第４２卷第２１期 交通标准化 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．２ １ ２０１４年１１月 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ＮＯＶ．２０１４ 基于北斗卫星导航系统的船联网应用研究 郭毅 （武汉理工大学，湖北武汉４３００７０） 摘要：首先介绍了船联网的概念和系统架构，以及建设船联网的意义，然后对基于北斗卫星导航系统船联网的 建设内容进行了详细的说明，包括船感器、公共服务平台以及相关的示范应用项目等，最后列举了船联网在为 重大事件提供支撑服务等方面的几个典型应用案例，阐明了建设船联网的重要意义。 关键词：北斗卫星导航系统；船联网；船感器；公共服务平台 中图分类号：Ｕ６７５．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—４７８６（２０１４）２１—００６３—０９ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｅｉｄｏｕ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＧＵ０ Ｙｉ （Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｆｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｈｉｐ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｉ－ｆ ｃａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｓｈｉｐ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｅｉｄｏｕ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｈｉｐ ｓｅｎｓｏｒｓ，ｐｕｂｌｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃａｓｅｓ ｏｎ ｓｈｉｐ ｎｅｔ— ｗｏｒｋ ｆｏｒ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｍａｊｏｒ ｅｖｅｎｔｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒ— ｒａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＯＭＰＡＳＳ；ｓｈｉｐ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｈｉｐ ｓｅｎｓｏｒｓ；ｐｕｂｌｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ １ 北斗卫星导航系统简介 导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖 范围东经约７０。 １４０。，北纬５￣－５５ｏ。目前，北斗卫 星系统已经对东南亚实现全覆盖。 我国北斗卫星导航系统的建设实施三步走的 １．１系统简介 中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球 卫星定位与通信系统，是继美国全球卫星定位系统 和俄罗斯全球卫星导航系统之后第三个成熟的卫星 导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成， 可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高 规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地 球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫 星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制 一精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文 通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能 力，定位精度优于２０ｍ，授时精度优于１００ｎｓ。 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。北斗 些地面应用基础设施设备等；第二步是到２０１２ 年，计划发射１０多颗卫星，建成覆盖亚太区域的 “北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域 系统）；第三步是到２０２０年，建成由５颗地球静止 轨道和３Ｏ颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球 卫星导航系统。 收稿日期：２０１４—０９—１７ 作者简介：郭毅（１９８１一），男（满族），河北唐山人，工程师，在读硕士研究生，主要研究方向为水上通信、导航和信息 化建设等。 交通标准化 ２０１４年１１月 １．２北斗短报文功能简介 短报文功能是北斗特有的而ＧＰＳ不具备的一项 技术突破。所谓短报文，是指卫星定位终端和北 斗卫星或北斗地面服务站之前能够直接通过卫星 信号进行双向的信息传递，而ＧＰＳ只能单向传递 （终端从卫星接收位置信号）。短报文意味着信息 传递的效率更高，比如在普通移动通讯信号不能 覆盖的情况下（例如地震灾害过后通讯基站遭到 破坏），北斗终端就可以通过短报文进行紧急通 讯等。 北斗系统最大的特色在于有源定位和短报文 特色服务，不仅解决了中国有无卫星导航系统的 问题，还能将短信和导航结合，是中国北斗卫星 导航系统的独特发明，也是其一大优势。其他卫 星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方， 而北斗卫星导航系统除了让你自己知道在什么时 间、什么地方之外，还可以将你的位置信息发送 出去，使你想告知的其他人获知你的情况，解决 了何人、何事、何地的问题。 ２船联网的定义 要解释何为船联网，就要先说明什么是物联 网。物联网是指通过传感器、射频识别技术、全 球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连 接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、 电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信 息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物 与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感 知、识别和管理。 物联网被称为继计算机、互联网之后世界信 息产业发展的第三次浪潮。与其说物联网是网 络，不如说物联网是业务和应用，物联网也被视 为互联网的应用拓展。因此应用创新是物联网发 展的核心。 物是抽象的，但物联网是具体的。因此物联 网的发展必须是从具体的“物联”人手。当前物 联网正在从概念走向具体，率先找到条件成熟的 行业建立专业物联网是抢占物联网发展先机的一 条科学道路。其中车联网已经开始行动，而船联 网也是物联网的一个重要的且条件较为成熟的应 用领域。 和物联网的定义类似，船联网是将各类船只在 统一标识的基础上，通过加装或利用已经存在的末 端设备，用各种技术手段（北斗、海事卫星、 ＡＩＳ、移动互联网等技术）实现互联互通，在内 网、专网或互联网的环境下，为各类船舶利益相关 用户群提供船位监控、调度指挥、安全服务、电子 商务、信息服务等应用的管、控、营一体化系统。 ３船联网的系统架构 船联网的架构层次划分和物联网是相同的， 即感知层、网络层、应用层。但具体到船联网， 正好可以用“船”、“联”、“网”三个字来概括这 三层架构，如图１所示。 应用层，“网”，包括中间件，应用系统 网络层，“联”，包括通信节点，通信网络 感知层，“船”，包括传感器，末端设备 图１船联网的三层架构 “船”：指各类船只，如渔船、运输船、游艇 等，配置了船联网设备（相当于物联网概念中的 传感器、末端设备）。 “联”：目前船舶的标识、通信手段主要有北 斗、海事卫星、ＡＩＳ、移动互联网等技术手段，该 层包含了各种手段的通信节点和通信网络。 “网”：通过“联”，把“船”联结到了一起， 经由中间件构成具体的网络应用系统，基于开放 的互联网架构，采用云计算技术，提供面向行业 和公众的服务，具体为船联网公共服务平台、船 联网示范应用等范畴。 舅 船感器 船易通 图２船联网组成架构示意图 第４２卷第２１期 郭毅：基于北斗卫星导航系统的船联网应用研究 ６５ 船与一般意义上的物不同，上面有人，因 此，船上的传感器和末端设备除了感知、信息处 理、信息收发之外，还有人机交互的功能，因 此，这些设备不是单纯的“物”——如一袋米上 的ＲＦＩＤ标签，一个隧道口的探头和网络传输设 备，而是包括对船本身以及船上的人的感知，因 此该设备不是一般意义上的船载设备概念，本文 中称这类船载设备为“船感器”，虽然发音和物联 网的“传感器”相同，但含义更加具体，特指船 联网的末端设备，用于感知船和船上的人。 各类“船感器”获得的信息通过各种联接手 段，如图２空中的北斗卫星链路、海事卫星链路， 地面的ＡＩＳ、移动通信基站及地面链路汇总到区域 的一个中心节点，这个区域中心节点将区域内的 所有船舶互联互通。所以各类“船感器”必须遵 循船联网的基础标准和通信协议，这也是其与普 通船载设备的重要区别，因此，本文用“船感 器”这个词来表示这类末端设备。 ４建设船联网的意义 规划中的“中国船联网”由多个区域中心组 成，其中有１个数据中心，１个或多个备份数据 中心，其余为接人及服务区域中心，这种架构符 合当前我国船舶属地管理的客观情况和云计算的 技术架构。每个区域中心主要负责中心范围内各 类船舶的互联，并将这些信息联通、共享，形成 覆盖全国的网络。区域中心设立在条件合适的 城市。 发展船联网符合国家的物联网战略，是国家 战略性新兴产业的重头戏——“云计算”这一新 兴信息技术应用的具体体现，具有广阔的前景， 可以发展成行业云计算中心、行业数据托管中 心、行业门户网站。 船联网不再是自我封闭的船舶监控调度系 统，而是采用开放的、可持续发展的互联网、云 计算的架构，基于专业市场，面向全社会提供服 务。船联网服务对象有了很大的延伸：由原来的 船舶管理机构扩展到渔民、船老板、渔老 板、渔民家属、船舶运输业相关群体、游艇、水 上运动、旅游休闲、商务接待等各类服务对象。 船联网接人对象克服了属地管理、条块分割管理 的问题，能够将各类船舶接人，使得信息得以充 分共享，创造价值。船联网提供的服务有很大的 扩展：从重点面向大型作业船只的安全救援服 务、有限信息服务扩展到面向各类船只的安全服 务、调度指挥、电子商务、信息服务等应用的 管、控、营一体化服务，并且能够以全新的船易 通方式获得服务。船联网的发展与国家的物联网 战略相一致，是国家战略性新兴产业中的重要组 成部分，可以成为中国物联网的行业数据中心， 行业云计算服务中心、数据托管中心等。 船联网是现有船舶管理系统的一次重大进 化，从图１可以看出，原来的船舶管理系统中的船 载设备进化为“船感器”，获得服务的手段进化为 “船易通”，这使得原有的各种设备虚拟化，手段 多样化，使用移动化：当一个设备接人到船联网 中，那么这个设备就被虚拟化，可以被船联网用 户调用。举例来说，船易通通过无线网络和服务 中心相连，可以使用中心提供的北斗信道、移动 互联道，ＡＩＳ信道和船舶联通；而船舶上的船 感器可能只需要有一种信道的能力，比如移动互 联道，其就可以通过中心使用北斗、ＡＩＳ和其 他船舶互联，手段得到很大的扩展，而且也不必 正襟危坐在监控值班室使用，只是要打开船易通 就可以了。 这样，船联网带来了全新的安全管理控制， 之前的船舶需要依赖自身大量的设备才能保证安 全，现在可以利用强大的船联网实现过去无法想 象的功能：比如不仅仅靠ＡＩＳ避碰，船联网可以帮 你避碰，中心可以告诉你周边船舶的信息，提醒 你碰撞的风险。船感器可以把更多的信息传回 来，比如ＡＩＳ岸台收不到的信息，可通过船联网的 其他通道传回，能够大大延伸距离较短的手段的 使用范围，创造新的应用模式。船联网建成后， 可以依托中心创建各类新型的应用，其局限仅仅 是在于我们想象力的，这就是网络的力量、 系统的力量。 因特网的一大功能就是使得信息的获取更容 易，获得的信息又非常丰富，极大地改变了人们 的生活。船联网也是这样，将改变船上的人、陆 地关联人群的信息获取和沟通方式。以往船舶出 行后是没有音讯的，要靠拜菩萨、靠运气，有了
