北斗卫星导航系统在航标遥测遥控管理中的研究摘要：航标遥测遥控系统己在南海海区得到广泛使用。

然而，由于3G/4G信号覆盖范围较小，目前以 GPS与3G/4G技术相结合为主要通信方式的遥测遥控系统与离岸距离远的航标设施失联的状况时有发生。

随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的发展日趋成熟，双向数字报文通信的优点使得通过BDS实现航标遥测遥控管理尤其是远程航标的监测成为可能。

且通过BDS逐步替换GPS,符合我国“科技强国”、“海洋强国”、“交通强国”的发展战略要求。

本文从必要性、可行性等方面对北斗卫星导航系统在航标遥测遥控管理上的应用进行了相关研究，并在系统架构、终端单元设计等方面给岀相应的解决方案。

关键字：遥测遥控系统北斗卫星导航系统航标管理—背景近年来，航标遥测遥控系统作为当前航标管理技术先进水平的标志，在航海保障事业内受到热切关注并迅猛发展。

其具有的航标定位、工作参数实时监控、故障报警等功能特点，在航标日常维护管理中发挥了重要作用，成为航海保障中心对外服务的可靠平台和管理的有效抓手。

然而，目前在用的航标遥测遥控系统主要通过用3G/4G 技术移动网络进行通信，在公用移动网络无法覆盖的水域，航标监控检测一直是一个难题。

部分离岸较远的航标由于无法进行遥测遥控，曾造成航标漂失后无法定位、寻标难度大等问题。

更有甚者，部分重要航标漂到周边国家和地区的情况，引起国际纷争，造成不良影响。

对于这些因信号覆盖差而失联的航标，目前回退到以往通过人工现场巡检的方式来进行维护管理，这种落后的航标管理模式带来很多弊端：(1)实时性差：人工定期巡查，对于在两次巡查周期之间岀现航标故障，管理部门很难及时发现和迅速维修处理，这给日益繁忙的航运留下了事故隐患。

(2)可靠性低：在现场巡查过程中，需要依靠人员目视检查航标灯的闪亮状态和位置漂移情况，很大程度上依赖巡查人员的工作经验，准确率低，可靠性不高，目前航海保障中心的人员老年化较为严重，具有丰富现场经验的航标工相继步入退休年龄，未来通过现场巡检单一模式进行航标维护管理，不具备现实条件。

(3)效率较低：3G/4G技术移动网络无法覆盖的水域一般离岸较远，这些区域内的航标分布范围广，需要巡查的地点多，岀航巡查的船舶需要花费大量的时间，而且每次巡查都是周期的例行检查，缺乏明确的维护目的。

这导致了周期巡查的效率低下。

(4)费用较高：定期派岀船只和人员对远端的所有航标进行巡查，消耗大量的燃油和人力，附加上船只的维护费用，船只和人员的开销费用极大。

（5）安全隐患较多：有些远离海岸的地方的水文地理情况复杂，派岀船只开展巡查，有一定的安全风险，尤其是在夜航巡检以及恶劣气候和环境的条件下更为突岀。

可见，人工巡检由于自身固有的弊端，无法作为有效手段对失联的远海航标进行管理，巡检维护需求难以得到满足。

航海保障中心亟待一个覆盖广、信号优、效率高的遥测遥控系统。

二中国北斗卫星导航系统发展情况1基本情况中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。

是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system）之后第四个成熟的卫星导航系统。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力，具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0. 2 米/秒，提供10。

ns（单向授时）和20 ns（双向授时）的时间同步精度。

2重要历程2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1. 0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位。

中国的卫星导航系统己获得国际海事组织的认可。

2014年5月，国际海事组织海上安全委员会第93次会议在IM0总部伦敦举行，会议审议并通过了“船载北斗系统接收机设备性能标准”，标志着我国正式取得第一个北斗海事国际标准。

2018年12月27日，北斗系统服务范围由区域扩展为全球，北斗系统正式迈入全球时代。

3运用启发伴随着我国北斗卫星导航系统的发展日趋成熟，北斗卫星导航系统除了为全球用户提供标准的卫星定位、测速和授时服务外，还可以利用GE0卫星提供的增强信息，为我国及周边地区用户提供120个汉字/次的短报文通信服务，双向数字报文通信的优点使得通过BDS实现航标遥测遥控管理尤其是远程航标的监测成为可能。

通过对现有航标终端加装北斗定位及通信模块，使终端具有双向数字报文通信功能，经过注册的用户可以传送多达120个汉字的信息，可以设计多个端口并行或分组远程传递航标设备监测传感器的变量编码压缩数据，甚至还可以进一步改造，使之具有水文气象信息采集功能。

北斗卫星导航系统具有全天候服务，在我国辖内没有通信盲区等特点，有效地解决了远海地区航标定位和信息传递的困难。

三航标遥测遥控系统运行现状1航标作用在我国，视觉航标是视觉可直接观察到的助航标志，具有易于辨认的形状及颜色，并装有灯器及其它附 属设备。

在天气状况良好的白天，通过其标身的形状、颜色和顶标供航行人员观察；而夜间或能见度低的白 天，则通过灯质（即灯光颜色、灯光节奏和灯光周期）来作为识别的特征，起到导助航的效果。

伴随着无线电导航技术飞速发展，很多船舶配备了先进的航海仪器，可以利用GPS 进行全天候的实时 高精度的船位测定，保证了船舶的安全航行。

但在船舶来往频繁、水文地理情况复杂的航道或港口水域，仅 靠无线电导航在屏幕终端或电子海图上显示船位航线是远远不够的。

航海人员还必须根据视觉航标所标示 的航线、航道界限和障碍物，全面掌握航道的情况，及时做岀正确判断指挥航行。

而且，对于部分设备简陋 的小型船舶，它们没有专用的无线电接收设备，这就急需通过凭肉眼观察视觉航标以保证其航行安全。

因 此，视觉航标在新技术飞速发展时期仍然具有其独特的助航作用和不可替代的重要地位，类比于陆地上的 交通指示标志之于机动车辆，航标是海上通航不可忽视的重要助航手段。

2现有航标遥测遥控系统工作情况目前在用的航标遥测遥控系统主要通过GPS 进行定位，其结构图如下所示：①妙 5 监控中心、W ：二J3/4G 网络图1基于GPS 的航标遥测遥控系统结构图其基本原理是：在航标上集成一个电子监控模块，通过传感器采集航标灯工作状况和参数、通过GPS 模 块获取定位信息并将获得的状态参数经过单片机处理后，通过3/4G 移动通信模块传输到监控中心后台，值 班人员通过登录航标遥测遥控系统WEB 客户端，可以监控到航标的工作状态。

理论上来讲，在3/4G 网络信号全覆盖的前提下，航标管理人员通过客户端即可以调用监控中心服务器 上的航标遥测数据并进行分析判断，从而有效地达到对航标工作状况的实时、动态监测的目的。

经过多年的 发展，我^■-国移动通信网络技术己经相当成熟。

移动通信的覆盖率在不断提高，传输特性也在不断改善。

目前，移动通信网在全国的覆盖率在97%以上，非边远地区覆盖率几乎100%,无线接通率达到99. 65%,短信全程接通率达到95.24%,可以满足各种无线通信系统的通信需求。

遗憾的是，随着移动通信技术的发展，低频的使用接近饱和，移动通信的载波频率变得越来越高，这也意味着蜂窝系统的小区半径越来越小（因为频率越高，电磁波的衰减越大）。

目前2G、3G、4G、5G基站覆盖距离的典型值如下表：当然，小区半径不仅仅是由载波频点决定的，还跟其他很多因素有关，比如自然环境、用户密度等。

但即便是以覆盖广、信号稳定著称的2G网络，在GSM原理中，其基站的最大覆盖半径理论最大可达到35KM（算法为 3.7us/bit*63bit*c：2=35km（c 为光速））,即 18.89 海里。

结合实际来看，以南海海区为例，目前接入遥测遥控的航标数量共xx座，其中因信号覆盖问题无法实现监控的xx座，占比xx%。

因此，搭建一个基于BDS的航标信息化管理系统具有实际意义。

四BDS在航标信息化管理中应用的必要性和可行性1必要性：（1）是掌握核心技术，摆脱受制于人众所周知，GPS系统是由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，是美国独霸全球战略的重要组成，而在中美贸易摩擦可能升级、中国遭遇国际经济逆风的当下，一旦美国限制甚至撤消他国对于其GPS 系统的使用权，其后果将十分严重。

另一方面，我国对BDS拥有完全自主知识产权，且系统本身具有高安全性设计.可以满足国家关键部门海事、气象、水利、电力、交通等特殊需求行业的使用，所以，建立一套基于本国自主研制开发的卫星导航系统基础上的航标监控系统是一个切实可行的方案。

（2）是北斗日益成熟，优势渐显，运用前景广阔相对于其他定位系统来说，北斗卫星导航定位系统具有以下几个明显的优点：同时具各定位与双向通讯功能，无需其他通讯系统支持；特别适合区域广阔的集团用户实现大范围监控及数据采集和传输；系统自主研发、高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

（3）是实时监测航标工作状态，提高工作效率凭借北斗卫星导航系统全天候、高精度、快速实时的服务特点，改造后的航标遥测遥控系统可以全自动、全天候地监测所有航标的工作状态。

有了该系统，航标维护管理部门可以轻易地掌握航标的工作状态和相关信息，做到及时、有针对性地对航标进行维护与检修。

2可行性：(1)北斗卫星导航系统日趋成熟自2000年建成北斗导航试验系统以来，截止至2018年11月19日，中国己累计发射43颗北斗导航卫星，过长期酝酿和稳步实施，于2011年12月27日，BDS成为覆盖中国本土全区域导航系统，覆盖范围东经约70。

~140。

，北纬5。

~55。

于2018年12月27日，北斗三号基本系统完成建设，开始提供全球服务，标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球，北斗系统正式迈入全球时代。

(2)北斗系统用户终端接口标准明确中国卫星导航定位应用管理中心于2014年8月14日颁发的行业标准《北斗卫星导航系统用户终端通用数据接口》，详细地规定了北斗卫星导航系统与终端之间的数据接口相关要求，有力地推动了北斗卫星导航系统应用研究发展。

结合海上航标管理来看，该标准在连接线方式、发送器和接收器电信号特性、数据传送规则、通用语句标识符等主要方面均进行了相关约定，基于此进行航标遥测遥控系统开发或改造，难度较小。