王玉璽 杜 鵬 侯岳麟

一、概述

由我國獨立研發(fā)的北斗導航系統(tǒng)，除了具備其他衛(wèi)星系統(tǒng)所具備的導航、定位和授時功能外，還具備短報文通信功能，能夠提供雙向主動通信，短消息內(nèi)容部分最大能夠達到1 680位[1]，通過北斗短報文可以實現(xiàn)船舶狀態(tài)、指揮控制數(shù)據(jù)傳輸以及北斗短報文與移動通信短消息的互聯(lián)互通[2]。同時，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，使傳統(tǒng)電子海圖信息顯示平臺面臨多樣服務(wù)模式的挑戰(zhàn)，管理部門和涉海人員更加傾向于借助互聯(lián)網(wǎng)查看船舶在電子海圖上的位置、航線等信息[3]。本文通過對北斗短報文通信協(xié)議進行分析，論證了使用北斗短報文進行短小數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行?，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)電子海圖和北斗導航系統(tǒng)的船舶監(jiān)管系統(tǒng)，利用北斗定位授時以及短報文通信功能，將船舶狀態(tài)信息發(fā)送給監(jiān)控平臺，通過電子海圖直觀地展示船舶狀態(tài)，輔助管理部門快速高效地完成船舶的集中監(jiān)管、搶險救援等任務(wù)。

二、系統(tǒng)方案

1.總體思路

本系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、船端、岸端和涉海人員等部分組成。其中船端主要由北斗船載終端、北斗手持機等北斗設(shè)備組成。岸端主要由北斗指揮型用戶機、電子海圖監(jiān)控平臺以及存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。北斗指揮型用戶機用于監(jiān)控下屬北斗設(shè)備位置并與下屬北斗設(shè)備互相通信；電子海圖監(jiān)控平臺用于管理部門船舶狀態(tài)監(jiān)控及指揮調(diào)度，同時，電子海圖監(jiān)控平臺可通過互聯(lián)網(wǎng)向第三方平臺推送船舶信息。涉海人員主要由船運公司及船員家屬等組成，涉海人員可通過移動手機、互聯(lián)網(wǎng)等手段關(guān)注船舶狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

一方面，船舶北斗設(shè)備通過北斗短報文通信向電子海圖監(jiān)控平臺上報位置、航速、航向、時間等船舶狀態(tài)信息，監(jiān)控平臺收到上報信息后，將船舶信息在電子海圖上顯示；另一方面，管理部門可通過電子海圖監(jiān)控平臺向指定船舶或全部船舶發(fā)送控制指令，如通知、警告等；另外，通過移動通信短信網(wǎng)關(guān)可建立手機與北斗終端的通信關(guān)系。

2.北斗信息接收處理

將北斗短報文協(xié)議中“通信申請”指令的“電文內(nèi)容”字段進行自定義，根據(jù)北斗終端北斗卡的通信內(nèi)容長度和服務(wù)頻度，建立北斗船載終端與監(jiān)控中心的自定義北斗通信協(xié)議，如果一次數(shù)據(jù)超過了北斗短報文的長度限制，需分包發(fā)送[4]。自定義北斗通信協(xié)議如表1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 自定義北斗通信協(xié)議

由于北斗定位和短報文通信受北斗終端的服務(wù)頻度限制，監(jiān)控平臺應(yīng)根據(jù)事件緊急程度對終端定位和通信進行優(yōu)先級排序，如發(fā)送危險報警應(yīng)作為最高優(yōu)先級事件處理，定時的位置申請和航向航速上報則在通信空閑時進行。

3.基于web電子海圖的信息疊加顯示

（1）Web電子海圖

Web電子海圖監(jiān)控平臺服務(wù)端采用電子海圖瓦片金字塔預(yù)處理技術(shù)在服務(wù)器生成并部署電子海圖瓦片數(shù)據(jù)?？蛻舳诉\用Ajax技術(shù)根據(jù)用戶請求的電子海圖顯示范圍及比例尺等信息，計算電子海圖瓦片級數(shù)，從而獲取覆蓋電子海圖顯示范圍內(nèi)的電子海圖瓦片數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電子海圖在客戶端的無縫,接顯示。采用電子海圖瓦片顯示技術(shù)，可提高用戶體驗，并可減輕客戶端電子海圖顯示計算壓力[3]。根據(jù)官方海道測量組織發(fā)布的電子海圖更新數(shù)據(jù)，對服務(wù)器端的電子海圖瓦片數(shù)據(jù)進行定期更新，保證電子海圖數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，滿足船舶的安全航行需求。

（2）船位信息疊加顯示

船載北斗終端上報的坐標位置信息通常采用CGCS2000國家大地坐標系，為實現(xiàn)船位在電子海圖上的準確疊加顯示，需進行從經(jīng)緯度表示的大地坐標系轉(zhuǎn)換為屏幕坐標系及電子海圖顯示平臺的界面控件坐標系，實現(xiàn)船位坐標在電子海圖顯示平臺上的正確疊加顯示。

（3）區(qū)域信息疊加顯示

海事管理部門根據(jù)天氣、氣象等條件以及演習等特殊任務(wù)的情況，在電子海圖上制定安全航行區(qū)域、禁止穿越區(qū)域等區(qū)域標繪，并根據(jù)船舶上報位置信息，監(jiān)控船舶是否離開安全航行區(qū)域、進入禁止穿越區(qū)域。如果出現(xiàn)危險情況，電子海圖顯示平臺可向北斗終端發(fā)送危險警告。

三、系統(tǒng)功能（見圖2）

1.位置監(jiān)控功能

船載北斗終端在開關(guān)機時向北斗指揮機發(fā)送開關(guān)機狀態(tài)報文信息；設(shè)備開機后定時向北斗衛(wèi)星發(fā)送定位申請及航向、航速信息，在電子海圖顯示平臺上標識終端設(shè)備在線情況、船舶所在位置以及船舶狀態(tài)信息。

2.危險預(yù)警功能

圖2 系統(tǒng)界面圖

電子海圖監(jiān)控平臺根據(jù)天氣及特殊任務(wù)通知，繪制霧區(qū)、禁航區(qū)等重點監(jiān)控水域，向下屬船舶推送重點監(jiān)控水域范圍，在監(jiān)控平臺將監(jiān)控水域范圍以北斗通播短報文的形式向終端發(fā)送區(qū)域數(shù)據(jù)更新。監(jiān)控平臺需要實時計算下屬終端位置是否在平臺設(shè)定的監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，根據(jù)對船舶的危險情況向航行船舶發(fā)出不同等級的預(yù)警和相關(guān)的信息提醒。

3.救援調(diào)度功能

船舶遇險或事故發(fā)生時，可通過北斗終端“一鍵報警”功能向監(jiān)控平臺發(fā)送求救信息。當監(jiān)控平臺接收到來自終端的報警消息時，在電子海圖上可以快速定位事故地點，并按照報警級別發(fā)出相應(yīng)的警告消息，平臺給出明顯提示或聲音報警。監(jiān)控平臺通過電子海圖的動態(tài)顯示與船舶進行通信，實現(xiàn)船舶調(diào)度和動態(tài)監(jiān)控，指揮現(xiàn)場最近的船舶施救，最大限度地減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

4.調(diào)查取證功能

電子海圖監(jiān)控平臺根據(jù)船載北斗終端上報的位置、航向、航速等信息，可對船舶的航行歷史軌跡進行回放，可定位船舶事故發(fā)生的航行狀態(tài)信息，為分析事故原因提供參考依據(jù)。

5.信息服務(wù)功能

電子海圖監(jiān)控平臺可作為海事、航道、公安等管理部門的信息發(fā)布平臺，向船舶提供天氣、水文、航道等信息。

另外，監(jiān)控平臺可通過短信網(wǎng)關(guān)建立手機與北斗終端的通信。北斗終端向平臺指揮機號碼發(fā)送短報文，平臺接收后，通過短信網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給手機；手機向監(jiān)控平臺發(fā)送短信，平臺短信網(wǎng)關(guān)收到短信后，通過指揮機向船載北斗終端轉(zhuǎn)發(fā)。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)利用電子海圖直觀展示和北斗終端定位通信等功能，建立動態(tài)信息和靜態(tài)信息的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了對船舶的位置監(jiān)控、危險預(yù)警、救援調(diào)度、調(diào)查取證及信息服務(wù)等功能，可以廣泛應(yīng)用于對各類船舶的監(jiān)控管理，如漁業(yè)船舶、公務(wù)船等。鑒于北斗短報文通信的報文長度及頻度限制，在近岸區(qū)域，可使用移動通信作為北斗短報文通信的補充；而在移動通信信號較弱的區(qū)域，使用北斗終端短報文通信。