全的一项重要关键技术而言，其应用范围和发展前景都相当广阔，但 由于应用较晚，大部分应用市场已为外国系统占领。在这样的前提下，国家必须首先从政 策层面上阐明北斗系统在国民经济和国防建设中的重要地位，为北斗在应用市场上的发展 打下基础。其次，需进一步明确北斗系统的建设管理及民用归口部门，承担起行业管理的 责任，同时明确相关部门的责任及义务，
11、对北斗系统推广进行协调推进。再次，对于具有 高度信息安全需求的国家军事、政治、经济部门，则应从政策上进行强制推广。对于北斗 系统进行研制、开发应用或对北斗系统终端设备制造具有创新举措的行业，制定明确的鼓 励支持措施，并给予适当的资金支持。规范北斗民用市场，制定规范的市场准入机制、技术政策和服务质量标准等配套的行政规章，对生产、建设、市场和服务的各个环节进行引 导和规范，保障北斗系统民族工业的健康发展，为北斗的产业化做好政策准备。二是建立示范应用。以交通运输行业为例，作为卫星技术应用最广泛的领域之一，其 飞快的发展速度也为卫星导航产业的发展提供了市场基础。在行业内率先建立示范工程， 有助于在北斗
12、卫星导航系统发展的初级阶段，立足当前国内市场普遍使用 GPS 的格局，结 合交通运输行业的特点，探索出北斗导航系统在我国交通运输行业应用的成功模式。在澜沧江-湄公河助航保障设施技术开发研究项目中，已对北斗卫星系统在地形复 杂、通信不畅环境条件下的数据传输能力做出了印证。该项目成功填补了助航保障设施在 某些恶劣环境下难以实现航标遥测遥控的空白，同时也为北斗将来在该领域的应用提供了 很好的实践依据，为北斗卫星民用化提供了科学的借鉴依据。三是降低产品成本，提供增值服务。从市场用户层面上讲，北斗系统不仅要符合功能 方面的需要，更要符合对应用成本的要求。而应用成本主要集中在接收设备与接收终端设 备的生产
13、上。由于现阶段无法脱离 GPS 系统而独立使用北斗卫星系统进行定位，这就需要 在制造卫星接收芯片的时候，同时考虑到对多种卫星的兼容。与此同时，在信息传输时，如需实现视频等大流量的信息传送，北斗仍无法实现。因 此，可以考虑在芯片中同时集成 3G、C/G、北斗三种网络，通过网络的选配来实现视频、 音频的传播。功能的复杂性，也是导致应用成本偏高的因素之一，但这个问题可通过产品 功能的定制来解决，例如，终端设备的多样化。在北斗逐步市场化后，可以考虑为用户提供进一步的地面设备或运营增值服务，例如， 以手机为终端的基于位置的增值服务，为车载终端用户提供最新黄页、车位等信息，从而 保证民用供需市场平衡，拉动市场需求。（作者单位：交通运输部水运科学研究院）
