北斗卫星导航系统在海上避碰中的应用

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2024年5月17日发(作者：)

北斗卫星导航系统在海上避碰中的应用

摘要：北斗卫星导航系统是我国自主研发和运营的全球卫星导航系统，走在

国际卫星导航系统的前列，正逐步应用于海上安全领域，以促进更便捷、更安全、

更高效的海上航行。当前随着海上运输的快速发展，海南事故频发，本文立足北

斗导航的使用优势，分析北斗导航系统在船舶海上避碰应用的不足以及解决的对

策，以达到海上防避碰效果，这对于减少水上交通安全隐患，提高水上交通安全

监管水平具有重要的现实意义。

关键词：北斗；船舶防碰撞；船舶；

1 北斗卫星导航系统概述

自2003年北斗三号卫星成功发射后，北斗导航（COMPASS）系统正式上线。

经过多年的发展，北斗系统在航空航天领域得到广泛应用，导航、交通、气象、

消防、通信、国防等系统的正式运行，船只的航行安全，尤其是在军舰等特种船

舶的航行中，需要先进的导航技术、定位和监控。利用北斗系统监测船舶运动是

我国发展海运业、保护航运、保障国家安全的长期决策。

2 北斗导航系统在当前船舶海上航行中的应用

2.1 船舶导航定位

位于北斗卫星导航系统顶部（以下简称“船载北斗终端”）的船只可实时显

示船坞、航速、船体等信息，规划船舶航向，并验证其是否正确偏航（偏离角度

变化后会发出警告）。目前，船载北斗终端多采用电子地图数据导航显示，清晰

细致，便于工作人员查看。船员还可以根据电子海图显示的船只位置和速度计算

船只到达目的地的时间，以确保安全高效的航行。

航行数据分析：气象、水文等。

2.2 应急救援内容可以突出远海危险海域救援

我国海上救援行动主要针对通过电话、海上无线电通讯、沿海电台应急无线

电塔等方式报警，海上救援人员检查和分析应急数据，然后启动救援工作。 但

存在应急信息不准确、与救援队伍协调困难等不足。目前，救援方案有两种：一

方面，将AIS定位系统放入救生衣，北斗卫星是通过信号搜查寻找遇难的人，并

将救援信息转发给附近的船只；另一个是北斗卫星导航系统智能海洋调查系统、

地面控制中心和测绘系统的集成，遇难人员信息核实无误后，转发急救信息，定

位海上人员，开展海上的救援工作。

2.3复杂海域下的应急搜救

北斗卫星定位导航系统的RNSS（无源定位）系统为北斗终端用户提供定位、

导航、计时等功能；RDSS（有源定位）系统面向北斗终端用户的功能包括定位、

测时、短消息通信、命令和位置报告。RNSS定位、授时、RDSS定位、短消息通

信、命令和位置报告主要用于海上搜救系统。

（1）RNSS定位功能；RNSS定位精度优于RDSS定位精度，为陆、海、船、

飞机、受难者、ELT和飞行参数提供独特的定位能力。

（2）RNSS授时功能；RNSS授时精度优于RDSS授时精度，提供统一的陆、

海、舰、机时钟参考，方便设置。

（3）RDSS定位功能；RDSS 定位为陆地、海洋、船舶、飞机、遇难者、ELT

和飞行参数提供独特的位置确定选项，作为 RNSS 定位的补充和备份。 RDSS定

位功能与RDSS指令功能相结合，实现被动实时监控和位置跟踪。

（4）RDSS短消息通讯功能；RDSS短消息通信是一种卫星通信链路，可以实

现海上远距离信息传输，不受距离限制。在海上搜救中，主要用于发送和接收遇

险和位置信息，并在遇险后传递遇险和位置信息。其次，用于传输飞机的关键飞

行参数信息。

（5）RDSS命令功能的作用；在北斗系统中，RDSS命令功能是被动接收下属

用户的RDSS位置和短信通信信息。海上搜救系统可用于监控实时位置和来自管

理层的短信信息。。

（6）RDSS 位置报告功能的工作原理；在北斗系统中的 RDSS 位置报告功能

使最终用户可以相互报告他们的位置。海上搜救系统主要用于向已知非上级用或

对等用户广播遇险位置，从而获取更快的救援。

3 北斗导航系统在海上船舶避碰中的优点

3.1北斗导航系统定位目标精确识别

北斗主要是应用在船舶动态监测系统的应用上。快速确定您的目的地或地理

位置，并为您和您的主管部门提供导航信息。该系统的工作顺序如下：首先，中

央控制系统同时向卫星发送查询信号，它还通过卫星发射机将用户送到服务区，

响应一颗卫星信号，同时发送两颗卫星信号，响应信号通过卫星传输到中央控制

系统。北斗主要是应用在船舶动态监测系统的应用上，以快速确定目的地或地理

位置，并向主管部门提供航行信息。该系统的工作顺序如下：首先，中央控制系

统同时向卫星发送查询信号，把这些通过卫星发送给用户。中控系统接收用户发

送的信号，根据用户应用的业务内容对其进行解调，并进行相应的数据处理。对

于定位应用，中控系统有两种延时：中控系统通过特定卫星向用户发送查询信号，

用户向中央控制器发送响应信号，通过同一颗卫星传送到中央控制系统时也有延

迟，然后中央控制器发出一个询问信号，当通过与上述相同的卫星到达用户时，

用户发送响应信号，并通过另一颗卫星将延迟发送到中央控制系统。一旦知道了

两颗卫星的中心和位置控制系统，就可以根据上述两个时延计算出用户到第一颗

卫星的距离和用户到两颗卫星的总距离，这样用户就可以自己通过了，你可以看

到它是卫星的中心和中心。此外，中央控制系统从计算机上存储的数字地理地图

中接收用户的高值，并识别出用户位于与椭球基准平行的椭球上。这使得中央控

制最终参考用户界面，坐标被加密并通过广播信号传输给用户。

3.2 遥测遥控终端全覆盖

在助航设备领域，遥测遥控系统已经使用多年，传统的助航设施遥测遥控终

端通常使用公共GSM网络或自动船舶识别系统来传输数据。GSM数据传输的原理

是利用GPS实时捕捉导航目标的坐标传感器并记录其运动。将导航目标状态参数

和数据发送到监控中心的接收终端。GSM无线网络的工作人员在公网进行标准的

短消息格式处理和导航标志管理，可通过显示界面实时监控导航标志的健康状态。

AIS的原理是终端通过GPS等方式采集导航标志6号、21号，通过VHF通信发送

到AIS基站，通过AIS内网发送到中央计算机，成为真正的导航标志。由真正的

导航标志管理人员来管理航标的时间。

3.3 方便灵活的数据传输

北斗的卫星通信协议可以用在很多方面，但是因为很多厂商在生产通用设备

时使用的是国际标准的通信协议，北斗终端是其他第三方如RS232串行通信协议，

可以灵活地与方平台进行数据传输。北斗的短消息通信是通信协议之一，与传统

的AIS信号类似，通常有船舶MMSI号码、纬度、呼叫符号、英文船名、船长姓

名、国籍等静态信息和动态信息。动态信息主要与位置信息有关例如船舶的宽度

和长度、高度、速度和航行方向。有些船舶还可以传输静态数据，船舶的MMSI

编号是从其他平台获取的。但是，不成熟的北斗导航系统并没有提高数据传输的

可靠性，短消息通信的丢失率仍然很高，概念在1 / 100,000左右。所以一旦发

送大量数据，文件丢包的几率就会增加，因此，在实践中，通常会添加数据验证

和转介机制，以确保对船舶进行持续监控。

4北斗导航系统在船舶海上避碰不足

4.1 船舶领域应用有待推广

尽管北斗卫星导航系统尚未广泛应用于商船和远洋渔船，但 GPS 导航系统

已经使用和推广了 20 多年，其技术水平、应用研发和产品研发已经不断完善

市场成熟，导航系统综合自主研发投入积累，周期短，公众认知度低，但北斗卫

星产业仍处于发展过程中。工业培育初期。根据我国《2018年卫星导航定位服务

行业白皮书》，我国卫星导航定位服务企业和机构约有14000家左右，行业上市

公司数量为58家，大多数公司在不影响政府政策和财政激励的情况下无法实现

产品利润，仍难以维持经营。

4.2 政策法规不够芫善

（1）应用服务没有统一的国际标准体系。 由于北斗卫星导航系统的延迟以

及使用VHF AIS和VTS的GPS系统的发展，北斗卫星导航系统尚未在海上部署。

（2 ）标准结构在落后。我国北斗导航比较缺乏

航空系统的建立、运行、应用和产业推广，特别是私人使用的推广和应用，

在法律法规方面还存在法律空白。例如，《北斗卫星导航系统在交通行业应用专

项规划》、《北斗系统公共服务性能规范》、《国家卫星导航系统中长期发展规

划》等相关文件不具有法律上面的效力，能执行的能力相对差。

4.3 北斗卫星导航系统还需完善

北斗的卫星定位系统旨在为全世界的用户提供服务，但在定位精度上与GPS

有所不同。精确的单点GPS系统可以达到1～5m，但北斗卫星导航系统，服务点

精度等级为10m高，10m高，测速精度0.2m/s，20年精度，GPS太平洋5m最近

在赤道沿线安装了监测站。

北斗星导航系统芯片的价格也是限制其在大家庭中使用的主要因素。与 GPS

相 比 ，北斗芯片价格较高，耗电量大，没有市场优势。与国外相比，国产基带

高频芯片在功耗和灵敏度、产品稳定性、应用方案等方面存在巨大差距，另外一

个，北斗芯片研发成本太高，初期投资巨大，很多中小企业承受不起。

5 对北斗导航系统在船舶海上避碰应用的展望

5.1 扩大船舶应用范围

5.1.1加强推广力度

（1）政府必须制定一定的激励措施，为北斗码头船舶提供资金支持，降低

安装成本。作为北斗全球服务推广项目的一部分，启动“海洋渔船+北斗导航”

示范工程，推动北斗卫星导航系统在远洋船舶上的应用。

（2）作为海上的管理部门，海事管理机构要修订《内河船舶合法性审查技

术规则》和《海船性能审查与批准规则》。此外，所有在国内注册和建造的船舶

必须在船上安装北斗终端，船员必须熟悉北斗卫星导航系统。

（3）各国政府要积极支持国内北路产业发展，鼓励完善产品研发、制造、

销售和售后服务保障。

（4）积极宣传其功能、特点、优势等，详细呈现，提高公众认知度，促进

消费市场的使用。

5.1.2加快船舶应用产品研发

（1）电子海图装置是按照国际标准开发的，配备北斗卫星导航系统。因此，

海事局要配合IMO，修订国际硬件标准ECDIS，推动北斗卫星导航系统的国际产

业化。

（2）目前全球有10多家ECDIS制造商可以提供符合国际标准的ECDIS，其

中大部分是由国外公司开发和提供的。政府应鼓励本土企业与国外合资厂商交流

合作，共同开发兼容北斗卫星导航系统的导航设备。

（3）从船舶监视、港口监视和海上应急救援的角度来看，北斗卫星导航系

统主要用于港口和海上导航,它只是一个理论或实践阶段，仍在实践中用，不是

大规模应用被实施。国内企业将动态审视当前海洋领域的短板，分析优势，加快

“北斗+舰船”模式发展，开发适合的海洋应用产品，来推荐产品的安装。

5.2 完善政策法规体系

（1）政府要加强国家标准建设，进一步规范北斗卫星导航系统建设、管理

和使用，加强北斗卫星导航的相关规定，完善北斗卫星导航系统利用体系。

（2）开始通过国际沟通协调机制参加国际会议，加强国际标准接轨，北斗

卫星导航系统与国际标准快速接轨，推动北斗卫星导航系统在世界范围内的发展。

（3）政府可以借鉴国外水行业的政策和引导，根据我国北斗系统的发展水

平制定相应的指导方针，带动其产业的长远发展。

5.3 加强技术创新

国家承诺加快建设北岛卫星产业创新体系、技术跨越式发展，认定高精沿海

和10厘米宽、1厘米宽沿海加工设施和1厘米宽体。为船舶、船舶、渔业、工业、

运输、港口和货物、服务、航行安全的航行安全提供高精度，提高芯片研发和技

术生产水平，强调芯片的知识产权，并实现地方发展产业的基础设施和技术原理

的发展是产业领先卫星地方北斗发展的基础。同时，国家正在加快土地监测站和

土地复垦系统建设，服务实施和系统持续运行，已成功实现准确定位。

结语

我国拥有漫长的海岸线，并有广泛的军用和民用导航和监管要求。虽然目前

的北斗导航系统，还受到定位精度、覆盖范围等的限制，但有理由相信，随着更

多北斗卫星的升空和地面站的建议，未来，覆盖全球的北斗卫星导航系统将能够

有效提升台风救灾和海上救援的能力；保障渔民生命财产安全；这对提高我国海

洋管理能力、减少外交冲突、保护我国海洋利益具有重要作用。只要从业者认真

开拓这一领域的应用，北斗导航将帮助更新有关海洋渔业的信息，这当然必须在

建立海洋强国的前提下，将海洋经济提升到一个新的水平。

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