一种基于北斗卫星的海上导航救援系统的制作方法

本发明涉及基于卫星通信的海上救援领域，尤其涉及一种基于北斗卫星的海上导航救援系统。

背景技术：

海洋经济是世界经济未来发展的重要方向，为世界经济的可持续发展提供了广阔空间和巨量资源。20世纪90年代以来，世界海洋经济GDP以平均每年11％的速度增长，海上航行越来越频繁。随着船舶运输密度增大、海上交通日益频繁，海上遇险事故逐年上升，往往造成不可挽回的生命财产损失。当在海上发生突发事故时，海上救援就显得格外重要。当前，按照国际和国内船舶规范要求，300总吨以上的国际和国内船舶都需安装GMDSS系统(global maritime distress and safety system,全球海上遇险与安全系统)。该系统配备多种遇险报警设备，包括EPIRB(Emergency Position Indicator Radio Beacon,无线电示位标)，SART(Search and rescue transponder,搜救雷达应答器)，VHF DSC(Very High Frequency Digital Selective Calling Terminals,甚高频无线电通信数字选择性呼叫)等。在发生危及船员或船舶安全的紧急情况时，可以启动这些遇险报警设备，同时在VHF16频道进行遇险呼叫，附件的船舶收到VHF16频道遇险呼叫后，根据自身情况，进行呼叫转发或者予以应答，前往施救。

但这种求救方式有以下缺点：1)2005年IMO(International Maritime Organization,国际海事组织)调查认为，EPIRB、DSC等报警设备设计上存在缺陷，造成误报警的可能性很高；2)作用距离短，由于VHF甚高频无线电波频率在30MHZ-300MHZ之间，电离层不能反射，有效通信范围仅限目视范围内，只有附近有其他船舶时，才会有船舶接收到求救信号，并进行求救应答；3)EPIRB报警有较大的延时，容易错过黄金救援时间；4)不能主动地将自身位置、遇险类型等遇险信息告诉搜救方，不利于搜救人员迅速、准确地搜救遇险人员。因此，如何及时准确地将遇险人员的位置信息反馈给搜救人员，同时主动地提供包括遇险人数、附近海域信息等遇险信息成为救援的关键。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于北斗卫星的海上导航救援系统，以降低误报警。本发明是这样实现的：

一种基于北斗卫星的海上导航救援系统，包括船载终端、地面指挥控制中心和救援终端；所述船载终端、地面指挥控制中心和救援终端均与北斗卫星导航系统通讯连接；

所述船载终端安装在船舶上，用于在所述船舶遇险时通过所述北斗卫星导航系统发出遇险信息；

所述地面指挥控制中心用于接收所述遇险信息，并在接收到所述遇险信息后，通过所述北斗卫星导航系统联系所述船载终端以确认所述遇险信息的真实性，并在确认所述遇险信息为真实时，通过所述北斗卫星导航系统将所述遇险信息发送给所述救援终端。

进一步地，所述船载终端包括报警模块、第一处理器、第一北斗定位模块和第一短报文通信模块，所述遇险信息包括所述船舶遇险时的位置信息；

所述报警模块在所述船舶遇险时触发；所述第一处理器接收到所述报警模块的触发信号后，通过所述第一北斗定位模块获取所述船舶遇险时的位置信息，并将所述位置信息发送给所述第一短报文通信模块，所述第一短报文通信模块通过所述北斗卫星导航系统将所述船舶遇险时的位置信息发送到所述地面指挥控制中心。

进一步地，所述船载终端还包括第一电子海图模块和导航模块；

所述导航模块用于对所述船舶进行导航，并将相应导航信息发送到所述第一处理器；

所述第一电子海图模块用于通过所述第一处理器接收所述导航信息和所述位置信息，并以电子海图的形式显示所述导航信息和所述位置信息。

进一步地，所述船载终端还包括第一北斗解析及封装模块；所述第一北斗解析及封装模块用于在所述第一处理器获取所述位置信息之前对所述位置信息进行解析，以及在所述第一处理器发送所述位置信息之前对所述位置信息进行封装。

进一步地，所述地面指挥控制中心包括第二处理器、串口通信模块、第二短报文通信模块；所述串口通信模块用于所述第二处理器与所述第二短报文通信模块之间的数据通信；

所述第二处理器用于通过所述第二短报文通信模块接收所述遇险信息以及将所述遇险信息通过所述斗卫星导航系统转发给所述救援终端。

进一步地，所述第一北斗定位模块还用于获取所述船舶的实时位置信息；

所述第一处理器接收所述船舶的实时位置信息，并将所述船舶的实时位置信息发送到所述第一短报文通信模块；

所述第一短报文通信模块通过所述北斗卫星导航系统将所述船舶的实时位置信息发送给所述第二短报文通信模块；

所述第二处理器通过所述串口通信模块从所述第二短报文通信模块接收所述船舶的实时位置信息；

所述地面指挥控制中心还包括第二电子海图模块和航行监测模块；

所述航行监测模块用于从所述第二处理器接收所述船舶的实时位置信息，并根据所述船舶的实时位置信息生成所述船舶的航线，并通过所述第二电子海图模块显示所述船舶的航线；

所述航行监测模块还用于在所述船舶的航线偏离设定航线超过设定阈值时，通过所述串口通信模块发送航线调整命令到所述第二短报文通信模块；

所述第二短报文通信模块通过所述北斗卫星导航系统将所述航线调整命令发送给所述船载终端。

进一步地，所述地面指挥控制中心还包括第二北斗解析及封装模块，所述第二北斗解析及封装模块用于解析从串口通信模块接收到的北斗卫星导航系统发送的信息，以及将要发送至北斗卫星导航系统的信息进行封装后，发送给串口通信模块。

进一步地，所述救援终端包括第三处理器、第三电子海图模块、第三短报文通信模块、第二北斗定位模块；

所述第三处理器通过所述第二北斗定位模块获取所述救援终端的实时位置信息，并通过所述第三短报文通信模块接收所述船舶遇险时的位置信息，并通过所述第三电子海图模块显示所述船舶遇险时的位置信息和所述救援终端的实时位置信息。

进一步地，所述救援终端包括多个；各救援终端的第三处理器还通过所述第三短报文通信模块将各救援终端的实时位置信息发送给所述地面指挥控制中心；

所述地面指挥控制中心根据所述船舶遇险时的位置信息和各救援终端的实时位置信息确定距离所述船舶最近的救援终端，并将所述遇险信息发送至距离所述船舶最近的救援终端。

进一步地，所述救援终端还包括第三北斗解析及封装模块；所述第三北斗解析及封装模块用于在所述第三处理器获取所述救援终端的实时位置信息之前对所述救援终端的实时位置信息进行解析。

与现有技术相比，本发明提供的海上导航救援系统充分利用了北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能。地面指挥控制中心接收到船舶发出的遇险信息后，可利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能与遇险船舶取得联系，以确认遇险信息的真实性，在确认遇险信息为真实时，才会将遇险信息发送给救援终端以实施救援，从而大幅降低了误报警。

附图说明

图1：本发明提供的基于北斗卫星的海上导航救援系统总体结构示意图；

图2：海上导航救援系统中船载终端的结构示意图；

图3：海上导航救援系统中地面指挥控制中心的结构示意图；

图4：海上导航救援系统中救援终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于北斗卫星的海上导航救援系统包括船载终端1、地面指挥控制中心3和救援终端4。其中，船载终端1、地面指挥控制中心3和救援终端4均与北斗卫星导航系统2通讯连接。

船载终端1安装在船舶上，用于在船舶遇险时通过北斗卫星导航系统2发出遇险信息。遇险信息可包括遇险类型、遇险人数、船舶遇险时的位置、求救内容等信息。

地面指挥控制中心3用于接收遇险信息，并在接收到遇险信息后，通过北斗卫星导航系统2联系船载终端1以确认遇险信息的真实性，并在确认遇险信息为真实时，通过北斗卫星导航系统2将遇险信息发送给救援终端4。

本文中所说的通过北斗卫星导航系统2发送/发出数据、信息等是指，将数据、信息等发送至北斗卫星导航系统2，再由北斗卫星导航系统2转发。如图2所示，船载终端1包括报警模块106、第一处理器101、第一北斗定位模块102和第一短报文通信模块105。报警模块106在船舶遇险时触发，第一处理器101接收到报警模块106的触发信号后，通过第一北斗定位模块102获取船舶遇险时的位置信息，并将位置信息发送给第一短报文通信模块105，第一短报文通信模块105通过北斗卫星导航系统2将船舶遇险时的位置信息发送到地面指挥控制中心3。

当在海上遇险时，第一短报文通信模块105通过北斗卫星导航系统2将遇险信息发送至地面指挥控制中心3请求救援。

第一处理器101不能直接接收和处理第一北斗定位模块102获取的船舶的位置信息。因此，船载终端1还包括第一北斗解析及封装模块。第一北斗解析及封装模块一方面可按照北斗通信协议、帧数据格式和北斗语句格式完成北斗短报文解析，从而提取北斗定位数据和北斗卫星基本信息，把获取的信息在人机界面显示，另一方面，可封装报警信息，并按通信协议建立北斗短报文。第一北斗解析及封装模块用于在第一处理器101获取位置信息之前对位置信息进行解析，解析成第一处理器101可以识别和处理的数据，以及在第一处理器101发送位置信息之前对位置信息进行封装，封装成可以发送的数据格式。当船舶在海上遇到险情时，报警模块106可自动触发或者由船员手动触发，当报警模块106接触海水，报警模块106会自动触发。当航行过程中发生意外事件如落水事件、偏离航线等，报警模块106会自动触发。操作人员可通过报警模块106输入具体的遇险信息，并将遇险信息发送至第一短报文通信模块105。报警模块106触发后，第一处理器101调用第一北斗定位模块102获取船舶的位置信息。船员可输入遇险类型、遇险人数、船舶位置等遇险信息，第一北斗解析及封装模块将遇险信息封装，封装后的遇险信息通过第一短报文通信模块105发送至北斗卫星导航系统2，由北斗卫星导航系统2转发至地面指挥控制中心3，地面指挥控制中心3联系报警船舶确认遇险信息的真实性，进而判断是否将遇险信息发送至救援终端4，救援终端4接到遇险信息后前往遇险位置进行搜救。

船载终端1还包括第一电子海图模块104和导航模块103。导航模块103用于对船舶进行导航，并将相应导航信息发送到第一处理器101。第一电子海图模块104用于通过第一处理器101接收导航信息和位置信息，并以电子海图的形式显示导航信息和位置信息。

具体来说，导航模块103接收第一北斗解析及封装模块解析的位置信息，根据解析的船舶的位置信息可以完成定位、航路设定、导航显示、导航数据再现等功能。其中定位功能主要完成基于嵌入式电子海图平台的船舶定位数据显示以及一些基本状态信息显示。航路设定主要用于在非导航时实现航路点的输入、航路的显示、修改和设定报警范围等。导航显示主要完成导航参数的显示，基于嵌入式电子海图平台的船舶实时位置、航迹、偏航情况的显示，预设航线、航向、航程数据显示。导航数据再现主要完成行里、航迹的重现和导航参数的重现。

第一电子海图模块104包含硬件系统和软件系统。软件系统建立在硬件系统上，包含嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。应用软件在遵守电子海图显示标准(S-52)的前提下，利用计算机图形学和计算机图形函数等显示海图数据。为了提高海图显示速度和显示效率，该模块利用内存位图、区域特性边界提取、冗余数据处理和数据裁剪算法，通过S-52查找表信息，配合符号库、条件命令、颜色表将符号、颜色、文本等信息根据索引结构快速显示海图。此外，该模块还将北斗定位模块获取的位置信息、导航模块103设置的导航信息在电子海图上显示。船载终端1还包括第一电源模块107，为该船载终端1供电。

船载终端1中的定位功能可基于电子海图实现。船舶在航行的过程中，通过北斗卫星导航系统2的定位功能进行经纬度解算，并在船载终端1的电子海图上得到船舶位置。船载终端1的定位功能包括当前实时位置显示、搜索地址，而船载终端1的报警功能是通过北斗短报文通信实现的，包含短报文信息报警和求救键“一键报警”。具体可在船载终端1的触摸显示界面上设置相应虚拟按键分别用于显示当前位置、搜索位置、发送短报文信息、一键求救等。

点击用于显示当前位置的虚拟按钮，可在船载终端的电子海图上显示出船舶的实时位置，这样将会直观方便地查看船舶当前已经航行到哪里，以便制定有效的航行路线。

点击用于搜索位置的虚拟按钮，可进行海上其他位置的搜索查找，这样便于船舶在海上有效的航行。同时，船载终端利用短报文通信功能与海上航行的其他船舶或地面指挥控制中心3通信，可以知道其他船舶所在的具体位置名称，然后通过该位置搜索功能可搜索其他船舶的位置，这样其他船舶在海上的位置就一目了然。

每个船载终端1都有一个唯一的用户ID号，点击用于发送短报文信息的虚拟按钮可向其他船舶的船载终端1发送短报文信息，也可向地面指挥控制中心3的指挥机发送短报文信息。发送的短报文信息可包括船舶所在海上的位置的经纬度坐标，点击发送按钮后，信息就能发送到对方的船载终端1或者地面指挥控制中心3的指挥机，这样，船载终端1就可通过短报文信息发送遇险信息和接收救援指令。

船舶在紧急状况下，船员来不及编辑具体短信内容发送短报文信息时，可以通过用于一键求救的虚拟键把遇险信息快速、准确、及时地发送给地面指挥控制中心3。利用这种一键求救的方式向地面指挥控制中心3进行报警求救，省去了编辑短报文信息的时间，以达到节约救援时间、快速对海上遇险船舶进行施救的目的。一键求救功能是将一些基本的船舶信息如船舶名称、船舶类型、船舶编号以及载客人数在船舶信息设置里面提前设置好，当遇到紧急情况时将其和自身的经纬度值打包封装成一个数据包发送给地面指挥控制中心3。这样地面指挥控制中心3可以根据海上遇险船舶通过北斗短报文发送过来的遇险信息，依据信息中的遇险类型作出相应的救援措施，从而有效地对海上遇险船舶进行救援，以降低各方面的损失。点击用于一键求救的虚拟键后会显示出各种遇险类型按钮，根据遇险情况点击相应遇险类型按钮即可实现一键发送遇险信息。

如图3所示，地面指挥控制中心3包括第二处理器201、串口通信模块202、第二短报文通信模块205。串口通信模块202用于第二处理器201与第二短报文通信模块205之间的数据通信。第二处理器201用于通过第二短报文通信模块205接收遇险信息以及将遇险信息通过斗卫星导航系统转发给救援终端4。地面指挥控制中心3主要负责接收到遇险信息后联系船舶进行遇险信息的确认，以及确认遇险信息后将遇险信息转发给救援终端4。

第一北斗定位模块102还用于获取船舶的实时位置信息。第一处理器101接收船舶的实时位置信息，并将船舶的实时位置信息发送到第一短报文通信模块105。第一短报文通信模块105通过北斗卫星导航系统2将船舶的实时位置信息发送给第二短报文通信模块205。第二处理器201通过串口通信模块202从第二短报文通信模块205接收船舶的实时位置信息。第二短报文通信模块205集成在北斗一体机中，可接收北斗卫星导航系统2发送的信息，也可向北斗卫星导航系统2发射信息。第二处理器201可通过串口通信模块202读取第二短报文通信模块205接收到的卫星信息，也可通过串口通信模块202将要发送的信息发送给第二短报文通信模块205，由第二短报文通信模块205将要发送的信息发送给北斗卫星导航系统2。

地面指挥控制中心3还包括第二电子海图模块203和航行监测模块204。航行监测模块204用于从第二处理器201接收船舶的实时位置信息，并根据船舶的实时位置信息生成船舶的航线，并通过第二电子海图模块203显示船舶的航线。第二电子海图模块203与第一电子海图模块104具有相同的系统结构。第二电子海图显示模块还可显示某一海域的海上信息，并对过往船只进行实时监控，包括过往船只、海上救援船只的位置、航线等信息，以及某一海域的天气、水深等环境信息。航行监测模块204可实时监视海上各船舶的航行状态，在船舶的航线偏离设定航线超过设定阈值时，可在第二电子海图上显示航线偏差报警，并通过串口通信模块202发送航线调整命令到第二短报文通信模块205，第二短报文通信模块205通过北斗卫星导航系统2将航线调整命令发送给船舶的船载终端1，要求船舶调整航线。

地面指挥控制中心3中还包括第二北斗解析及封装模块，第二北斗解析及封装模块可用于解析从串口通信模块202接收到的北斗卫星导航系统2发送的信息，以及将要发送至北斗卫星导航系统2的信息进行封装后，发送给串口通信模块202。

通过上述方式，地面指挥控制中心3可实时对船舶的航线进行监控，并在船舶航线出现偏差时向船舶发送航线调整命令，确保船舶始终沿着设定航线航行，确保航行安全。

同时，通过地面指挥控制中心3，地面指挥人员还可根据遇险船舶的遇险状况制定相应的救援方案，并将救援方案输入地面指挥控制中心3，通过北斗卫星导航系统2将救援方案发送给救援终端4及遇险船舶。同时，地面医疗指导人员还可根据遇险船舶的人员遇险状况制定相应的医疗指导和施救方案，并将制定的医疗指导和施救方案通过北斗卫星导航系统2发送给遇险船舶，对遇险船舶上的人员提供远程的医疗指导和施救，以尽量降低遇险船舶上船员的生命财产损失。

地面指挥控制中心3可以通过北斗短报文与海上航行的遇险船舶进行通信，并获取海上遇险船舶的具体位置，显示在地面指挥控制中心3的PC端电子海图上，这样，地面指挥控制中心3可以知道海上航行船舶的航行情况和位置，便于采取有效的管理和救援措施，做到地面指挥控制中心3有效地对海上航行船舶进行管理。

海上航行船舶在遇险时，船舶上航海人员携带的船载终端1按照一定的传输格式以北斗短报文通信的方式向地面指挥控制中心3发送遇险信息，地面指挥控制中心3通过其指挥机接收遇险信息，然后把信息传输给外设PC端进行显示。指挥机接收到的遇险信息是按照一定的格式进行封装的，可以根据通信信息传输格式对遇险信息进行解析，然后显示出来，以便地面指挥控制中心制定出有效的搜救决策。

海上航行船舶在遇到危险情况时，利用船舶自身携带的船舶终端1向地面指挥控制中心3发送遇险信息。地面指挥控制中心3根据接收到的遇险信息解析出海上遇险船舶的经纬度，以便及早地确定出遇险船舶在海上的精确位置，然后制定搜寻计划，将损失尽可能地降低到最小。地面指挥控制中心3可根据扩展数据格式解析出船载终端1发送过来的遇险信息，得到遇险船舶的经纬度值，确定其在海上的具体位置信息。在地面指挥控制中心3的用户机界面上可设置一个虚拟按钮，通过点击该虚拟按钮可获取到遇险船舶的经纬度值。同时，还可在同一界面上另外设置一个虚拟按钮，点击该虚拟按钮可在电子海图上显示出遇险船舶在海上的具体位置。电子海图经过墨卡托投影和坐标转换得到PC端设备屏幕坐标系下的坐标，这样就可以在PC端设备屏幕的电子海图上面显示遇险船舶在海上的具体位置，便于地面指挥控制中心3的救援力量对海上遇险船舶进行搜救。

如图4所示，救援终端4包括第三处理器301、第三电子海图模块305、第三短报文通信模块303、第二北斗定位模块302。第三处理器301通过第二北斗定位模块302获取救援终端4的实时位置信息，并通过第三短报文通信模块303接收船舶遇险时的位置信息，并通过第三电子海图模块305显示船舶遇险时的位置信息和救援终端4的实时位置信息。这样，搜救人员可通过救援终端4迅速了解遇险船舶的位置以及与遇险船舶的距离，从而快速抵达遇险船舶的位置。

救援终端4可包括多个，各救援终端4分别安装在不同的救援船只上。各救援终端4的第三处理器301可通过第三短报文通信模块303将各救援终端4的实时位置信息发送给地面指挥控制中心3。地面指挥控制中心3根据船舶遇险时的位置信息和各救援终端4的实时位置信息确定距离船舶最近的救援终端4，并将遇险信息发送至距离船舶最近的救援终端4。通过指挥距离遇险船舶最近的救援船只进行救援可更快速抵达遇险船舶所在海域，缩短救援时间，提高救援成功率。

救援终端4还包括第三北斗解析及封装模块，第三北斗解析及封装模块用于在第三处理器301获取救援终端4的实时位置信息之前对救援终端4的实时位置信息进行解析。

为了有效地对海上航行的船舶进行监督和管理，地面指挥控制中心3可以利用北斗短报文与海上航行船舶进行实时通信。如果船舶在海上遇险时，遇险船舶利用船载终端1向地面指挥控制中心3进行求救，地面指挥控制中心3可以利用其指挥机通过北斗短报文回复遇险船舶，以便确认遇险信息，同时根据具体的遇险位置和遇险类型等，将救援指令发送至救援终端4，从而及时通知救援船只前往事发地展开救援，将各方面的损失降到最低。

本发明中，第一北斗解析及封装模块、第二北斗解析及封装模块及第三北斗解析及封装模块虽然设置在不同的终端中，用于解析和封装不同的信息/数据，但三者的结构及工作原理相同，都是用于解析和封装信息/数据。同理的还有：第一北斗定位模块102与第二北斗定位模块302具有相同的结构和工作原理，都用于定位；第一电子海图模块104、第二电子海图模块203和第三电子海图模块305具有相同的系统结构和工作原理，都用于以电子海图的形式显示相应的海域及海上船舶信息。第一短报文通信模块105、第二短报文通信模块205和第三短报文通信模块303具有相同的结构和工作原理，都用于与北斗卫星导航系统2的短报文通信等。同时，在每个船载终端1中还设置有第一电源模块107，第一电源模块107与第一处理器101连接，在地面指挥控制中心3中设置有第二电源模块205，第二电源模块205与第二处理器201连接，在救援终端4中设置有第三电源模块304，第三电源模块304与第三处理器301连接。三个电源模块均用于供电。

本发明主要创新点在于：

1、船载终端利用北斗卫星导航系统，基于嵌入式北斗用户机及电子海图平台，相比于传统的基于计算机的船载电子海图导航平台，基于北斗定位的船载终端是一种便携式移动终端，具有移动性强、灵活性高、成本低、体积小、便于航海人员携带等优势。

2、船载终端1基于北斗短报文通信功能，不受距离、天气、海况等外界因素限制，具备主动随时发送遇险船舶位置信息，并随时与地面指挥控制中心3进行短报文通信的功能，利于地面人员对遇险人员的定位和跟踪。现有的船舶导航系统与搜救设备是相互独立的，而本系统的船载终端1同时具备导航与求救的功能。

3、该系统的报警方式是通过北斗短报文通信方式将遇险信息发送至地面指挥控制中心3，这种求救方式稳定高效，能准确及时地将遇险信息发送出去，可以加快救援进度，同时北斗短报文稳定的通信方式可以减少误报警。

4、本发明在地面指挥控制中心3设有决策团队和医疗团队，可以根据具体遇险状况在第一时间提供救援方案和医疗指导信息，减小遇险带来的损失。

5、船载终端1、地面指挥控制中心3、救援终端4的功能开发都基于电子海图平台，在电子海图平台可实现丰富的功能，具体包括但不限于：

(1)、电子海图显示：基于S-57数据传输标准和S-52数据显示标准，可实现电子海图在船载终端1、地面指挥控制中心3、救援终端4上的显示。

(2)、显示模式：电子海图具有三种显示模式，即基本显示、标准显示及全部显示。

(3)、语言选择：电子海图地理位置名称可通过中文或英文显示。

(4)、缩放显示：可对电子海图进行放大和缩小显示。

(5)、颜色方案：具有白天、黄昏、夜晚三种电子海图颜色方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。