李新飞论文_王新飞论文终稿
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网络技术在GMDSS中的应用研究
--李新飞
2008020091
08投资本科2班 摘要：1999年2月1日，GMDSS系统在全世界各航运国家全面启用。与在此之前广泛应用的呼救信号 “SOS”不同，GMDSS是一个船岸间通信新系统——“全球海上遇险和安全系统”。它由卫星通信系统和地面无线电通信系统两大部分组成。卫星系统又包括国际海事卫星分系统和极低轨道搜救卫星分系统两部分。GMDSS是建立在先进的卫星通信技术、数字技术和计算机技术的基础上的先进系统，在船只遇难时，不仅能向更大的范围更迅速、更可靠地发出救难信息，还能以自动、半自动的方式取代以前的人工报警方式。
关键词：
一、GMDSS的概念
GMDSS Services 航海信息技术指的是在海上航行的船舶之间、船舶与港口交通管理中心之间、船舶与公司之间以及船舶本身的交通信息处理、控制及通信技术，包括电子海图显示与信息系统(ECDIS)、全球海上遇险和安全系统(GMDSS)、全球定位系统(GPS)、船舶自动识别系统(AIS)、Internet与数字交通信息技术以及3S信息技术等。由于它综合各种航行信息，自动化水平高，而且能够有效地提高船舶航行的安全性，所以，随着网络和无线电通信技术的飞速发展和广泛应用，将逐渐形成以“海上数字交通”为标志的现代航海信息技术格局，为海上运输安全提供有力保障。
二、GMDSS的组成全球海上遇险与安全系统(GMDSS)是国际海事组织(IMO)利用现代化的通信技术改善海上遇险与安全通信，建立新的海上搜救通信程序，并用来进一步完善现行常规海上通信的一套庞大的综合的全球性的通信搜救网络。该系统主要由卫星通信系统— INMARSAT(海事卫星通信系统)和 COS-PAS/SARSAT(极轨道卫星搜救系统)、地面无线电通信系统(即海岸电台)以及海上安全信息播发系统三大部分构成。
三、GMDSS 的功能
GMDSS具有以下七大功能：
1、遇险报警
是指遇险者迅速并成功地把遇险事件提供给可能予以救助的单位。报警包括船对岸、船对船和岸对船报警3个方向，其中船对岸报警是主要的。
2、搜救协调通信
RCC通过岸台或岸站与遇险船舶和参与救助的船舶、飞机以及与陆上其他有关搜救中心进行有关搜救的直接通信。
搜救协调通信是双方进行有关遇险与安全内容的信息交换，即具备双向的通信功能，与报警功能中只具有向某一方向传输特定信息不同。
3、救助现场通信
在救助现场参与救助的船舶之间、船舶与飞机之间的相互通信称为现场通信。它包括救助指挥船与其他船、船与救生艇、指挥船与救助飞机之间的现场通信。通常，这种通信的距离比较近。
4、定位
定位是指遇险船舶和救生艇所发出的一种无线电信号，便于救助船舶和飞机去寻找遇难的船舶和救生艇。
5、海上安全信息的播发
是指本系统能够提供各种手段发布航行警告、气象预报和其他各种紧急信息，以保证航行安全。
6、常规的公众业务通信
是指GMDSS系统要求船舶配备的通信设备不但能进行遇险、紧急和安全通信外，还能进行有关的公众业务通信。也就是船舶与岸上管理部门之间进行管理、调度等方面的通信以及船舶与船东、用户等通信。
7、驾驶台对驾驶台的通信
驾驶台之间的通信是有关航行安全等避让信息的传递，属于VTS方面的通信，这种通信在狭长的水道和繁忙航道航行中是非常重要的。
四、GMDSS系统的发展与应用
我国主管部门早在上世纪70年代末期就开始注意GMDSS系统的重要发展动向，并向有关单位传达了海上遇险与安全通信方面的主要构想，1986年我国交通部向下属各有关单位进行了部署。为了进一步改善我国航运业的通信状况，进一步保障海上航行安全，我国从1987年开始在北京建造INMARSAT卫星通信地面站(岸站)，同时在我国沿海部署建立海上安全信息播发(NAVTEX)系统覆盖区，并加速对岸台(站)的通信设施进行技术更新，扩大电路数，增宽覆盖区域，以适应GMDSS的需要。
1992年我国主管部门开始我国的全球海上遇险与安全系统规划，按该规划要求，我国沿海的海岸电台形成链状的A2航区DSC覆盖区，同时对A3航区进行区域性DSC值守，在北京建成COSPAS/SARSAT LUT和MCC，并把北京INMARSAT卫星岸站扩建成具有B/M系统能力的岸站，并服务于我国船舶航行密度大的印度洋区和太平洋区，以适应我国远洋运输事业的需要，最近又开始建设更加先进的INMARSAT-F系统，从而进一步保障海上航行安全。
1、INMARSAT系统的发展与应用
INMARSAT系统在我国的发展始于上世纪70年代后期，为了更好地贯彻INMARSAT组织的宗旨，从20世纪80年代初我国便开始了建立太平洋和印度洋两个洋区的A/C标准海事卫星地球站(岸站)的准备工作。
1991年我国在北京建成了海事卫星地球站(岸站)，覆盖太平洋和印度洋两个洋区，为这两个洋区内的海上和陆上用户提供移动卫星通信业务。我国的INMARSAT-A
标准地球站于1991年6月3日正式开通，INMARSAT-A系统稳定可靠，满足GMDSS系统的要求；1993年7月1日我国的INMARSAT-C标准地球站也正式开通，可以提供双向存储转发电文和数据信息通信业务，满足GMDSS系统的要求，成为按GMDSS系统要求配备船舶的必备终端设备。这样我国便可以为太平洋和印度洋两个洋区内的国内外用户提供移动卫星通信服务，业务范围包括电话、电传、传真、数据通信、遇险专线等。
1997年7月，我国的INMARSAT-B/M标准海岸地球站投入了运行，同时满足GMDSS系统的要求，服务于我国船舶航行密度大的印度洋和太平洋；且A/B/M标准站不但可以提供太平洋和印度洋两个洋区内的数字电话、电传、传真、遇险专线、低中高速数据通信业务，还可以提供大西洋东区和大西洋西区两个洋区的A/B/M标准站通信业务，从而实现了全球移动卫星通信服务。1997年底，我国的Mini-M标准站正式开通了，Mini-M标准终端可以随身携带、车载或海用，广泛地应用于各个领域。2002年6月北京海事卫星地面站开始建设符合最新颁布的全球海上遇险与安全系统标准的、最先进的Inmarsat-F卫星通信系统。
2、COSPAS/SARSAT系统的建设与应用
我国由交通部中国交通通信中心负责在北京建设了卫星搜救本地用户终端(LUT)和搜救任务控制中心(MCC)，负责对中国服务区的实时覆盖和报警数据的处理分配。北京LUT的覆盖区域包括我国全部陆域和大部分海域，香港特别行政区也建设了COSPAS/SARSAT系统(LUT和MCC)，由香港特别行政区海事处负责运行和管理。北京的LUT无法实时覆盖的我国南部海域，由香港的LUT实时覆盖。
我国的COSPAS/SARSAT系统选用了目前国际上最先进的数据处理设备——高性能的HP9000系列工作站。LUT采用了冗余备份系统，可以对同时飞过的两颗卫星分别进行跟踪。当搜救卫星通过北京LUT的共视区时，LUT的天线就会锁定与跟踪这颗卫星，并由几个数据信号处理器(DSP)对卫星的下行信号中的121.5MHz、243MHz、406MHz信号进行实时处理或对406MHz信号进行延时处理。我国的MCC采用一主一备两台高性能的HP9000系列服务器，通过专用的通信接口与国际MCC通信网络相联接。根据系统的数据分配计划，各国的MCC间实时交换定位数据及卫星轨道参数等系统信息。
COSPAS/SARSAT卫星搜救系统的LUT和MCC已经投入正常运行，并发挥了其应有的作用。1999年11月至2002年5月，我国的载人航天实验飞船“神州1号、神州2号、神州3号”进行了多次实验，应航天实验飞船指挥部的要求，我国的极轨道卫星搜救系统参加了载人航天飞船返回仓的回收定位任务，在飞船返回仓到达预定降落地点的关键时刻，我国的极轨道卫星搜救系统及时准确地捕捉到返回仓发出的定位信号，并迅速计算出当时返回仓的降落位置，为现场搜寻人员及时找到返回仓提供了可靠的支持，载人航天飞船实验取得了圆满的成功，得到了航天实验飞船指挥部的一致好评。
3、地面无线通信系统的发展与应用
初期的海上遇险与安全通信中以中、高频收发信机、紧急无线示位标为主，采用莫尔斯电报、无线电话等通信方式进行，在一般情况下，发送遇险报警信息要人工启动和人工操作。
从1996年开始，我国交通部按IMO的要求对全国各海岸电台按GMDSS要求对通
信设施进行了大规模的更新与改造，在上海建立了2、4、6、8、12.16MHz和VHF70频道国际国内DSC值班台及相应的窄带直接印字电报(NBDP)和单边带无线电话电路；在广州、天津建立了HF DSC国内值班台；在大连、秦皇岛、海口等建立了15个MF和VHF DSC值班台以及相应的NBDP和单边带无线电话电路。各海岸电台根据其功能分别配置了相应的收发信机、DSC、NBDP和SSB终端设备。
船舶则根据GMDSS的要求，按其所航行的“航区”配备了执行GMDSS功能的设备。船舶配备的无线电设备应至少能在两种无线电分系统中工作，以提供两种以上的通信方式，每种通信方式应能采用独立的设备并执行连续的报警功能。
4、海上安全信息播发系统的发展与应用
为了保证航行安全，需要及时有效地由岸上向航行的船舶提供有关海上航行的安权信息，海上安全信息包括航行警告、气象警告、气象预报和其他海上紧急信息。世界航行警告业务(WWNWS)是由IMO和IHO(国际航道组织)为协调发射区域性无线电航行警告业务和其他紧急信息而设置的。WWNWS的区域界限不是按国家所有权海域划分的，而是按地理位置和电波可能覆盖的范围划分的，称为NAVAREA(Navigation Area)区域，把世界划分为16个航行警告区，每一区域都由一个指定的协调国负责。WWNWS有3种不同的业务，即远海域、岸基和本地业务。国际间协调的航行警告有两种不同的业务：远海域的NAVAREA业务和岸基的NAVTEX业务。本地警告业务完全由本国主管部门协调完成。
我国在上海、广洲、大连、福州、三亚建设了NAVTEX播发台，链状覆盖了我国沿海400海里以内的海域，已经开始在518kHz频率上播发航行警告和安全信息。我国自1986年开放用于船舶自动接收的NAVTEX业务，至1999年2月1日，所有从事国际国内航运的300GT以上的船舶均已安装了NAVTEX接收机，自动接收并打印出海岸电台播出的有关海上安全航行警告信息。
我国在上海、广洲、大连、深圳、秦皇岛、烟台、营口等许多港口均已建立并开通了VTS系统，我国的船位报告系统可以覆盖渤海、黄海、东海和北纬4°以北的南中国海海域。
5、GSOS系统的海上应用
GSOS（GSM Service on Ships，船舶GSM服务）系统是中国交通通信信息中心与中国联合网络通信有限公司联合开发研制的面向海上作业人员和海事救捞部门的手机通信定位系统，该系统综合利用移动通信、卫星通信、卫星导航、无线电测向等众多国内外前沿技术，通过VSAT（Very Small Aperture Terminal）卫星链路承载GSM（Global System for Mobile Communications）网络，实现移动通信网络从陆地到海上的无缝连接，将陆地移动通信网络延伸到VSAT卫星信号可以覆盖的地方，为海上作业人员提供包括手机通信、遇险搜救、海况广播等多业务全方位的服务；利用船载IP化基站和无线电测向定位系统的相结合的方式实现较高精度的AOA/TOA手机定位，为交通运输部海事救捞部门提供较高精度的海上辅助定位手段。
[1]在海上通信中的应用
（1）渔业船舶
我国渔业船舶一般为非公约船舶，没有统一的船载应急无线电通信设备，通常依靠手机作为主要的通信手段，而陆地基站的覆盖范围大多在4~8公里之间，少数位置较好的基站覆
盖范围在25公里以上，随着海洋环境和水质日益恶化，以及捕捞的泛滥，渔业船舶捕捞作业呈现出向远海推进的趋势，一旦离开陆地基站信号的覆盖，渔业船舶的通信能力将大大削弱。通过在大型执法船舶、大型灯塔、热点作业区安装GSOS系统，将陆地移动通信信号向远海无限延伸，为渔船等缺少有效通信手段的非公约船舶提供移动通信服务。
（2）远洋船舶
远洋船舶均为公约船舶，一般都配置了精良的通导设备，出海作业期间大多通过海事卫星、铱星等专用通信卫星与陆地船队管理部门进行联系，虽然能够保证船舶安全航行通信需要，但由于通信费用昂贵，船员无法将其作为日常通信工具使用。通过在远洋船舶上安装GSOS系统，提供船舱内移动通信信号覆盖，船员可以随时随地使用手机与家人朋友联系，保持与外界的沟通。
（3）石油钻井平台
海上石油钻井平台一般远离海岸线，孤立分散，由于石油钻进平台作业人员相对集中，生产活动对通信要求高，除了常用的短波通信设备外，各种卫星通信系统也在石油钻井平台上得到了广泛的应用，只需在装有VSAT卫星通信的石油钻井平台上安装基站设备，配合使用专用的防爆手机即可更好的保障海上生产生活的通信需要。
[2] 在遇险搜救中的应用
国际劳工组织《渔业安全与健康报告》的统计数据显示，全球每年每10万渔民中大约有80人死于各种海上事故。2006年7月，国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)在伦敦总部召开小型渔船安全通讯组专题会议，起草了《小型渔船安全标准》“草稿”规定手机可以代替传统无线电设备使用。2006年，海南海事局累计使用手机定位技术5次，均能通过相关信息推算出失去联系渔船的大致位置，其中有3次是通过中国移动海南分公司进行定位，2次是通过中国联通海南分公司对手机进行定位。种种迹象表明海上遇险事故的概率呈现增长趋势，手机定位技术在海上搜救中已经初步崭露头角。
我国海上手机定位均采用CELL-ID或CELL-ID+TA的方式使用陆地宏蜂窝基站实现定位，只能将目标手机的位置确定在某一片区域，并且随着小区覆盖面积的增加，定位精度急剧下降。GSOS系统通过准确测量目标手机相对船载服务基站的距离和方向角，支持TOA/AOA对目标手机的精确定位。通过在海事救捞船舶上安装GSOS系统，部署遇险救助软件，配合电子海图可视化显示目标手机的位置，提供最便捷的搜救路径，提高遇险救助的反应时间，减少遇险救助过程中的能源消耗。
五、结语
我国GMDSS系统的发展和建设经历了十多年的时间，GMDSS系统建成实施后，在北京海事卫星地面站岸站的有效覆盖范围内，船舶遇险报警的成功率将达到99%以上；在地面无线电数选值班台(DSC)的有效覆盖范围之内，遇险报警的成功率将达到95%以上；在极轨道卫星搜救系统的有效覆盖范围内，船舶遇险报警的成功率将达到90%以上。这样，岸上的遇险与安全通信设施收到船舶遇险报警后，通过畅通的陆上搜救协调通信网，将在两分钟之内把报警信息传到当地的搜救中心或分中心，同时传给中国海上搜救中心，以便搜救机构在接到报警信息后尽快(30分钟左右)派出救助飞机和船舶或采取其他措施进行救援，使得我国的海上搜救效率提高到90%以上，总之，新技术的涌现使GMDSS系统的队伍不断壮大，尤其是卫星通信技术的飞速发展。卫星通信以其覆盖面积大、受地理环境影响小、通信质量好、组网灵活、见效快等优势，成为遇险救生通信很重要的一个组成部分，在海上通信中发挥着巨大的作用。Inmarsat在海事应用上支持的服务包括直播电话、电传、传真、电子邮件和数据等，卫星终端的种类也不断向着业务综合化、体积小巧便携化、使用灵活简便化等方向
发展。卫星移动通信将是21世纪海上遇险与安全通信必然的发展趋势。从而，可以更好地为我国的改革开放事业和经济建设服务。
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