【刘玲】综合PNT体系如何助力航运高质量发展

 

  2020年北斗导航卫星实现全球组网，北斗规模应用已经进入了市场化、产业化、国际化发展的关键阶段。以北斗为核心的综合PNT技术是未来发展方向，建立从深空到深海全域无缝的PNT基础设施体系，可以充分满足船舶航路导航、通信、低能见度下安全进入港口、安全应急等航运需求，以北斗为核心的综合PNT体系已经深入融合到航运系统运营中，在航运的组织保障中发挥着重要作用。

  PNT体系（位置、导航和定时系统）对于我国航运体系的建设至关重要。通过PNT技术，可有效为船舶提供航行定位导航、监控、电子围栏报警、实时船岸通信、应急搜救等功能，实现船舶精准航线规划、安全避碰、港口进出以及海洋资源开发，提高航行安全性和效率，推动航运行业的现代化发展和提升整体竞争力。中国工程院院士杨长风在2019年提出，“到2035年，要构建一个以北斗系统为核心的国家综合PNT体系，这个综合PNT体系就是国家综合定位、导航、授时的一个时空信息领域的体系化构建。”因此，深入探索PNT融合的新时代智慧航运服务模式，推进关键核心技术突破和水上综合PNT系统建设应用，统筹构建国家综合PNT体系，早日形成自主时空战略能力，具有重要战略意义。

 

  与航运系统深入融合

 

  随着交通运输行业数字化、网联化、智能化的发展趋势愈加明显，交通行业对北斗系统的应用需求加速释放，国家相关部委先后颁布重要政策，积极推动北斗卫星导航系统应用和PNT体系建设。2021年先后颁发的《国家综合立体交通网规划纲要》《关于科技创新驱动加快建设交通强国的意见》均提出了相关的发展方向。

  航运发展方面，卫星导航定位系统可以帮助船舶更好地进行导航定位、航行控制和应急处置。近年来，北斗作为国产卫星导航定位系统，已经逐渐成为各种航运工具不可或缺的配置。目前远洋船舶运输船舶大多安装多模主用北斗船用终端，主要功能是在特殊海域或交战区域GPS信息不准确或缺失的情况下作为定位导航应急和两套导航定位系统相互验证；内河运输船舶北斗定位终端正在全面推广应用，全国已有近1000条内河航道安装了基于北斗技术的内河航道管理系统，通过电子海图产品及北斗导航定位终端，用于获取船舶实时船位，形成北斗短报文发送岸基服务器，保障航行安全。长江干线北斗增强系统基准站和水上助导航设施数量超过13106座，三峡航道管理局正在推广应用新版北斗终端远程申报APP，加强对“四客一危”重点船舶和“四滩一弯一关”重点水域的安全监管；港口运输全国已有近200个港口安装了基于北斗技术的港口管理系统。

  卫星通信方面，覆盖地球70%以上的海洋区域是地面通信的盲区，卫星通信互联网低成本、广覆盖，具有天然的优势；从应用场景来看，随着太空旅行等人类探索太空步伐的加快，星际间通信需求不可或缺，卫星互联网在航运领域具有广阔的应用前景。我国的高通量卫星、天通、亚太和正在发展的低轨卫星正在积极融入综合PNT体系建设中，保障航运的正常通行和应急管理。目前我国高通量卫星已覆盖中国全境及周边地区和水域、东亚、东南亚、南亚部分地区、太亚洋和印度洋部分区域及中美航线等，广泛应用于航空机载宽带、船载应用、应急通信等领域，为我国及“一带一路”沿线航运相关领域提供高速的互联网接入服务。未来，低轨卫星星座将为全球提供“空天地海一体”的卫星数据通信服务。此外，北斗短报文是北斗导航定位系统的特色功能，具有通信抗干扰能力强、设备性价比高的特点，也成为海上通信的一种重要手段。北斗短报文已于2022年11月11日通过决议，通过北斗报文服务系统加入全球海上遇险与安全系统（GMDSS），未来也将广泛应用于航运应急搜救中。

  我国的高分遥感卫星也是综合PNT体系中重要的组成部分，对于大范围海上运输，高分辨率遥感影像可提供大范围、高精度、高准确性的地面海洋观测成像数据，通过高分遥感影像在关键时刻可以保证航线的准确无误。

  为保证综合PNT体系与全球航运体系融合，目前我国正在构建功能强大、信息源丰富的国家综合PNT基础设施，建设深空导航星座和深海声呐信标网络系统，为远洋深海用户提供PNT服务；加强地基低频和甚低频长波PNT台站建设，作为北斗全球PNT服务的重要备份；地基5G基站也可作为境内重要基础设施的备份PNT服务系统。未来，国家PNT基础设施体系将为全球智慧航运高质量发展提供坚实的信息网络基石。

 

  应用过程中仍具挑战

 

  一是国际形势复杂，国际航运存在极大风险。如今，中美之间大国博弈持续，俄乌冲突仍然进行，中东巴以冲突重启，索马里海盗依然猖獗，国际形势极其复杂。缺少自主可控的卫星导航定位对于航运尤其国际运输存在极大风险，对国际航运的安全性、效率和应急响应能力产生负面影响，我们必须自主研发自己的导航技术。

  二是航运导航定位通信终端安装率不高且单北斗终端产品占比较低。目前，受限于各种因素，北斗终端在航运运输工具中安装比例较低。以中交集团船舶系统为例，数据表明，自有加租赁船舶共有1081艘船舶，导航定位装置安装586艘占比54.2%。其中国外项目自有加租赁船舶368艘，安装导航定位装置135艘仅占比36.7%。船舶安装无单北斗终端产品，导航定位多数为多模非主用北斗导航定位终端，仍然存在少量单GPS终端产品。

  三是北斗卫星导航系统在海外航运应用受到限制。北斗短报文服务范围受限，目前北斗区域短报文仅能服务于东亚全境、东南亚、南亚的大部分国家、中亚、西亚的少数国家，并且短报文上行频率与铱星存在相互干扰，尚未解决国际频率协调问题。同时，北斗国际标准建设滞后，存在北斗国际标准体系建设滞后及技术兼容问题，在已有的国际标准修订、制定、决策等工作中的影响力、话语权不强，目前尚未进入国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC），面对已有的卫星导航应用体现北斗服务优势的难度较大。

  四是国产卫星通信系统的发展短板明显。中国卫通的在轨通信广播卫星覆盖境内及亚太地区，但远洋区域服务尚需与国际卫星运营商合作。此外，现有的国际标准也存在与我国自主卫星通信服务不兼容的问题，国内的船舶短期内无法实现卫星通信系统的全自主替代。

 

  关于今后发展的建议

 

  形成对航运领域北斗终端应用的督导通报机制。一是落实督导，建议将北斗在航运领域的应用列入北斗工作小组年度工作任务，针对重点船舶要将单北斗使用列入指标中，定期对航运企业北斗应用情况进行调度督导，对在重点任务按期完成、新增北斗应用场景、取得北斗技术专利、获得北斗技术应用省部级以上奖项、拓展北斗产品应用规模、培养北斗技术应用人才等方面取得成绩的航运企业检查通报，对存在问题的企业进行指导和整改，确保北斗系统的正常、安全使用。二是开展调研评估。从技术攻关、标准制定、检测机构、产品供给等方面开展重点企业调研评估，找准问题症结，形成调研报告，推动工作落实落地。

  提升北斗终端产品在海内外的知名度和认可度。一是加强行业认可，可以组织相关企业之间的经验交流与合作，促进北斗系统在航运领域的良好实践和经验分享，提升整个行业对北斗系统的认可和应用水平。二是强化宣传国际推广，用好政府各类宣传载体和平台，加强北斗特色服务科普和宣传推广力度；推动航运企业积极参与北斗规模应用国际峰会、中阿北斗合作论坛等活动，发布应用场景和解决方案，打造国际优势品牌。三是积极对外发声，推动航运企业积极参与国际电信联盟（ITU）、国际标准化组织（ISO）等国际组织相关活动，积极发声并提报有关技术规范标准，促进北斗走向国际规模应用。

  建议政策上加大对单北斗芯片及模块的研发力度。基于目前单北斗芯片及模块可选资源较少，成本普遍较高，且产品性能、稳定性尚未经过下游终端产品的批量验证，行业应用并不成熟的现状。建议从政府层面大力推动北斗芯片及模块的开发及验证，并对积极选用单北斗定位芯片或模块形成终端产品的下游企业，给予一定的政策性及经济性支持，以降低下游企业推广使用单北斗定位技术的前期投入及产品风险，提升其参与落地的积极性，从而加快单北斗芯片及模块技术的成熟度，促进单北斗定位终端在航运领域的推广应用。

  建议从政策上对航运企业北斗创新应用提供保障。一是加大制定相关的指导文件，明确北斗卫星导航系统在航运领域的应用要求和标准，包括船舶装备要求、使用规范、数据安全等方面的规定，以指导航运企业规范使用北斗系统。二是组织开展北斗系统的技术支持和培训工作，向航运企业提供北斗系统的技术知识、操作技能培训，帮助航运企业更好地理解和应用北斗系统，加强对北斗导航系统人才队伍建设，培养更多高素质、高水平的北斗导航系统人才，推动以北斗导航系统为核心的PNT体系的持续发展和创新。三是提供设备更新补贴，为了推动航运企业应用北斗系统，交通运输部可以考虑给予航运企业一定的设备更新补贴或资金支持，鼓励航运企业更新船舶单北斗导航设备，推广北斗系统的使用。

  加强航运系统国产卫星通信服务保障能力。一是加快提升国产卫星通信服务保障能力。有关企业应加快卫星发射频度，扩大卫星应用覆盖范围；服务应面向行业用户需求，解决实际问题。二是加快提高国产卫星通信技术装备水平。国家有关行政主管部门应对国产卫星通信安全与创新应用加大扶持政策力度；鼓励技术创新，开展典型工程示范。三是加快完善应急通信保障体系建设。政府牵头、企业为主体，加强融合应用，强化标准制定，形成联动机制；鼓励企业组建卫星应用保障专班，提供专业服务。

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