第2期（160期）202012月
JOURNAL OF SHIP DESIGN
No.2(Serial N o.160)
电子围栏技术
丁军％，华先亮2，程陈2，徐正本1
（1.招商局能源运输股份有限公司，深圳518000#2.上海船舶研究设计院，上海201203）
［摘要］针对当前船位报告系统存在可靠性低（实时性差（精确性低的问题%研究开发一种基于北斗导航和卫星AIS技术的船岸一体船位报告安全系统，主要由船基定位终端（岸基综合位置信息服务平台和岸基可视化平台等3部分组成。该系统采用独立电源和独立信道的安全设计，通过实船应用和数据分析验证了该系统的有效性&船岸一体船位报告安全系统作为智能船舶船岸一体信的重要组成%为船东或船舶管理机构提供更安全的实时船舶信息，实现对船舶的远程监视与管理&
［关键词］船位报告安全系统；船岸一体通信；北斗导航；智能船舶
［中图分类号］U666［文献标志码］A［文章编号"1001-4624（2020）02-0091-07
Development and Application of Ship-Shore Security
Ship Position Reporting System
DINGJu：i,HUA Xianliang2%CHENG Che:2,XU Zhengben1
(1.China Merchants Energy Shipping Co.Limited,Shenzhen518000,China；
2.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute,Shanghai201203,China)
Abstract：In view of the low reliability,poor real-time,and low accuracy of the current ship position reporting systems,a new ship-s hore security ship position reporting system was developed based on Beidou navigation and satellite AIS technology,which was composed of ship-based positioning terminal,shore-based integrated locating information service platform,and ship-shore visualization platform.The system was designed with independent power supply and independent communication channel,and was verified through real-ship application and data analysis.As an important component of ship-shore communication method of smart ships,the ship-shore security ship position reporting system could provide more security real-time ship position information for shipowners or ship manag
ement agencies, and further remote monitoring and management of ships.
Key words：security ship position reporting system；ship-shore communication；Beidou navigation,smart ship
0前言
近年来，随着航运业整合和数字化进一步推进，航的数字化的向一化和级。航运订舱、、、SaaS（软件服务）等全的和％和广度的向发展。航运数字化的可挡，并源源不断地为航运业注入了新的活力&
随着航运数字化的发展，对船舶智能化的需求&由IMO（组）船舶的E-Navigation（E-航）是一种智能船舶技术整合理念&E-航海主要能化和信息化，合有的和新的，实现船舶安全、航行和环境保护的终目标，作为：
［收稿日期］2020-07-21；［修回日期］2020-12-09
［作者简介"丁军（1968—），女，首席数字官&研究方向：计算机应用&E-mail：***********
［通讯作者］华先亮（1980—），男，高级工程师&研究方向：智能船舶系统构架&E-mail:*******************
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第2期(总第160期) 2020年12月
船舶设计通讯
JOURNAL OF SHIP DESIGN
No.2(Serial N o.160)
December2020
便利、经济、安全、高效航行、绿环保的全球解决方案，随着各国各地区对E-航海各种探索实践，已经越来越为业界所认同，E-航海将成为未来航运安全保障体系建设的新标准％
船位报告系统作为E-航海功能的一部分，利用船舶的电子电气设备，在航行途中向船公司报告某时刻所在海上地理位置，船公司及时掌握航行在各海域的船舶动态，地安排船舶运计划。
1船位报告系统现状及技术基础
世界上许多国家都建立了相应的船位报告系统。我国2001年建立了中国船舶报告系统(CHISREP)，是一、通为一体的系统，对船舶报告的航、船位行标，对时未报船舶功能％船舶的时的报告时向CHISREP发送船位报告(PR，Position Report)，船位报告的为GPS时间、GPS经、经航向、一的时％船位报告应在的时时，为。
船位报告船舶电电电，通
船载VSAT/FBB通信信道、全球位系统(GPS)的船舶系统(AIS)方式实船位置的％AIS()设船设备成，通GPS经船设备，船位、航向(VHF)向
设，实船舶信息报告的功能％实应用时，船位报告系统在
缺陷。首先，系统严重依赖船上电无线电通设备，一旦船上电源中断、通设备故障，或者被人员非法关停，的船位报告系统无法正工作，丧失船位报告功能；其次，位号依赖于GPS系统，在某些海号强比较弱者受干扰严重的情况下，GPS无法获得准确定位信息，导致系统无法生成正确的船位报告；此外，船位报告依赖船VSAT/FBB通，受限通盲区以
通信带宽窄的影响％因此，船位报告系统的独立性、精确性和实时性等都亟待提％
展日新月异，当前可支撑船位报告系统的最新包括卫星AIS北斗导航％:
AIS一种船舶定位，通过低轨.星接92收船舶发送的AIS报文信息，进行解析转码后转发到地球，地球站再把到各目标方
行下一步的分析处理％AIS工作，采用.织时分多址，通低轨转发报文，可提供静态的船名、尺寸、目的船舶基础的位置、航速、航向航行％北斗导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成，可在全球范围全、全时为各用户提精、高可
位、导航、时，报文通能，已经步备全球导航、位时能，其中区位精
到10m，速精0.2m/s，授时精度10皆。
目前斗航系统已实号全球，
星座示意图和信号如图1和图2所示％
消防管道防冻图1北斗导航卫星星座示意图
2船岸一体船位报告安全系统设计
通过研究独立于现有船舶系统和现有卫星定位系统的船位报告技术，在应用AIS技术的础上新型北斗船载终端系统的独立的“船岸一体船位报告安全系统”，作为通船位报告系统的，船队管理的后备全％
2.1系统功能
船一体船位报告安全系统，可以为船东或船舶提独立通道、实时准确的船舶信息，便于实现对船舶的％
系统的功能设计如：
1)船舶位置显示：电子海图可直观显示船舶实时位置；
2)船舶展示：提船位、航速、
航向
丁军，华先亮，程陈，徐正本：船岸一体船位报告安全系统开发应用
180°-150°-120°-90°-60°-30°0°+30°+60°+90°+120°+150°180°
经度
图2轨道信号覆盖区域
主要信息，以及船名、航次、港口等船舶其他相关信息；
3）历史轨迹查询：主要功能包括历史轨迹空间展示、叠加航行航速展示、历史轨迹列表展示和导出。
钢丝生产船岸一体船位报告安全系统相较于传统的船位报告系统，更加注重安全性设计，采用电源和信道双安全设计理念。
1）电源安全：独立于现有的船舶电源系统，船基设备采用蓄电池自主供电且独立安装部署，在船上电源系统发生故关停的，
中子嬗变
船位告安全系统以，继续保持报告船位功能。
2）信道安全：独立于现有GPS+VHF的AIS通信方式，采用单独的北导航通信，区于目前的GPS信道，在GPS信号的地区，用北导航系统以行位。
船岸一体船位告安全系统主要括源端、北传、和用平台等4部。在用，上船舶通船生船舶
位数据，北传继转发至北〔星；通船舶位传
位信息，通发岸基船舶，行的理；，用通岸基船舶，以相应的。船位告安全系统的图3所示。
-----------才
，船载终端北斗卫星传输链路
海上船舶
GPS卫星GPS卫星GPS卫星
互联网用户
数据库
■舶可观化平台
I匕斗卫星北斗卫星
北斗卫星传输链路
叭卫星地面站
北斗数据接入
据库
运营中心
综合位一—信息一——：平台
看门狗芯片
图3船位报告安全系统示意图
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2.2软硬件构架
船岸一体船位报告安全系统主要包括船基定位 软件、岸基综合位置信息服务平台软件/岸基可视化 平台软件和船载北斗定位终端硬件组成。软件架构
设计如图4所示，系统依托数据推送服务进行数据 交换，同时通过部署北斗数据解析模块处理北斗位
置数据$
数据分发服务
北斗 地面站
卫星AIS
数据接收服务
图5数据处理流程图
船载定位终端选用北斗船舶示位仪TB-BD-
001，如图6所示，可实时上传船舶的位置、航向等数 据，
数如 1所示$
船基定位软件主要负责船舶信息（位置、航向、
航速）的生成及传输。岸基综合位置信息服务平台 软件主要负责北斗数据和卫星AIS 数据的解析，数 据分发服务通过将 析数据分成不同的流发 同
的 $岸基可视化平台软件的 主要
数据的
服务 行数的展示$船端数经加
密、压缩处理向岸基传输，见图5，效 数据的 全 和 化$
TB-BD-001
图6北斗船端示位仪TB-BD-001
表！北斗定位终端参数表
数
性能
北斗定位北斗RDSS 短报文，发射功率！8 W
定位功能
满足“全天候、全时段、全区域”的要求
定时报送
定位回传时间间隔"10 min ；对航速、航向、位置等动态数据采集和上报
定位
#20 m
水压触发脱离报警
当终端设备处于水下1.5~4.0m 时应自动释放并报警，报警定位回传时间间隔$67.5 s ,
连续回传时间＞72 h
拆卸报警
具备防拆卸报警功能，报警定位回传时间间隔$67.5 s
内置电池，续航时间
终端设备内置电池，不采用太阳能供电及船电供电；且在定位回传时间间隔％ 10 min 情况下，
定位和信息回传持续时间不少于5年
外壳防护
终端设备防护能力达到IPX7，或防水等级4 m 水深5 min
压力检测器
工作温度
-25 .~+60 .
船岸一体船位 告安全系统 船 时， 通 过将船载终端一一北斗船舶示位仪 的数 成
到船舶 理中心的可视化平台，进行船位、航
向、航速信息展示，以提高船舶报位频度和及时率+
AC8007终端 ，将 信息数据集成可
视化平台，如图7所示
+
丁军，华先亮，程陈，徐正本：船岸一体船位报告安全系统开发应用
三二关
ii H
BVUCHU
图7船位报告系统可视化界面
3 船岸一体船位报告安全系统实船 验证及结果分析
考虑当前北斗导航信号覆盖的强度，选取以下
重点区域，作为试验验证海域，如图8所示。
1）短报文服务范围：经度区间为70°E ~140°E , 纬度区间为0°N ~55°N
2） 一般服务范围：经度区间为55°E ~180°E ，纬 度区间为55°N ~55°S
选取5艘航线在以上重点区域的典型船舶（船 舶代号001-005），安装船岸一体船位报告安全系统
终端进行实船验证，报位率验证结果如表2所示。
图8重点关注信号覆盖区域
3.1船舶报位率验证及分析
试验安装的北斗二代终端短报文信号覆盖范 围是经度区间70°E ~140°E ，纬度区间为0°N ~55°N
的区域。如表3所示，除003船终端外，其余4艘船 舶终端报位率均在80%以上，特别是001船行驶轨
迹为中国和日本航线区域，报位率达到了 96%。因
，可以 结， 试验所选取的终端设备
岸 AIS 和卫星AIS 在中国沿海或一些船舶密 集区域存在的信号盲区所导的船舶报位率的问
95
