內(nèi)容提要：此文分析VTS 中常規(guī)的船舶定位跟蹤和識(shí)別方式的局限性，介紹一種基于GPS One 技術(shù)的船舶移動(dòng)定位識(shí)別解決方案。GPS One 在定位特點(diǎn)和成本上的優(yōu)勢，是VTS 為服務(wù)區(qū)船舶定位識(shí)別的又一有力工具，值得更深入的研究和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：GPS One VTS 雷達(dá) AIS

IALA 《VTS 指南》中指出VTS 應(yīng)具備與船舶交互并對(duì)VTS 覆蓋區(qū)發(fā)生的通航狀況作出反應(yīng)的能力[1]。筆者認(rèn)為準(zhǔn)確高效的船舶定位、跟蹤和識(shí)別是VTS 具備這種能力的前提。然而，從目前現(xiàn)狀上看VTS 服務(wù)區(qū)內(nèi)船舶定位和識(shí)別手段仍然存在不足，不能完全滿足保障區(qū)域船舶安全提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求，特別是對(duì)于船舶交通流量密度大、流量構(gòu)成復(fù)雜的船舶交通服務(wù)區(qū)域，準(zhǔn)確高效的船舶定位和識(shí)別依然困難重重。

1 常規(guī)船舶定位和識(shí)別方法的缺陷

雷達(dá)和AIS 是船舶交通服務(wù)區(qū)主要的船舶定位和識(shí)別手段，這兩種得到VTS 主管當(dāng)局廣泛應(yīng)用的方法存在兩方面局限。

其一，雷達(dá)能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的船舶定位，但是雷達(dá)本身不能實(shí)現(xiàn)物標(biāo)的識(shí)別。雷達(dá)在主動(dòng)定位后，相應(yīng)的物標(biāo)識(shí)別是依靠VTS 操作員通過VHF 工作頻道上船岸間的互動(dòng)交流來實(shí)現(xiàn)。從效果來考量，基于雷達(dá)的船舶定位和識(shí)別在VTS 服務(wù)區(qū)域的應(yīng)用存在三方面不足：一是對(duì)于方位和距離相鄰的小型船舶，人為的分辨和識(shí)別不易實(shí)現(xiàn)；二是地理因素（如島嶼和岸吊）造成雷達(dá)盲區(qū)，在盲區(qū)內(nèi)雷達(dá)定位性能下降，增加了物標(biāo)丟失和誤跟蹤概率；三是從資源的角度看，VHF 容納船舶報(bào)告數(shù)量是有限的，對(duì)于高密度流量的VTS 覆蓋區(qū)域，利用VHF 進(jìn)行雷達(dá)定位后的識(shí)別將極大占用VHF 資源，使VTS 的信息服務(wù)、助航服務(wù)和交通組織質(zhì)量大打折扣，不符合為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的理念。

其二，AIS 不受地形因素的影響能夠彌補(bǔ)雷達(dá)的不足，實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)識(shí)別并獲得其他船舶豐富的信息已經(jīng)成為航運(yùn)界的共識(shí)。許多航道和港口VTS 都利用岸基AIS 臺(tái)站實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)船舶自動(dòng)定位和跟蹤。AIS 強(qiáng)大的信息互動(dòng)能力和自動(dòng)識(shí)別的特性成為主管當(dāng)局實(shí)現(xiàn)船舶定位和識(shí)別的利器，但是較高的費(fèi)用制約其在船舶中的普遍應(yīng)用。大量內(nèi)河船舶和沿海小型船舶雖然頻繁出入沿?；蚴莾?nèi)河VTS 區(qū)域，但是并不在強(qiáng)制安裝AIS 的范疇內(nèi)。這類小型船舶作為VTS 服務(wù)區(qū)船舶交通流的重要組成部分，如不能實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效的定位和識(shí)別，將增加港口和航道的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，為了管理方便、提高效率、信息集中、節(jié)省費(fèi)用和節(jié)約人力，國內(nèi)外流行的趨勢是建立VTS 中心。但中心制VTS 弱化了對(duì)現(xiàn)場水域視覺監(jiān)控的效果，也阻塞了目測這一一直沿用的船舶識(shí)別的手段的應(yīng)用。如何選擇費(fèi)用上適當(dāng)，且易于實(shí)現(xiàn)的船舶定位識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶定位和識(shí)別的大范圍覆蓋，是VTS 主管當(dāng)局所關(guān)心的問題。

移動(dòng)定位服務(wù)的新技術(shù)GPS One 技術(shù)有助于解決這一問題，它能夠應(yīng)用于沿海或內(nèi)河VTS 區(qū)域，并扮演傳統(tǒng)方式外的船舶定位識(shí)別的補(bǔ)充角色。

2 GPS One 技術(shù)的起源和基本原理

移動(dòng)通信的特點(diǎn)是位置的移動(dòng)性，這種特性自然衍生用戶對(duì)移動(dòng)位置信息的需求：一方面既關(guān)注自身位置，另一方面也迫切想了解其他移動(dòng)用戶的位置信息。在這種背景下，無線運(yùn)營商需要充分挖掘現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)潛力來提供高精度的移動(dòng)定位服務(wù)來滿足用戶的需求并促進(jìn)自身發(fā)展，這種需求是移動(dòng)位置服務(wù)發(fā)展的內(nèi)在因素。同時(shí)911 事件后，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）要求無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)必須提供用于緊急呼叫的定位服務(wù)，這也成為推動(dòng)移動(dòng)位置服務(wù)（Location Based Service）的一個(gè)重要?jiǎng)恿?/SPAN>[2]。

傳統(tǒng)的GPS 移動(dòng)定位需要開闊的視野，除了傳統(tǒng)的GPS 技術(shù)外，移動(dòng)定位解決方案依照定位標(biāo)準(zhǔn)可以歸納成三類[3]：第一類將傳統(tǒng)的GPS 和無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，稱為無線網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS 技術(shù)（Assisted GPS）。A-GPS技術(shù)的核心理念是將衛(wèi)星掃描及定位運(yùn)算等最為繁重的工作從終端一側(cè)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的定位服務(wù)器完成（圖1）。第二類是依靠網(wǎng)絡(luò)本身的資源進(jìn)行定位。網(wǎng)絡(luò)定位的理論依據(jù)是三角定位，通過無線射頻信號(hào)計(jì)算到達(dá)時(shí)間和角度來計(jì)算移動(dòng)終端的位置。網(wǎng)絡(luò)定位包括小區(qū)定位（Cell ID）、到達(dá)時(shí)間定位（TOA）、到達(dá)角度定位（VOA）、高級(jí)前向鏈路（AFLT）和增強(qiáng)觀測時(shí)間差（EOTD）等。第三類是利用網(wǎng)絡(luò)定位和A-GPS 定位相結(jié)合的混合定位技術(shù)。GPS One（圖2）技術(shù)是混合定位技術(shù)的一種，是美國高通公司為基于位置業(yè)務(wù)開發(fā)的定位技術(shù)，它將無線網(wǎng)絡(luò)輔助A-GPS 和高級(jí)前向鏈路AFLT 三角定位法兩種定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高精度、高可用性和較高速度定位；在這兩種定位技術(shù)均無法使用的環(huán)境中，GPS One 會(huì)自動(dòng)切換到Cell ID 扇區(qū)定位方式，確保定位成功率。

3 GPS One 技術(shù)的優(yōu)勢分析

傳統(tǒng)的GPS 移動(dòng)定位過程依賴終端設(shè)備，造成終端耗電大、成本高的缺陷，而且GPS 本身不具備通信功能。A-GPS 技術(shù)將衛(wèi)星掃描、定位運(yùn)算等繁重的工作由終端一側(cè)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位服務(wù)器完成，提高了傳統(tǒng)GPS 的定位精度，耗電低、啟動(dòng)速度快。由于城市峽谷效應(yīng)的存在，A-GPS 技術(shù)可能因?yàn)槎ㄎ恍l(wèi)星數(shù)量不足造成較大的誤差。GPS One 技術(shù)在A-GPS 的基礎(chǔ)上融合CDMA 網(wǎng)絡(luò)的自身定位，依靠網(wǎng)絡(luò)定位來解決這種定位誤差。GPS One 技術(shù)是CDMA 網(wǎng)絡(luò)定位和GPS 定位優(yōu)勢互補(bǔ)的產(chǎn)物，其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高，在一般情況下室外定位精度可以達(dá)到5-50m；不同于常規(guī)的GPS 技術(shù)，啟動(dòng)速度快；定位功能部分轉(zhuǎn)移至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，終端成本降低，耗電少、尺寸??；終端處于CDMA 網(wǎng)絡(luò)媒介中，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送功能，既能滿足自身定位要求，還能實(shí)現(xiàn)其他用戶對(duì)終端用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測和跟蹤。

表1 幾種移動(dòng)定位技術(shù)類型比較[3]

4 基于GPS One 技術(shù)的移動(dòng)船舶識(shí)別解決方案

GPS One 技術(shù)的特點(diǎn)決定了其對(duì)于傳統(tǒng)的VTS 船舶定位和識(shí)別方法具有互補(bǔ)特性：GPS One 技術(shù)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)輔助定位與網(wǎng)絡(luò)三角定位，有效提高了GPS 定位的靈敏度，解決港區(qū)岸吊或大型船舶所造成的“峽谷”效應(yīng)引起的雷達(dá)盲區(qū)問題；具有GPS One功能的芯片已經(jīng)被無縫集成至手機(jī)芯片中，其成本僅需要2-3 美元[4]； GPS 接收機(jī)的功能部分被轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)器中，因此具有定位功能的手機(jī)終端復(fù)雜度大為降低，同AIS 設(shè)備比較價(jià)格低廉。目前全球的主要CDMA 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都采用了該項(xiàng)技術(shù)為不同需求的用戶提供高精度的移動(dòng)定位服務(wù)。幾年的發(fā)展使得GPS One 技術(shù)日益成熟，能夠提供包括WEB、JAVA、WAP、SMS 等靈活的接入方式，采用開放的接口、方便的終端及應(yīng)用開發(fā)；應(yīng)用商在選擇地理信息系統(tǒng)（GIS）上也擁有足夠的自由度[5]。船舶上裝載擁有GPS One 定位功能的手機(jī)終端，能夠通過CDMA 網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳輸定位數(shù)據(jù)和用戶信息；VTS 中心可以利用CDMA 網(wǎng)絡(luò)獲取船舶信息并實(shí)時(shí)顯示在電子海圖上，從而方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)態(tài)跟蹤和服務(wù)。基于GPS One 技術(shù)的移動(dòng)船舶識(shí)別解決方案如圖3 所示。

5 結(jié)束語

對(duì)船舶的準(zhǔn)確定位和識(shí)別是VTS 在服務(wù)區(qū)域?yàn)榇疤峁┓?wù)、保障安全的前提。應(yīng)用多種船舶定位和識(shí)別手段實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)大小船舶“無盲區(qū)”覆蓋，既是服務(wù)優(yōu)質(zhì)、保障安全的要求，也符合公平原則。GPS One 在定位特點(diǎn)和成本上的優(yōu)勢是雷達(dá)和AIS 外VTS 為服務(wù)區(qū)船舶定位識(shí)別的又一有力的工具。如何利用基于GPS One 的移動(dòng)定位技術(shù)更好服務(wù)于VTS 值得更深入的研究和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

1 IALA VESSEL TRAFFIC SERVICES MANUAL.IALA，2002.

2 王新暉等.GPS One-混合定位系統(tǒng)展望.計(jì)算機(jī)測量和控制，2004.

3 文勁軍.CDMA網(wǎng)絡(luò)的定位明星.計(jì)算機(jī)世界，2005.

4 段美霞等.基于GPS One平臺(tái)的移動(dòng)定位服務(wù).天中學(xué)刊，2005.

作者：鄭鷺峰 葛志遠(yuǎn) 易叢波  來源：航海技術(shù)