基于北斗系统的海上搜救体系研究

第４０卷第６期２０１８年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４０㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０１８文章编号：１６７３⁃３８１９（２０１８）０６⁃００４３⁃０７基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统申㊀翔１，吴培仁２（１ 江苏自动化研究所，江苏连云港㊀２２２０６１；２ 中国人民解放军陆军工程大学训练基地，江苏徐州㊀２２１０００）摘㊀要：阐述了海上搜救系统与装备的现状㊁存在问题以及海上搜救的难点，结合北斗卫星导航系统发展现状，提出了基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统，实现了海上船只㊁人员在遇险时自动报警㊁精确定位以及实时跟踪，并给出了搜救指挥中心和海上遇险求救终端的技术实现，突破了终端防水和低功耗等关键技术，为准确㊁及时㊁可靠的实现海上搜救提供了可能㊂关键词： 北斗 卫星导航系统；导航定位；海上搜救中图分类号：ＴＪ６３０ ４㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０１８．０６．０１０ＭａｒｉｔｉｍｅＥｍｅｒｇｅｎｃｙＳＡＲＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＢｅｉｄｏｕＮａｖｅｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍＳＨＥＮＸｉａｎｇ１，ＷＵＰｅｉ⁃ｒｅｎ２（１ ＪｉａｎｇｓｕＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ２２０６１；２ ＡｒｍｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｒａｉｉｎｇＢａｓｅｏｆＰＬＡ，Ｘｕｚｈｏｕ２２１０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｆＭａｒｉｔｉｍｅＳｅａｒｃｈａｎｄＲｅｓｃｕｅｓｙｓ⁃ｔｅｍａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆＢｅｉｄｏｕＳａｔｅｌｌｉｔｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ａｍａｒｉｔｉｍｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｓｅａｒｃｈａｎｄｒｅｓｃｕｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＢｅｉｄｏｕＳａｔｅｌｌｉｔｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｌａｒｍ，ａｃｃｕｒａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅｔｒａｃｋｉｎｇｏｆｓｈｉｐｓａｎｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌｉｎｄｉｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｍａｎｄｃｅｎｔｅｒｏｆｓｅａｒｃｈａｎｄｒｅｓｃｕｅａｎｄｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｏｆｍａｒｉｔｉｍｅｄｉｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｃｕｅｉｓｇｉｖｅｎ，ｗｈｉｃｈｂｒｅａｋｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｅｒ⁃ｍｉｎａｌｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｍａｒｉｔｉｍｅｓｅａｒｃｈａｎｄｒｅｓｃｕｅａｃ⁃ｃｕｒａｔｅｌｙ，ｔｉｍｅｌｙａｎｄｒｅｌｉａｂｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｅｉｄｏｕｎａｖｅｇｉａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍ；ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎ；ｍａｒｉｔｉｍｅｓｅａｒｃｈａｎｄｒｅｓｃｕｅ收稿日期：２０１８⁃０９⁃０２修回日期：２０１８⁃１０⁃１７作者简介：申㊀翔（１９７０⁃），男，江苏连云港人，研究员，研究方向为海上应急救援指挥信息系统㊂吴培仁（１９６９⁃），男，副教授㊂１㊀海上应急搜救发展现状２１世纪是海洋世纪㊂随着国内外航运业务飞速增长，各种自然和人为的海上险情和事故也多发，海难事故发生概率也显著增加，包括船舶海上航行中遇到大风浪㊁大雾等恶劣气象和海况导致的翻船㊁碰撞㊁触礁㊁搁浅等情况，以及因爆炸㊁火灾等原因导致船舶沉没㊂据国际劳工组织‘渔业安全与健康报告“的统计，其中全球约有１０万人在海难事故中丧生；每年每１０万名渔民中有８０人死于各种事故㊂我国是海运大国㊂近年来，我国对海上搜救力量建设进行了较大的投入，使海上搜救能力有了很大提高，但与发达国家相比仍存在一定差距㊂首先，目前我国专业救助船舶相对老化，综合海上搜救功能和体系还不够完善和健全㊂在中远海恶劣海况情况下，专业救助船舶对海上火灾等突发应急救援能力还较弱㊂其次，我国海上搜救基础设施与装备的数量和质量，特别是在大风浪情况下快速有效的救助能力，还远不能适应海洋经济发展对海上应急救援能力的需求㊂对中国海上搜救能力有准确的评价，尽快提高海上搜救能力是当前迫切需要解决的问题㊂目前国际上常见的海上求救定位设备包括两类：一是无线电信号类㊂最常用的是ＥＰＩＲＢ（紧急定位示位标）㊂这一类的产品缺点是体积大㊁重量大㊁携带不方便，作用距离短㊂通常这一类设备安装在远洋货船上，对于个体遇险人员不太适用㊂二是采用火焰信号㊁烟雾信号类㊁信号弹类㊁浮灯类㊁海水染色类㊁反光带以及各种组合信号类（如图１所示）㊂其优点是携带方便㊁使用简单；缺点是不能主动地将其自身位置告诉搜救方，使用时受外界因素影响较大，不利于迅速㊁准确地确定和搜救遇难船舶和人员㊂海上应急搜救主要存在的难点在于：１）对于遇险者，如何第一时间，将报警信息准确地报告到海上搜救中心；２）对于搜救中心，如何根据遇险情况，对搜救工作进行科学的决策，拿出最恰当的方案；３）如何达成与搜救现场快速可靠地通信，从而实施准确地指挥；４）对于现场搜救力量，如何准确地发现和定位遇险者／船只，在第一时间实施救助㊂对此，我们需要一种设备，能够实时定位，并且能够支持远距离通信㊂而北斗卫星导航系统具备定位导航和远程通信等能力，适合用来解决这些难题㊂４４㊀申㊀翔：基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统第４０卷图１㊀海上求救定位设备２㊀北斗导航定位系统现状北斗卫星导航系统（ＢｅｉＤｏｕＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓ⁃ｔｅｍ，简称为ＢＤＳ，早期也称作ＣＯＭＰＡＳＳ）是由我国自主研制的一款全球卫星导航与定位系统㊂是继美国（ＧＰＳ）㊁俄国（ＧＬＯＮＡＳＳ）之后第三个已经投入实际运行的卫星导航系统㊂２ １㊀系统能力北斗卫星导航系统可在全球范围内全天候㊁全天时为各类用户提供高精度㊁高可靠的导航㊁定位㊁授时服务，兼有短报文通信能力，并能向有更高要求的授权用户提供定制化服务㊂北斗卫星导航系统主要提供以下的服务：１）短报文通信：为终端用户提供基于卫星的双向报文通信功能，北斗系统覆盖范围内的任意两台终端用户均可进行双向短报文通信，不受距离限制㊂２）精密授时： 北斗一号 系统具有精密授时功能，可向用户提供２０ｎｓ １００ｎｓ时间同步精度㊂３）有源定位：在有标校站的区域提供水平２０ｍ的定位精度，无标校站的区域提供水平１００ｍ的定位精度㊂４）无源定位：提供类似ＧＰＳ系统的高精度无源定位㊁导航功能㊂５）测速功能：精确测量载体的当前速度㊂２ ２㊀系统组成北斗卫星导航系统由空间端㊁地面端和用户端三部分组成㊂空间端包括５颗静止轨道卫星和３０颗非静止轨道卫星㊂地面端包括主控站㊁注入站和监测站等若干个地面站㊂用户端由北斗用户终端组成㊂截止２０１２年１０月底，已发射在轨卫星１６颗，已初步具备区域导航㊁定位和授时能力，见图２㊂目前，北斗二号可以连续提供公开服务的区域为南纬５５ʎ至北纬５５ʎ，东经７０ʎ至东经１５０ʎ的大部分区域㊂２０２０年系统建成后，北斗二号的服务将覆盖全球范围㊂预计在２０２０年前后，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力㊂目前其定位精度优于２０ｍ，授时精度优于１００ｎｓ㊂图２㊀北斗系统服务区域示意图第６期指挥控制与仿真４５㊀３㊀基于北斗系统的海上应急搜救系统设计海上人员遇险定位是海难事故搜救取得成功的前提，当今落水人员定位主要依靠搜救飞机或船舶上所载搜救人员肉眼定位的人工方式，以及航线预测㊁人员飘移预测模型等传统技术手段，这样救援的准确性和实时性较低，不能在第一时间定位遇险人员并对其施救㊂北斗海上救生示位标采用北斗ＲＤＳＳ四合一导航模块，利用北斗卫星导航系统的定位㊁授时㊁短报文通信功能，实现了人员落水后设备自动开机㊁定位㊁发送求救信息的功能㊂这种救生标可以方便地佩带在衣服或救生衣上，改变目前拉网式搜救的传统方法，实现即时准确定位，大大的缩短了搜救时间，提高了遇险者的生还率，节约了时间㊁人力㊁物力㊂如果说ＧＰＳ可以让使用者知道自己在哪里的话，那么北斗卫星导航系统则不仅可以让使用者知道自己在哪里，还可以让别人知道你在哪里㊂正是短报文通信这项北斗导航系统独有的功能为北斗导航运用到海上救生提供了技术上的可能㊂基于北斗导航系统的海上应急搜救系统综合了遇险定位技术㊁信息综合处理技术㊁搜救筹划指挥技术，很好地解决了目前海上搜救存在的问题和难点㊂基于北斗导航系统的海上应急搜救系统由海上应急搜救指挥中心和海上遇险求救终端两部分组成，见图３㊂图３㊀基于北斗系统的海上应急搜救系统㊀㊀在发生遇险情况下，遇险者利用遇险求救终端发出遇险信号，发送至搜救中心，并周期性上报遇险者（船只）的实时位置，指引搜救人员快速定位；搜救中心的指挥人员利用海上应急搜救系统，收集应急搜救相关信息，合理筹划安排，制定搜寻救援方案，并通过多种手段，指挥海上搜寻救助力量，协调海上搜寻救助相关资源，达成对海上遇险者的搜寻救助［１⁃３］㊂３ １㊀搜救中心设计海上应急搜救指挥中心主要功能是：１）在日常情况下，辅助搜救中心工作人员进行值班；利用电子海图，对海上搜救终端用户进行实时监控；收集管理海上搜救相关信息和数据㊂２）在收到海上遇险信息后，根据遇险情况，进行筹划和组织，制定应急搜救方案和计划；组织协调各相关单位和部门，实施海上应急搜救；对搜救过程进行指挥，掌握搜救进展情况；为搜救提供相应的信息㊁通信等方面的技术支撑，见图４㊂海上应急搜救指挥中心主要有三种形式：岸基固定式搜救中心㊁车载机动式搜救中心㊁船载便携式搜救指挥设备㊂岸基固定式搜救中心主要开设于海上应急搜救主体单位（通常为海事局）的建筑物内，是海上应４６㊀申㊀翔：基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统第４０卷图４㊀海上应急搜救系统工作流程示意图急搜救指挥机构人员工作平台；车载机动式搜救中心主要部署在各岸基指挥中心的直属派出支队／分队，用于海上应急搜救的前进指挥，就近协调应急搜救的相关事务，如安全警戒㊁医疗保障㊁事故调查㊁应急保障㊁宣传报道等；船载便携式搜救指挥设备部署于现场搜救指挥船舶，开展海上搜救的现场直接指挥㊂［１，４⁃５］如图５所示，海上应急搜救指挥中心通常由信息接收处理设备㊁指挥作业设备㊁网络通信设备㊁多媒体显控设备以及供电等配套设备组成㊂信息接收处理设备主要用于数据信息处理㊁数据存储备份等功能，包括信息处理服务器㊁信息存储服务器㊁北斗指挥机等㊂图５㊀海上搜救指挥中心组成示意图㊀㊀指挥作业设备主要包括指挥工作台，提供业务工作人员席位，进行作业指挥使用，能够显示搜救态势，辅助指挥人员查询相关信息，制定搜救预案㊁方案，协同相关部门指挥搜救，监视搜救进程㊂网络通信设备主要包括交换机㊁通信接入设备等，用于数据㊁话音等信息的传输与交换等，系统内部的各个分系统的设备通过网络通信分系统连接成一个完整的整体，实现系统的功能，并通过网络通信分系统与外部系统进行信息传递㊂多媒体显控设备用于态势显示大屏投影以及音视频综合控制，包括投影显示设备㊁音视频切换及控制设备㊁投影幕及音箱等㊂配套设备主要包括供电设备㊁机柜等，为系统各设备用电提供保障，以及设备安装存放㊂３ ２㊀海上遇险求救终端设计海上遇险求救终端日常情况下能够接收海上应急搜救指挥中心发布的航行㊁天气㊁警示㊁通告信息；在发生险情时，可以主动或被动发出求救信号，并持续上报遇险者位置信息，便于搜救人员准确发现和定位㊂海上遇险求救终端有船载搜救终端㊁个人遇险求救终端等形式㊂船载搜救终端主要安装于海上作业船舶，在海上船舶发生险情时，及时报警求救；个人遇险求救终端安装在救生衣上，在穿戴者发生落水等险情时，报警求救并依此定位㊂３ ２ １㊀船载搜救终端设计船载搜救终端主要安装在船舶上，日常可以为船舶进行示位导航，在发生海上险情，可以通过触按终端上的求救按钮，向指挥中心发送求救和位置信息㊂船载搜救终端具备北斗二号导航系统无源定位功能，能够实时获取载体（渔船㊁搜救船㊁海警船等）当前位置信息；具备北斗一号短报文通信功能，能够接收来第６期指挥控制与仿真４７㊀自指挥中心广播或点到点发送的气象㊁调度㊁避险㊁救援等预警和指挥信息，并向指挥中心上报状态㊁位置㊁险情㊁搜救工作等信息，实现与搜救中心和其它船载搜救终端之间的双向通信传输；可建立㊁存储㊁编辑㊁查阅航线和航路点，自动计算和显示下一个航路点及终点的方位㊁距离㊁航行时间和预计到达时间，为船舶海上航行提供航该导航服务；可在船舶到达目的地㊁偏离预定航线㊁接近碍航点㊁危险点㊁进入渔区等情形是，自动发出声音报警信号，警示用户及时做出反应㊂搜救终端由搜救终端主机（显控单元）和卫星天线组成，其中搜救终端主机包括：北斗模块㊁控制模块㊁液晶显示器㊁输入模块㊁电源模块等，见图６㊂图６㊀船载搜救终端组成与外观船载搜救终端的主要性能指标如下：•定位类型：㊀㊀㊀㊀㊀北斗二号无源定位；•定位精度：㊀㊀㊀ɤ２０ｍ（２ＤＲＭＳ）；•定位频度：㊀㊀㊀１Ｈｚ•定位成功率：㊀㊀㊀ȡ９５％；•位置跟踪间隔：㊀㊀ɤ２ｍｉｎ；•供电：㊀㊀㊀㊀ＡＣ２２０Ｖ／５０Ｈｚ，ＤＣ２４Ｖ；•平均功耗：㊀㊀㊀ɤ３０Ｗ；•主机尺寸：㊀㊀㊀ɤ３４０ｍｍˑ２８０ｍｍˑ１４０ｍｍ；•主机重量：㊀㊀㊀ɤ５ｋｇ；•天线尺寸：㊀㊀㊀ɤΦ１９０ｍｍˑ１７０ｍｍ；•天线重量：㊀㊀㊀ɤ４ｋｇ㊂３ ２ ２㊀个人求救终端设计个人求救终端主要安装在救生衣上㊂当穿戴者遇险落水后，个人求救终端能够主动或被动地向搜救中心发送求救信号和位置信息，以便搜救中心在最短时间内获知使用者处于落水状态，并及时进行救援㊂个人求救终端在出发紧急报警或落水报警后，周期性的向搜救中心返回落水人员的位置信息，引导搜救船及时㊁准确的前去救援㊂一体式个人求救终端主要由天线㊁射频电路㊁控制和卫星通信电路㊁入水检测电路等组成，如图７所示，样机外观如图８所示㊂图７㊀一体式个人求救终端组成示意图图８㊀一体式个人求救终端外观示意图㊀㊀分体式搜救终端分为两个部分：定位通信组件和电源控制组件，主要模块包括：定位与通信电路㊁射频电路㊁天线㊁控制电路㊁入水检测电路和电池㊂分体式搜救终端组成如图９所示，外观如图１０所示㊂图９㊀分体式个人求救终端组成示意图４８㊀申㊀翔：基于北斗卫星导航系统的海上应急搜救系统第４０卷图１０㊀分体式个人求救终端外观示意图㊀㊀个人遇险求救终端的性能指标为：•定位精度：校标区ɤ２０ｍ；非校标区ɤ１００ｍ；•落水报警时延：５ｓ ６ｓ；•平均功耗：ɤ２Ｗ；•连续工作时间：ȡ４８ｈ；•重量：ɤ５００ｇ；•防护等级：ＩＰ６７；３ ３㊀关键技术实现［５］３ ３ １㊀防水设计个人求救终端的一个最基本的功能是具备落水报警功能，要求终端具备防水功能，在浸水㊁喷淋的条件下不会发生进水而导致的工作异常㊂个人终端的防水设计主要体现在结构设计中，采用了上下壳防水，按键防水，电池门防水，传感器引出部分防水设计措施，主要方法有：选材㊁Ｏ型圈㊁打胶水等㊂个人求救终端的壳体材料选用高强度㊁憎水性㊁耐腐蚀性塑料，在受到挤压㊁碰撞时不易发生形变，长期在海面或海水环境中不会因受到腐蚀而出现剥落㊁漏水，壳体表面不易出现水膜聚集㊂个人求救终端外壳采用精密开模设计，在模具接口处设计为单一水平线，并有凹凸槽和Ｏ型密封圈，确保不会自连接处进水，如图１１所示㊂个人求救终端的设计有单独的电池仓，开口处采用凹凸槽和防水Ｏ型圈，电池接口及电池仓穿线处采用密封胶灌封处理；终端上的按键采用密封圈和硅胶帽进行密封设计，出线口处采用Ｏ型圈和密封胶灌封处理，确保终端在按键和出线口等处的防水密封性能，见图２㊂３ ３ ２㊀低功耗设计个人终端的一个最为关键的性能指标是续航时间，较长的续航时间能够为搜救中心持续提供落水人员的位置信息，为高效营救提供切实可靠的信息保障㊂图１１㊀壳体密封示意图图１２㊀按键密封示意图但受到个人终端体积的限制，所能选择电池容量是一定的，低功耗设计技术能够保证在有限的电池容量下，最大限度的延长终端的续航时间㊂个人终端的低功耗设计主要采取了以下几方面措施：•高度集成的芯片化设计技术个人终端的射频电路㊁基带电路㊁控制电路㊁功放电路等主要模块全部采用芯片化设计，尽可能减少附加电路和分离元器件电路，这对降低终端的功耗起到决定性的作用㊂•低电压设计技术电子电路的功耗与其工作电压有着密切关系，通过降低电子电路的供电电压可以进一步降低其工作时的功耗，个人终端采用的各种芯片的核心电压不超过１ ８Ｖ，部分ＩＯ接口工作电压不超过３ ３Ｖ，可有效降低终端功耗㊂•降频设计技术个人求救终端是一个实时性要求不高的终端设备，终端能够每１ｍｉｎ或更长时间发送一次示位信息即可满足使用需求，因此可对解算电路㊁控制电路的工作频率进行降频处理，确保ＲＮＳＳ定位信息每１０ｓ更新一次即可满足实际使用需求㊂•电源管理设计技术个人终端中ＲＤＳＳ发射电路是主要耗电电路，但该电路近在需要上报位置信息的瞬间需要较大功率，以第６期指挥控制与仿真４９㊀能保证信号能够被北斗卫星可靠接收，其它时间则全部处于待机状态，对个人终端的ＲＤＳＳ模块的供电采用了专门的电源芯片，在需要发送信息之前打开ＲＤＳＳ供电电源，在完成发射之后立即关闭ＲＤＳＳ电源，将ＲＤＳＳ电路的待机功耗降到最低㊂•位置上报动态管理技术个人终端在遇险时需及时上报报警信息和位置信息，但在搜救过程中却不必持续以恒定的较高频度上报信息，中心在接收到报警信息后，向个人终端发送准备前往救援指令，个人终端接收到此指令后自动降低位置报告频率；同时，个人终端的位置上报间隔随工作时间而逐渐降低，随搜救时间的流逝，其上报频率可由２ｍｉｎ ５ｍｉｎ逐渐降低指１０ｍｉｎ ３０ｍｉｎ一次，以进一步延长终端续航时间㊂•深度睡眠技术个人终端在触发报警事件之前，处于深度睡眠状态，控制电路输入时钟关闭，整个终端进入功耗极低的待机水面状态，触发报警事件之后，控制电路立即唤醒，并进行定位解算，并将告警信息和位置信息上报指挥机，之后终端再次进入睡眠状态，仅部分计时电路处于工作状态，直到下一次警情上报时间间隙才再次唤醒工作㊂４㊀发展启示２０１３年９月，国家出台了‘国家卫星导航产业中长期发展规划“，明确到２０２０年，要在公共安全㊁交通运输㊁防灾减灾㊁农林水利㊁气象㊁国土资源㊁环境保护㊁公安警务㊁测绘勘探㊁应急救援等重要行业及领域，实现卫星导航产品和服务规模化应用㊂海上应急搜救系统研制与生产遵循系列化㊁通用化㊁组合化思想，系统功能软件采用构件化开发技术，设备可灵活配置㊁功能按需裁剪㊁系统快速集成，支持不同领域㊁不同部门的需求㊂系统可应用于海洋渔业安全生产保障㊁远洋交通运输监控㊁航空交通运输安全保障㊁军队日常训练保障以及野外（森林㊁沙漠㊁草原等无人区域）施工作业保障㊁海上石油钻井平台安控等领域㊂目前国内对海上搜救终端的年需求量大约在１万套左右，带北斗定位通信功能的高端搜救终端的年需求量在５０００至１００００套左右㊂随着我国北斗系统的完善和国家级海洋产业政策的贯彻实施，北斗海上搜救终端的装备数量会大量增加㊂因此，发展北斗海上搜救系统对我国应急指挥系统的发展非常迫切㊂５㊀结束语基于北斗导航系统的海上应急搜救系统是海上遇险搜救手段和技术的一项重大突破，将在某种意义上极大改变目前拉网式搜救的传统方法，提高搜救效率，减少国家的搜救损失，具有革命性的意义㊂通过建立海上应急搜救系统，为保障遇险者生命财产安全提供先进的搜救装备，对落实国家的可持续性发展战略，谋求卫星导航产业的快速㊁持续和跨越式发展具有重要意义，对于促进国民经济发展，维护国家海上利益和国家安全，促进中国卫星导航产业的发展具有重要的推动作用㊂参考文献：［１］㊀胡志强，申翔．海上大数据应急救援指挥系统设计与实现［Ｊ］．指挥与控制学报，２０１６，２（１）：２６⁃３２．［２］㊀高婷，陈洪武，张帅．基于北斗定位的落水人员报警终端的设计［Ｊ］．计算机工程与设计，２０１３（５）：８⁃１２．［３］㊀芦庆丰，张三喜，孟宪宏．基于北斗卫星导航系统的海上救生示位标［Ｃ］．中国航海科技优秀论文集，２０１３．［４］㊀徐雯梅．我国海上搜救现状及建议［Ｊ］．水运管理，２００９（４）：７⁃１１．［５］㊀王健，刘承志，李思晔．海上应急指挥系统关键技术［Ｊ］．水运管理，２０１１（９）：１９⁃２３．。

北斗系统在海上救助领域的应用与发展1. 引言1.1 北斗系统在海上救助领域的重要性北斗系统在海上救助领域的重要性体现在多个方面。

海上救助是一项涉及生命安全的重要任务，而北斗系统的定位、导航和通信功能可以帮助海上搜救工作更加精准和高效。

在海域复杂、气象恶劣的环境下，北斗系统可以为救援人员提供准确的位置信息，帮助他们快速定位被救援对象，从而提高救援成功率和减少救援时间。

北斗系统还可以在海上搜救中提供实时的通信支持，使得救援人员与指挥中心之间能够随时保持联系，协同作战更加顺畅高效。

北斗系统的全球覆盖能力和高精度定位技术，为海上救援提供了强大的支持，使得海上搜救工作可以在全球范围内进行协调和合作。

北斗系统在海上救助领域的重要性不可替代，将继续发挥着关键作用并不断得到完善和深化。

1.2 北斗系统在海上救助领域的发展背景北斗系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，旨在为全球用户提供高精度、高可靠的导航、定位、和时空信息服务。

北斗系统的发展背景可以追溯到20世纪80年代初，当时我国开始着手研制卫星导航系统，以满足国家安全、经济建设和社会发展的需求。

随着我国经济的快速发展和海洋事业的兴起，海上救助领域面临着越来越多的挑战和需求。

传统的航海导航和通信系统在海上搜救中存在一些不足，如覆盖范围有限、通信信号易受干扰等。

我国积极推进北斗系统在海上救助领域的应用，以提高海上搜救的效率和可靠性。

北斗系统在海上救助领域的发展背景也受到国际社会的关注和认可。

作为全球卫星导航领域的重要一员，北斗系统在为海上救助提供精准的定位和导航服务的也为国际合作和共建共享开创了新的可能性。

随着北斗系统技术的不断完善和应用场景的不断拓展，相信北斗系统在海上救助领域将发挥越来越重要的作用。

2. 正文2.1 北斗系统在海上搜救中的定位与导航功能北斗系统是我国自主研发的卫星导航系统，具有全球覆盖、高精度、高可靠性和免费开放等特点，被广泛应用于各个领域，包括海上救助。

北斗系统在海上救助领域的应用与发展北斗卫星导航系统是中国自主研发的卫星导航系统，也是目前世界上五大卫星导航系统之一。

北斗系统在海上救助领域的应用与发展备受关注，它为海上救助工作提供了更加精准和可靠的位置信息和导航服务，极大地提高了海上救助的效率和安全性。

本文将就北斗系统在海上救助领域的应用与发展进行详细探讨。

1. 紧急呼救定位海上紧急事故发生后，及时的定位和救援是至关重要的。

北斗系统可以为遇险船只提供精准的位置信息，帮助救援人员迅速找到事故船只，并开展救援行动。

北斗系统通过与遇险船只的通信装备配合，可以实现对船只状态的实时监测和管理，及时发现问题并实施救援。

2. 船只导航北斗系统提供了可靠的航行导航服务，为海上船只的航行提供精准的定位和导航信息，确保船只能够安全顺利地航行。

对于遇到恶劣天气或其他突发情况的船只，北斗系统的导航服务能够提供精准的航行路线和安全警示，避免船只误入危险区域或遭遇其他危险情况。

3. 船只监控管理北斗系统可以实现对海上船只的实时监控和管理，通过系统平台可以随时了解船只的位置、航行状态、受损情况等信息，及时采取相应的救助和保护措施。

北斗系统也可以帮助监管部门追踪管理违规船只，提高海上管理的效率和水平。

1. 技术升级和方案改进为满足海上救助的需求，北斗系统不断进行技术升级和方案改进，提高系统的定位精度、导航准确性和响应速度，以更好地适应海上救助的复杂环境和多变情况。

北斗系统还加强了与其他卫星导航系统的协同和融合，提高了系统的覆盖范围和全球性能，为海上救助提供了更加全面和可靠的服务。

2. 应急救援机制建设在海上救助领域，北斗系统加强了与应急救援机制的深度合作，建立了专门的海上救助应急响应机制和协作机制，提高了救援行动的协同性和快速响应能力。

系统建设了专门的海上救援监控中心，加强了与海上救援机构和船只的通信与配合，提高了救援效率和成功率。

3. 人员培训与技术支持为了更好地应对复杂的海上救援任务，北斗系统加强了海上救助人员的培训与技术支持，提高了他们对于北斗系统的应用水平和操作技能，确保他们可以熟练地使用北斗系统进行救援工作。

基于北斗的海上失事飞机救援系统摘要:本篇文章对基于北斗的海上失事飞机救援系统进行了提出，而这种救援系统包括了遥感系统、声纳系统、北斗卫星系统、综合舰桥系统等。

当飞机失事进行搜救时，通过搜救飞机在海面上盘旋，利用机上的摄像头、光热传感器、图形处理模块实现对飞机失事地点的定位；定位成功后，投下特定的浮标来确定水下失事目标位置并通过飞机传送给指挥中心，然后指挥中心通过派遣救援船只来完成打捞和搜救，大大提高了对海上失事飞机搜救的效率和时效性。

关键词:北斗卫星系统；海上失事飞机；救援系统；声纳系统；浮标引言伴随着马航客机神秘失联的事件发生之后，虽然国家对于搜索失联客机也投入了相当大的人力、物力和财力，但是我国对近海和浅海等已经确定的目标实以搜寻和搜救为主的海上探索救援能力，对一些范围较大的海上搜索还是存在着一定的局限性，难以适应这种不确定的飞机失事搜索救援。

随着我国北斗卫星系统近几年的发展并正式提供公开服务，对于北斗海事应用工作取得了非常大的进展。

北斗系统具备非常高精度的定位以及授时服务，其中精密的导航技术以及短报文通信功能可以为海上失事飞机的搜救工作提供新的方式，北斗系统已被国际海事组织纳入并向国际海事界内提供导航服务。

1.海上失事飞机救援系统基于北斗的海上失事飞机救援系统：通过搜救飞机对海面进行搜索确定失事点，然后投下特定浮标对水下残骸进行搜索，通过北斗技术进行定位并将搜索到的相关讯息快速反馈给指挥中心，指导搜救船只快速前去搜救。

这个系统主要围绕着北斗技术来展开的，将北斗卫星的定位、授时、导航、通信等功能进行充分的利用，有着精确和高效的优势。

该系统可以被分为四个部分：遥感系统、浮标系统、定位接收子系统、海上搜救指挥系统。

遥感系统主要用于搜救飞机进行海面目标搜寻，安装北斗卫星定位装置的搜索飞机在海面上对失事目标进行搜索，机上安装的摄像头、光热传感器、图形处理模块等可以使用遥感技术来对海面的目标进行识别；浮标系统在搜救飞机确定失事位置后投放，浮标的水下部分组成声纳系统，可以对水下的目标实施定位，浮标的水上部分可以与搜救飞机通信以及进行北斗定位等；定位接收子系统主要用于飞机与指挥中心、船只之间、搜救船只与浮标、搜救船只与指挥中心等的通信，实现各个平台之间的时间同步和通信；海上搜救指挥系统由多只搜救船只组成，指挥中心与搜救船只、搜救船只与浮标之间可以进行通信，规划最优的搜救路径，实现快速搜救。

北斗卫星导航系统在海警舰艇的应用研究北斗卫星导航系统是中国独立研发的卫星导航系统，它能够为用户提供高精度的定位、导航和时间服务。

北斗卫星导航系统在海警舰艇上的应用，能够大大提升海上执法和应急救援的效率，保障国家海洋权益的实施。

本文将从北斗卫星导航系统的基本原理、海警舰艇的应用需求以及北斗在海警舰艇上的具体应用等方面展开研究，以期深入探讨北斗卫星导航系统在海警舰艇上的应用价值。

一、北斗卫星导航系统的基本原理北斗卫星导航系统是由一系列卫星组成的导航卫星星座，主要包括了地球同步轨道卫星、IGSO中轨卫星和MEO中轨卫星。

这些卫星构成了一个完整的覆盖区域，为用户提供了全球范围的导航、定位和时间服务。

北斗卫星导航系统的基本工作原理是通过卫星和地面控制中心之间的无线电通信，实现卫星导航信号的发送和接收。

接收机通过测量卫星信号的传播时间，以及卫星的位置和速度信息来计算接收机的位置，从而实现高精度的定位和导航。

二、海警舰艇的应用需求海警舰艇作为海上执法和安全救援的主要力量，对于导航定位系统的精确性和可靠性有着极高的要求。

海警舰艇需要在复杂的海洋环境中，实时获取自身位置信息，并能够准确导航到目标地点。

海警舰艇在执行巡逻、监视和执法任务时，还需要及时获取海洋环境信息、航道信息和其他相关数据，以便灵活应对各种突发情况。

海警舰艇对于导航定位系统的高精度、高可靠性以及对海洋环境的感知能力有着非常迫切的需求。

1.位置定位：北斗卫星导航系统能够为海警舰艇提供高精度的位置定位服务，实时获取舰艇当前位置信息，并能够通过计算航向和航速等数据，预测未来的行驶轨迹，确保舰艇在海上行驶的安全性和准确性。

2.巡逻监视：北斗卫星导航系统还能够为海警舰艇提供海上巡逻监视任务的支持。

通过无线电通信，海警舰艇可以及时获取海洋环境信息、航道信息和其他相关数据，从而在巡逻任务中更加灵活、高效地应对各种情况。

3.救援搜救：在海警舰艇执行救援搜救任务时，北斗卫星导航系统也能够发挥重要作用。

北斗卫星导航系统在海警舰艇的应用研究引言北斗卫星导航系统是中国自主研发的卫星导航定位系统，是中国自主研发的卫星导航定位系统，是国际上四大卫星导航系统之一，北斗系统具有全球覆盖、高精度定位、独立运行等特点，其在海警舰艇上的应用研究对于海警执法、海上搜救等工作具有重要意义。

本文将重点研究北斗卫星导航系统在海警舰艇上的应用情况，并对未来的发展方向进行探讨。

一、北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统是中国自主研发的卫星导航定位系统，系统由一组中继卫星和一组地球静止卫星组成，能够提供全球的定位、导航和授时服务。

北斗系统具有全球覆盖、高精度定位、独立运行等特点，可以满足各种领域的定位导航需求。

北斗系统在民用领域的应用也越来越广泛，如交通运输、航空航天、海洋渔业等。

二、北斗卫星导航系统在海警舰艇上的应用现状北斗卫星导航系统在海警舰艇上的应用可以分为两个方面，一是海上巡逻执法，二是海上搜救救助。

1.海上巡逻执法海警舰艇是执行海上执法和维权任务的重要力量，北斗卫星导航系统为海警舰艇提供了精准的定位导航服务，大大提升了海警执法行动的效率和准确性。

通过北斗系统，海警舰艇可以实时监控自身位置，快速定位目标，并准确定位违法行为的发生地点，有力地维护了海上秩序和稳定。

北斗系统还能够提供时间同步服务，确保了海警执法行动的统一协调。

2.海上搜救救助北斗卫星导航系统在海上搜救救助中发挥着重要作用。

海警舰艇在执行搜救任务时，常常需要在复杂的海况下进行定位导航，北斗系统能够提供高精度的定位导航服务，帮助海警舰艇准确找到搜救目标，并指导救援工作。

北斗系统还能够提供及时的通信服务，帮助海警舰艇和救援人员及时沟通协作。

1.全球覆盖：北斗系统具有全球覆盖的能力，可以满足海警舰艇在任何地点的定位导航需求。

2.高精度定位：北斗系统提供的定位精度很高，能够满足海警舰艇在复杂海况下的定位导航需求。

3.独立运行：北斗系统是独立的卫星导航系统，不受其他系统的影响，能够保证海警舰艇在执行任务时的稳定可靠。

ACADEMIC RESEARCH 学术研究一、搜救方案应用（一）搜救方案的概念。

现代海洋探索中难免会出现人员失踪的情况，在现在救生衣上或者是在相关船只设备中都会携带一种AIS的定位系统，这种定位系统和北斗卫星相连接，通过信号的搜索可以找到设备的位置，可以通知附近人员进行救援，但是最大的难点是在辐射信号传递中半径过短，如果附近没有船只则很难得到相应的救援。

（二）搜救方案过程。

在进行报警信号传输后，附近海上作业人员携带相关搜素传输设备进行，北斗位置定位。

1.通过终端的传输，ASI通信传递内容有着位置身份信息，而且通过北斗卫星进行信息资源中心的发送。

2.终端AIS可以通过相应频道的广播，使周围的船只收到求救信息，这样才可以通过船载设备通过终端信息资源中心进行信息交流，而且可以通过卫星定位实现信号的频率传输。

3.终端可以应用到多种交通类型中进行信息传递，而且在收到遇险定位时，增加其救援概率。

（三）模拟救援场景。

救援的思路，如果出现船员落水的情况后，可以借用救生设备，来发送AIS救生信号，可以经过多次的尝试，如果没有人应答，系统会总启动应急信息收集中心，把相关的信息发送到BD中心，在收到BD回复是信息会自动切换回AIS的信息渠道，这样可以保证船只的续航时间，给船只的营救挤出时间[1]。

二、设备硬件结构（一） 硬件构成。

ASI硬件主要是由高效的ARM处理器来组成，在相对挤出的研发上根据北斗系统的模块组建，可以为信息的传输上，提高系统的稳定性。

北斗系统的一般是在救援时间发生过后，当船只接受到信息然后再来救援，可以方便救援的方向的搜寻。

（二）北斗卫星系统。

北斗系统所需要的救援时间，是由附近的船只信号接受速度来决定的，如果接受到信号，则可以根据信号源来推断出落水船只的位置，通过北斗系统进行定位。

在现行的信号运行轨道的前提下，找到其二倍速度信号传输轨道的信号传输，可以增加信号辐射面积的增大，增加救援的概率。

北斗系统是建立在对客户的服务等级之上来分类，对短文报文则是选择一些等级较高的北斗用户来传输位置[2]。

北斗系统在海上救助领域的应用与发展北斗系统是我国自主研发的卫星导航系统，具有全球覆盖、高精度、高可靠性的特点。

在海上救助领域，北斗系统发挥了重要的作用，并不断取得了新的进展和应用。

北斗系统在海上救助中实现了精准定位和导航功能。

通过北斗系统，救援人员可以准确确定事故发生的位置，并指引救援船只快速到达，提高了事故救援的效率和成功率。

北斗系统还能够提供准确的航行导航信息，帮助救援船只避开海上危险区域，确保救援过程中的安全。

北斗系统在海上救助中实现了通信功能。

救援中，常常需要救援人员与事故中的受困人员进行沟通，以了解情况、提供安抚和指导等。

北斗系统的通信功能可以实现救援人员与被救援人员之间的双向通话，有利于建立沟通渠道，提供及时有效的指导和援助。

北斗系统在海上救助中实现了数据传输和共享。

救援中，各种重要的数据信息需要被及时传递和共享，如事故现场的影像、声音、航行参数等。

北斗系统可以高效地进行数据传输，实现各方之间的信息共享，提高了救援协同效能。

这对于救援指挥机构和救援人员来说，可以及时了解到事故现场情况，做出更准确的决策，提供更有针对性的救援服务。

北斗系统还可以实现海上救援装备的智能监控和管理。

通过北斗系统的定位功能，可以实时掌握救援船只的位置、状态等信息，对其进行监控和管理。

这有助于提高救援装备的利用效率，确保救援船只能够在关键时刻及时到达事故现场，提供救援服务。

在北斗系统的不断发展和应用过程中，我国海上救援领域也取得了一系列的成果。

目前，我国已经建立了完善的北斗海上救助应急救援体系，包括设置了一系列的北斗救援网点和救援指挥中心。

这些救援机构和设施的建设，进一步提高了海上救援的能力和水平，保障了人民群众的生命安全和财产安全。

北斗系统在海上救助领域的应用与发展取得了显著的成绩。

它不仅实现了精准定位和导航功能，提高了救援效率和成功率，还实现了通信功能，帮助建立救援人员与被救援人员之间的沟通渠道。

北斗系统还可以实现数据传输和共享，进一步提高了救援协同效能。

Science &Technology Vision 科技视界基于北斗和ZigBee 的海上搜救系统研究姜景春(上海海事大学商船学院,中国上海201306)【摘要】为了对海上落水人员进行快速定位搜救，本文采用北斗与ZigBee 技术的集成，利用北斗精确定位，短报文通信和ZigBee 节点自组网通信的功能，使得搜救船快速得到落水人员的位置，进而开展搜救工作，加快了搜求效率，提高了遇险船员搜救成功率，对完善我国海上搜救系统提供了一种可行性方法。

【关键词】北斗卫星导航系统；ZigBee ；通信；搜救0引言随着航运业的不断发展，海上船舶通航密度的增加以及海上航行环境的复杂多变，海上遇险事故呈逐年上升趋势。

由于遇险船员与外界通信的困难，其所在的位置不能立即确定，大大增加了搜救难度，影响了搜救效率。

目前，北斗导航系统正在快速发展中，在船舶监控与救援方面得到了广泛的应用。

由于海上环境复杂多变，出事海域广泛，洋流运动以及海浪、海水温度、海水微生物会对落水人员机体产生影响和损害。

这就要求搜救工作者需以最快速度对落水人员进行救助，从而对落水人员的持续精确定位就成为关键。

本文采用北斗与ZigBee 技术的集成，通过把北斗定位的数据架设于ZigBee 网络之中，就可以让位置信息传递起来。

理论上只需两艘安装本文系统的搜救船就可以对出事海域范围内的落水人员进行持续精确定位，这对我国海上搜救具有一定的参考意义。

1系统简介1.1北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。

目前，该系统可在亚太地区全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具备短报文通信能力[1]。

计划到2020年组成全球卫星导航系统，它将由5颗静止轨道卫星（GEO ）和30颗非静止轨道（中轨（MEO ）及倾斜地球同步圆轨道（IGSO ））卫星组成，能保证用户在其服务区内任何时间均可收到4颗以上卫星的信号，并在全球范围内提供高精度的定位、导航和授时服务，兼具短报文通信能力。

基于北斗系统的海上应急救援系统的研究李宁;张强【摘要】阐述了海上搜救的现状和存在问题,结合北斗卫星导航系统发展现状,将原本孤立的技术、成果综合起来,并引入北斗报文服务系统最新技术成果,形成综合化的海上搜救体系.该系统特有的持续信号传输和短报文信息服务功能,彻底的改变了\"盲搜\"的局面,实现了搜救双方位置\"互见\"和信息\"互通\",为准确、及时、可靠地实现海上搜救提供了可能.【期刊名称】《中国海事》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】3页(P49-51)【关键词】北斗;海上应急搜救;北斗报文服务系统【作者】李宁;张强【作者单位】南山海事局,广东深圳 518000;南山海事局,广东深圳 518000【正文语种】中文【中图分类】U675.7北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，简称：BDS，早期也称作：COMPASS）是由我国研制的一款全球卫星导航与定位系统，是继美国（GPS）、俄国（GLONASS）之后第三个已经投入实际运行的卫星导航系统，能为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时以及双向短报文通信服务。

北斗卫星导航系统的运行性能、建设和发展规划，以及北斗系统海事应用国际标准化等进展情况如下：1. 北斗卫星导航系统已于2012年12月27日宣布正式提供区域服务。

北斗卫星导航系统（BDS）拥有并运营唯一同时提供卫星移动业务（MSS），卫星无线电导航业务（RNSS）和卫星无线电测定业务（RDSS）的卫星网络，且上述服务可由BDS同时提供实时服务。

随着系统的持续建设，BDS服务区域将于2020年扩大到全球。

2. BDS-3研制建设也处于全面推进阶段，2018年发射18颗BDS-3中轨道卫星和1颗地球同步轨道卫星；2019年-2020年，发射6颗BDS-3中轨卫星、3颗倾斜同步轨道卫星和2颗地球同步轨道卫星。