田俊峰，崔銀秋

（1.中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100086；2.上海達(dá)華測繪有限公司，上海 200136）

1 概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System“BDS”）是我國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System“GPS”）和俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System“GLONASS”）、歐洲“伽利略GALILEO”系統(tǒng)之后第4個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端組成，采用衛(wèi)星無線電測定（RDSS）與衛(wèi)星無線電導(dǎo)航（RNSS）集成體制，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具短報(bào)文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能力，其中開放服務(wù)面向全球范圍，定位精度10 m，授時(shí)精度20 ns，測速精度0.2 m/s；授權(quán)服務(wù)包括全球范圍更高性能的導(dǎo)航定位服務(wù)，以及亞太地區(qū)的廣域差分服務(wù)和短報(bào)文通信服務(wù)[1]。

2 北斗遠(yuǎn)海島礁建設(shè)工程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)

科學(xué)技術(shù)快速更新的今天，船舶精細(xì)化施工高度依賴信息化技術(shù)手段，工程船舶施工狀態(tài)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸至公司進(jìn)行施工狀態(tài)分析處理研究，為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握船舶狀況、施工效率和優(yōu)化施工工藝奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。海洋實(shí)時(shí)信息服務(wù)，是為作業(yè)船舶和用戶提供各類海洋航行、作業(yè)、通信、導(dǎo)航、定位等相關(guān)服務(wù)。

2.1 北斗潮位信息服務(wù)遠(yuǎn)海島礁建設(shè)

在遠(yuǎn)海島礁建設(shè)的疏浚、填筑等工程施工和測量中，潮位數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)臏?zhǔn)確及時(shí)與否至關(guān)重要。遠(yuǎn)海島礁建設(shè)離岸距離遠(yuǎn)，潮位數(shù)據(jù)傳統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸方式受電磁、氣候、距離等外部環(huán)境條件限制，導(dǎo)致潮位數(shù)據(jù)信號丟失，錯(cuò)誤經(jīng)常發(fā)生，潮位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸越來越困難。利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的雙向報(bào)文通信和定位功能進(jìn)行潮位數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，就能夠很好解決這個(gè)問題。利用北斗衛(wèi)星遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可以建立自主技術(shù)的潮位數(shù)據(jù)綜合采集與傳輸系統(tǒng)，通過整理收集中國遠(yuǎn)海區(qū)域包括東南亞、西亞等區(qū)域?qū)崟r(shí)潮位，結(jié)合北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的“有源定位”特點(diǎn)，將潮位站與遠(yuǎn)海島礁建設(shè)施工位置相結(jié)合，通過分帶處理，距離加權(quán)改正等計(jì)算方法，為遠(yuǎn)海島礁建設(shè)提供高精度、實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海島礁建設(shè)中北斗潮位信息服務(wù)的全天候、全覆蓋服務(wù)[2]。

2.2 北斗通信服務(wù)遠(yuǎn)海島礁建設(shè)

相對于GPS系統(tǒng)，北斗具有的一個(gè)重要優(yōu)勢就是短報(bào)文通信功能，現(xiàn)在1臺北斗用戶機(jī)1次可傳送120個(gè)漢字，這使得在海洋上實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)成為可能。北斗的短報(bào)文功能，在遠(yuǎn)海島礁建設(shè)施工聯(lián)系和應(yīng)急救援等領(lǐng)域，都具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的前身——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其具有的短報(bào)文功能在四川汶川特大地震、青海玉樹強(qiáng)烈地震、甘肅舟曲特大山洪泥石流等重大自然災(zāi)害中得到應(yīng)用并發(fā)揮重要作用。北斗通信服務(wù)還可以提供北斗手機(jī)端信息，譬如天氣預(yù)報(bào)等通信服務(wù)。

2.3 北斗定位導(dǎo)航服務(wù)遠(yuǎn)海島礁建設(shè)

目前，北斗系統(tǒng)的16顆衛(wèi)星集中分布在亞太地區(qū)，其中5顆集中在赤道面。由于衛(wèi)星發(fā)送信號是向下輻射，分布在一個(gè)區(qū)域的衛(wèi)星越多，意味著信號強(qiáng)度、導(dǎo)航精度和穩(wěn)定性越高。我國遠(yuǎn)海等區(qū)域靠近赤道，GPS的覆蓋較小，而北斗密集覆蓋。武漢大學(xué)2013年11月在泰國的實(shí)驗(yàn)觀測證實(shí)，GPS自主定位精度為13 m，而北斗自主定位精度可以達(dá)到3~5 m，說明北斗在赤道附近是最佳的導(dǎo)航系統(tǒng)。所以，在我國尚無星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）提供實(shí)時(shí)位置改正服務(wù)的情況下，對遠(yuǎn)離大陸、沒有固定的坐標(biāo)基準(zhǔn)的遠(yuǎn)海海域，使用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是唯一正確的選擇。

2.4 基于北斗衛(wèi)星的海洋測繪系統(tǒng)服務(wù)遠(yuǎn)海島礁建設(shè)

海洋范圍內(nèi)布設(shè)大地控制網(wǎng)，進(jìn)行海洋重力測量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水下地形測量，測繪水下地形圖，測定海洋大地水準(zhǔn)面。有了水下地形測量的數(shù)據(jù)和水下地形圖，就可以構(gòu)建大地水準(zhǔn)面，這使得作業(yè)船舶有了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而更好地進(jìn)行疏浚作業(yè)。利用北斗定位功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，就可以精確地把水下地形的位置和深度，以及大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)叫畔⒅行?，并利用三維地理信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)建模，構(gòu)建大地水準(zhǔn)面和水下地形圖。

3 北斗遠(yuǎn)海島礁建設(shè)工程實(shí)時(shí)監(jiān)控指揮

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星定位和通信技術(shù)研究逐步成熟，監(jiān)控現(xiàn)代化信息技術(shù)和現(xiàn)代化管理技術(shù)高效結(jié)合，可以讓工程管理更加規(guī)范，決策更加科學(xué)，工作更加高效，施工更加順暢。

3.1 北斗在遠(yuǎn)海島礁建設(shè)中施工監(jiān)控與專家遠(yuǎn)程診斷

在遠(yuǎn)海島礁施工的工程船舶實(shí)時(shí)船位、航速、航向、吃水、耙頭深度、泥漿濃度、船載干土方、主機(jī)轉(zhuǎn)速、油耗等施工信息，都有不同的儀器設(shè)備進(jìn)行采集顯示在船舶工作電腦服務(wù)器上，如果把這些施工數(shù)據(jù)信息，通過北斗衛(wèi)星鏈路實(shí)時(shí)傳輸給路面監(jiān)控管理服務(wù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、存儲，所有的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一管理存放在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，供管理者通過中心服務(wù)器實(shí)時(shí)獲得作業(yè)船舶上傳的各類信息，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和業(yè)務(wù)管理，同時(shí)管理者通過中心服務(wù)器可以向下屬作業(yè)船舶發(fā)送控制指令和各種信息，實(shí)現(xiàn)施工船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)度，實(shí)時(shí)操作。

準(zhǔn)確獲取海洋工程的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)，有利于建立起遠(yuǎn)程的專家監(jiān)控、管理與輔助決策系統(tǒng)，最大限度地優(yōu)化遠(yuǎn)海島礁建設(shè)中的作業(yè)方法，降低作業(yè)成本，提高作業(yè)效率，及時(shí)避免并解決作業(yè)過程遇到的各種疑難問題[3]。

3.2 北斗在中交遠(yuǎn)海島礁建設(shè)工程中的應(yīng)用初探

中交上航局正在進(jìn)行的《基于北斗兼容系統(tǒng)的工程船舶智能位置服務(wù)平臺研制與應(yīng)用示范》項(xiàng)目，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了非常有益的嘗試。該項(xiàng)目可以大大提高潮位數(shù)據(jù)信息、船舶位置信息、船舶施工信息、船舶運(yùn)行信息、水深檢測圖信息、指揮調(diào)度功能信息的傳輸效率及穩(wěn)定性，有效降低工程管理及運(yùn)營的相關(guān)費(fèi)用；服務(wù)平臺在建設(shè)中所產(chǎn)生的硬件及軟件衍生品能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4]。

4 北斗遠(yuǎn)海島礁建設(shè)工程安全保障

目前，民航系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置是美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，GPS只能進(jìn)行單向通信，飛機(jī)只能被動(dòng)接收衛(wèi)星信號，一旦遭遇事故，只能等待GPS來搜尋自己。而北斗則具有雙向通信功能，信號接收端也可以主動(dòng)向衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出消息，從而實(shí)現(xiàn)其搜救功能。馬航客機(jī)失聯(lián)事件牽動(dòng)了太多人的神經(jīng)，全世界為之揪心，由于北斗信號接收器尚未成為民航飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，失聯(lián)飛機(jī)上沒有安裝北斗接收器。如果失聯(lián)飛機(jī)、失事船舶、事故車輛或遇險(xiǎn)人員安裝或攜帶了北斗接收終端，救援中心就可以及時(shí)找到它的蹤跡，指揮開展應(yīng)急搜救。我國交通運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)北斗成為行業(yè)的標(biāo)配[5]，努力提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力。

北斗系統(tǒng)不需要其他系統(tǒng)支持就具備定位和通訊功能，適合遠(yuǎn)海島礁建設(shè)過程中監(jiān)控管理、資料獲取以及用戶資料傳輸?shù)?，并且我國擁有這個(gè)系統(tǒng)的自主產(chǎn)權(quán)，使用起來更加安全，可靠，穩(wěn)定，保密性強(qiáng)。對遠(yuǎn)海島礁建設(shè)施工船舶，擁有自主產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)是非常有必要的，其次通過北斗系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)高精度船位，結(jié)合接收機(jī)的航跡顯示、防撞報(bào)警和航跡偏差報(bào)警等功能，正確引導(dǎo)施工船舶按計(jì)劃施工路線進(jìn)行，以保障施工船舶的安全。此外，應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，施工船舶在茫茫大海上可與岸上及時(shí)聯(lián)系互動(dòng)，施工船舶遭遇故障時(shí)可發(fā)出信號開展自救，互救，發(fā)生海上邊界糾紛時(shí)也能得到國家支持。

在各類遠(yuǎn)海開發(fā)工程中，推廣應(yīng)用北斗技術(shù)是國家建設(shè)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的需要，中國交建是國內(nèi)唯一具備遠(yuǎn)海工程開發(fā)建設(shè)的企業(yè)，向離岸遠(yuǎn)海發(fā)展，更需要北斗的支持。2014年5月，中國交通建設(shè)集團(tuán)完成了北斗指揮系統(tǒng)的搭建、測試與運(yùn)行，系統(tǒng)具備手機(jī)與北斗手持機(jī)間的雙向通信，以及北斗手持終端的自動(dòng)位置上報(bào)服務(wù)；項(xiàng)目經(jīng)理部內(nèi)網(wǎng)用戶可以隨時(shí)訪問，外網(wǎng)用戶可通過授權(quán)獲得服務(wù)。凡是架設(shè)北斗系統(tǒng)的施工船舶均在項(xiàng)目部監(jiān)控范圍內(nèi)，為遠(yuǎn)海工程項(xiàng)目的安全管理提供了保障。

當(dāng)前，中國交建研究提出了北斗技術(shù)應(yīng)用的“三步走”戰(zhàn)略：2008—2014年，以北斗船舶安全應(yīng)用為突破口，攻克關(guān)鍵技術(shù)；2013—2015年，建立船舶應(yīng)急指揮系統(tǒng)；2014—2016年，研制“遠(yuǎn)海開發(fā)北斗管理服務(wù)平臺”，實(shí)現(xiàn)對公司項(xiàng)目部的人員、裝備、物資的安全管理與應(yīng)用示范[5]。

5 結(jié)語

在遠(yuǎn)海島礁建設(shè)過程中，通過應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)合自主移動(dòng)衛(wèi)星通信、地理信息等技術(shù)，將有效提高遠(yuǎn)海島礁建設(shè)的效率，提高遠(yuǎn)海島礁建設(shè)的精度，改善現(xiàn)有建設(shè)運(yùn)作和管理中的缺陷，使運(yùn)作和管理更加高效、規(guī)范、實(shí)用、科學(xué)，也更加優(yōu)化遠(yuǎn)海島礁的航務(wù)、航道、圍填海造地建設(shè)結(jié)構(gòu)，并且也可以大大提高潮位數(shù)據(jù)信息、船舶位置信息、船舶施工信息、船舶運(yùn)行信息、水深檢測圖信息、指揮調(diào)度功能信息的傳輸效率及穩(wěn)定性，有效降低工程管理及運(yùn)營的相關(guān)費(fèi)用，提升遠(yuǎn)海島礁建設(shè)項(xiàng)目整體管理水平。

[1]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)政府網(wǎng)站.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介[EB/OL].（2010-01-15）.www.beidou.gov.cn.Government Websites of the BeiDou Navigation Satellite System.Introduction of the BeiDou Navigation Satellite System[EB/OL].（2010-01-15）.www.beidou.gov.cn.

[2]焦永強(qiáng)，萬軍.基于北斗衛(wèi)星的潮位數(shù)據(jù)傳輸與控制技術(shù)[C]//華東六省一市測繪技術(shù)論壇.2010年現(xiàn)場技術(shù)交流會，2010.JIAO Yong-qiang,WAN Jun.Tide-level data transmission and control technique by the BeiDou statellite[C]//Surveying and mappingtechnology forumin East China.On-site technical communication meetingin 2010，2010.

[3] TIAN Jun-feng，DING Shu-you.The application of a production optimization system for a cutter suction dredger[C]//18th world dredgingcongress.USA：Orland,2007.

[4]趙法彬.推廣北斗應(yīng)用，服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展——訪中國交通建設(shè)股份有限公司科技部副總經(jīng)理田俊峰[J].數(shù)字通信世界，2014（S1）：59-62.ZHAOFa-bin.To promote the application of the BeiDou statellite and thedevelopment of service industry：visit to Tian Jun fengwho is the deputy general manager of science and technology department of China Communications Construction Co.,Ltd.[J].Digital Communication World,2014（S1）：59-62.

[5] 田俊峰.盡快讓“北斗”服務(wù)海洋工程建設(shè)[N].交通建設(shè)報(bào)，2014-05-29.TIAN Jun-feng.Let the BeiDou statellinte serve for marine engineering construction as soon as possible[N].Communications Construction News,2014-05-29.