北斗船联网在福建海洋渔业的应用

 

　　文/赵嵘 方贵庆

 

　　碧波无垠，万里海疆，几片孤帆。

 

　　“嘀、嘀！”

 

　　船上的一个终端显示屏上显示“东经***北纬**有大鱼群，行驶路线****”。海船纷纷调头，迅速开往新渔场。

 

　　“嘀、嘀！”

 

　　一艘船上的显示屏上信息显示“闽***号渔船，你将驶出中国海域，进入***国海域，请赶快调头返回，行驶路线****”。该船迅速调头返回，一起渔业外事纠纷避免了。

 

　　“嘀、嘀！”

 

　　终端显示屏上显示：“未来两天将有台风经过，请**号渔船到**号渔港躲避，行驶路线*****”。所有渔船收起渔网，满载丰硕的捕捞成果，开始返航；在返程的途中，亲人们、政府人员不断通过海事卫星通话与船员交流、了解情况，船员也回复给家人平安归来的信息。

 

　　这就是福建省正在建设实施的福建省海洋渔业北斗应用示范工程。

 

 

　　福建省是海洋大省，又是渔业大省，拥有各类海洋渔业船舶近6.4万余艘，近年来在省委、省政府建设海洋经济强省战略的实施推动下，渔业经济获得持续、健康、快速发展，在海西新农村建设中日益发挥重要支撑作用。但由于福建濒临台湾海峡，地理环境特殊，海况复杂、气候恶劣，传统渔场与商船习惯航线相互交叠，而且随着近年来经贸往来的不断扩大，特别在台湾海峡航线上日趋繁忙，仅2009年，经过台湾海峡的各类商船达90万多艘，日均多达2500艘，给渔业安全生产带来严峻形势，特别是渔船被商船碰撞等重大恶性事故时有发生，据统计数据表明在2007至2009三年间，福建省共发生渔业船舶水上安全事故190起，事故造成死亡（包括失踪）139人，沉（毁/失踪）渔船93艘，直接经济损失029.2万元，其中碰撞事故约占40％，渔船与商船碰撞发生事故已成为当前影响福建渔业安全生产的主要因素之一,给福建渔民的生命财产造成了重大损失。另外伴随着远洋捕捞业的深入开展，涉外事件逐年增多，外籍船只侵犯我国领海、驱赶和抓扣福建渔船等涉及我国主权和经济安全的事件时有发生。

 

　　此外海洋渔业还具有下述特点：

 

　　1、海洋渔业属于高投入、高风险的行业，渔船在海上航行和作业时可能遭受的风险远远大于陆地一般行业，多种人力不可抗拒的因素诸如台风、暴雨、巨浪、海啸以及其他极端气候现象给渔民的生命财产安全造成了极大的威胁，与此同时操作不当等人为因素也容易给船舶和船员造成重大损害（与商船相撞事故等），于是安全救助体系的建立与维护升级一直是海洋渔业监管部门重点关注与投入的领域。

 

　　2、渔船体积较小，雷达回波有限，进行远洋捕捞作业时无手机信号覆盖，传统单边带无线电台在复杂气象条件下存在信号干扰严重的问题，同时发射功率较大，在船舶遇险失去供电时续航能力有限。传统卫星电话设备投入较高，通信费用一般渔船难以承受。

 

　　3、渔政监管部门很难利用现有设备实现高精度动态监测渔船位置与状态。指挥调度的互动性不强。为了提高渔船突发事件应急处置能力，造福渔区百姓，福建省开始建设福建省海洋渔业北斗应用示范工程，为全省1万艘功率44.1千瓦以上海洋捕捞渔船和渔政海监执法船配备基于北斗芯片的船载终端设备，为渔船提供基于北斗卫星的通信和定位服务，实现船舶海上作业安全监控。

 

 

　　1、系统架构

 

　　根据项目建设目标，结合系统的技术架构特点，本示范工程的总体布局图、系统技术架构图分别如图1、2所示。

 

图1  示范工程总体布局图


图2  示范工程系统技术架构图

 

　　2、系统功能

 

　　该系统实现的主要功能如下：

 

　　（1）船位监测功能

 

　　本系统具有的船位监测功能包括：

 

　　·渔船可定时、定距、定次自动发回船位，陆地监测指挥平台可随时调取船位，并显示在电子海图上进行实时监测；

 

　　·船舶历史航行轨迹回放功能；

 

　　·通过用不同颜色图标区分渔船为正在作业或航行状态；

 

　　·渔船船位具有历史回放和船舶资料、船位信息数据库以及数据自动处理等功能。

 

　　（2）跨区域跨部门信息共享

 

　　形成全行业共享、四级联动的渔船动态监控信息平台；扩展平台间信息交换范围，支持对外地注册船舶的监控；支持跨行业数据交换。

 

　　（3）渔船定位功能

 

　　渔船上安装的北斗设备具备有定位功能，能够在船载电子海图上实时显示当前位置点，航迹信息可存储并进行航行历史轨迹回放。

 

　　（4）渔船海上通话功能

 

　　配备终端具备有海事卫星电话功能，可以实现船舶与船舶，船舶与陆地指挥中心以及船舶与陆地家属固话和手机之间的通话功能。

 

　　（5）船舶集中管理

 

　　本系统将船上北斗的信息，集中显示在省数据中心平台的电子海图显示平台，实现船位集中监控。

 

　　（6）电子海图管理功能

 

　　本系统各个渔业管理部门安装的渔船安全监管信息系统船位监控系统支持电子海图功能，可实现如下的操作：

 

　　·海图放大、海图缩小、海图漫游功能；

 

　　·测量距离、测量面积功能；

 

　　·禁渔区、休渔区、报警区域显示与控制功能；

 

　　·船只图标、尾迹显示与控制功能；

 

　　（7）自动预警功能

 

　　·当渔船靠近敏感禁止作业水域时，终端发出声光信号报警，提示船上人员离开；并向省数据中心平台发送预警信息；

 

　　·根据需要，省数据中心平台可临时向终端设定特定区域（或危险海域）的预警，以提高应急机动应变能力。

 

　　·省数据中心平台可向渔船发布气象、政务等信息，提高渔船应对突发灾害或事件的预防能力。

 

　　（8）报警与救助辅助功能

 

　　·主动报警功能：当渔船在海上发生紧急情况请求援助时，可人工按下终端按钮自动向省数据中心平台发出求救信号和船位信息，以后每隔一段时间传送一次报警信息，直至陆地人工确认或船上人工解除为止，同时也可以通过终端上的通话功能向其他船舶进行求救；

 

　　·紧急救助辅助功能：省数据中心平台确认海上警报后，根据报警性质，决定救援或撤离方案，并在电子海图上显示报警渔船及其附近海域其它船的实时船位和船舶资料，建立并锁定包括报警船、救援船队、监控指挥台在内的专用救援通信信道。

 

　　（9）指挥调度功能

 

　　监控指挥台可根据需要向终端发送调取当前船位或发送短信息，方式为：

 

　　·群呼（所有船）；

 

　　·组呼（按单位、区域）；

 

　　·单呼（单船）；

 

　　·临时组呼（不同单位、不同海域）。

 

　　（10）中英文短报文通信功能

 

　　本系统支持渔船与渔船之间、渔船与渔业管理部门之间、渔船与岸上相关者之间的短报文通信功能，通信方式包括：中英文文字短信（含进出港报、数码电报）、数据通信等。

 

　　（11）出入港报告功能

 

　　通过船载终端设备，渔船出港及入港位置定位信息可报告出入港信息，并可为渔业管理部门提供燃油补助发放依据。

 

　　（12）渔船船舶资料管理功能

 

　　本系统渔船安全监管需要船舶资料信息的辅助，包括：船舶基本信息管理，通过渔船基本信息的录入，可实现对渔船基本情况的了解和掌握；

 

　　·船位历史轨迹信息实时记录，并支持回放功能，可调取任意船舶、任何时间的航行轨迹；

 

　　·可对渔船基本信息、航行动态信息、生产作业信息、各类事件信息、报警信息、终端工作状态信息等信息进行查询和统计，同时生成各类统计报表，并提供打印功能；

 

　　·用户信息管理，为各级渔政管理部门提供分级、分组管理机制，通过级别权限的设置，形成有效的管理手段；

 

　　·报警区域管理，可灵活设置不少于20个报警区域，实现对渔船违规作业进行有效的监测和预防；

 

　　·船只分组管理，可根据船位、船舶类型等条件灵活分组，进行统一管理和调度，提高船舶管理与调度的机动性；

 

　　·船舶事件管理，对船舶各类事件进行统一管理，实现资源合理调配；

 

　　（13）航程航次统计功能

 

　　可根据终端出入港报告信息、位置信息等，统计航行航程和航次功能。

 

　　（14）公告信息发布服务

 

　　通过本系统，可向海上渔船提供气象信息、航行通告和市场信息等公众性信息服务。

 

　　（15）系统扩展功能

 

　　根据管理需要和技术发展，预留接口，可进行二次开发，实现多系统的信息融合。

 

 

　　在该示范工程项目中北斗系统起到重要作用，其主要工作原理如下（如图3所示）

图3 工程项目中北斗系统的主要工作原理示意图

 

　　1、船位监控原理

 

　　船位监控包括两种方式：自动位置报告和点名调取船位。

 

　　本项目中船载终端设置自动位置报告的间隔图3工程项目中北斗系统的主要工作原理示意图时间或其它条件，满足条件下，终端自动发送北斗RNSS或GPS位置。

 

　　省数据中心平台根据需要对终端或终端组发送点名定位指令，北斗运营服务中心和北斗卫星地面站发送给指定的终端，终端接收指令并解析执行，把当前的北斗RNSS位置信息（北斗RNSS位置不可用下，采用GPS位置）通过北斗卫星和北斗运营服务中心，经过存储处理后，共享发送给渔船管辖所属的省数据中心平台。

 

　　省数据中心平台接收终端的自动位置报告信息或点名返回的位置信息，显示在电子海图上。

 

　　2、紧急报警与救助原理

 

　　渔船遇险、伤病、被抓扣等紧急情况下，持续3秒按下终端“紧急”报警按钮，紧急报警信息（该报警信息包含当前船位、航速、航向信息）通过北斗RDSS发送到北斗运营服务中心，经过存储处理后，共享发送给渔船管辖所属的省数据中心平台。

 

　　省数据中心平台接收渔船的紧急报警信息，声光方式提示值班人员，并可转发到值班人员手机上。

 

　　省数据中心平台自动把告警渔船动态航迹，当地海域情况同时在电子海图上叠加显示。同时，在值班人员确认的情况下，自动将报警船船位，动态播发给遇险船周围的所有作业渔船。

 

　　在收到海上作业渔船发来的报警信号后，省数据中心平台将进入紧急情况处理状态，省数据中心平台操作人员可以指定求助船活动区域内一艘或多艘船加入救援预案，将这些船临时分组成一个救援船队，建立起包括求助船、救援船队、省数据中心平台、渔政船在内的救援专用通信通道，在此通道内，所有有关各船船舶航行的状态，相互之间的通信将被统一以最高优先级别处理，同时发送给有关终端和各省数据中心平台。

 

　　在建立救援专用通信通道后，求助船、救援船队各船、渔政船都被自动设定为以数分钟的较高密度自动回报船位和航行动态，省数据中心平台的指挥人员可以根据在电子海图上显示的各船实时船位情况，了解求救船状况、附近救援船、渔政船分布情况，同时参考船舶档案库中各船的基本资料，制定出一套应急救援方案，通过救援专用通信通道，分发给各救援船、渔政船。此外，指挥人员也可以连接到交通部搜救中心、交通部所属参与救援的救捞船。

 

　　3、短消息互通原理

 

　　本系统设计的通信功能包括以下几个方面实现：

 

　　·省数据中心平台与终端之问的中英文短消息互通；

 

　　·手机与终端之间中英文短消息互通；

 

　　·终端之间的中英文短消息互通。

 

　　终端显控单元可编辑输入短信息，目的地址可选择为手机、省数据中心平台或其它的船载终端设备，点击“发送”后，该信息发出。如果目的地址为船载终端设备，则短信息经过北斗卫星导航系统，直接传送到其它渔船；如果目的地址为手机或省数据中心平台，则信息经过北斗卫星导航系统，传输到北斗运营服务中心，北斗运营服务中心解析地址为手机或省数据中心平台，相应的分发。

 

　　手机或省数据中心平台给渔船上终端发送的短信息，也先传送到北斗运营服务中心，由北斗运营服务中心的船载终端播发设备，向终端发送。终端接收短信息，显示在显控单元上。

 

 

　　1、工程项目的相关技术指标如下：

 

　　（1）船位信息精度水平定位误差不大于15m，速度误差不大于2m／s。

 

　　（2）信息传输时间渔船报警信息和位置信息可在60秒内，从终端到达省数据中心平台，显示在电子海图上。

 

　　（3）历史数据存储时间数据库应支持不少于12个月的历史数据查询、统计。

 

　　（4）管理渔船数量可同时支持5万个在网船舶的监控。

 

　　（5）定位频度系统定位频度可根据航速等信息实时变化，最快时不低于每分钟更新一个定位点。

 

　　（6）电子海图显示具有大容量动态目标（>50000）显示跟踪，无明显闪烁；灵活便捷的海图引擎。

 

　　2、工程项目的特色

 

　　（1）福建省海洋渔业北斗应用示范工程船载北斗终端部署量为1万艘渔船，是目前国内最大的海洋北斗应用系统；

 

　　（2）工程应用的船载北斗海事通信一体终端设备是国内首款北斗定位通信与海事卫星通信结合产品（如图4所示）。

图4船载北斗海事一体终端
 

　　（3）福建省海洋渔业北斗应用示范工程是福建省政府的政府主导、市场运作的一个尝试案例。福建省政府引进央企中国航天科工集团公司与福建省电子信息（集团）有限责任公司对接，共同出资设立福建航天星联信息科技有限公司以承接运作福建省海洋渔业北斗应用示范工程项目，同时以此构建东南区域位置信息服务（LBS）公共基础设施，推动福建省北斗卫星信息应用服务产业的发展。