內容提要：此文分析VTS 中常規的船舶定位跟蹤和識別方式的局限性，介紹一種基于GPS One 技術的船舶移動定位識別解決方案。GPS One 在定位特點和成本上的優勢，是VTS 為服務區船舶定位識別的又一有力工具，值得更深入的研究和實踐。
關鍵詞：GPS One VTS 雷達 AIS
IALA 《VTS 指南》中指出VTS 應具備與船舶交互并對VTS 覆蓋區發生的通航狀況作出反應的能力[1]。筆者認為準確高效的船舶定位、跟蹤和識別是VTS 具備這種能力的前提。然而，從目前現狀上看VTS 服務區內船舶定位和識別手段仍然存在不足，不能完全滿足保障區域船舶安全提供優質服務的要求，特別是對于船舶交通流量密度大、流量構成復雜的船舶交通服務區域，準確高效的船舶定位和識別依然困難重重。
1 常規船舶定位和識別方法的缺陷
雷達和AIS 是船舶交通服務區主要的船舶定位和識別手段，這兩種得到VTS 主管當局廣泛應用的方法存在兩方面局限。
其一，雷達能實現主動的船舶定位，但是雷達本身不能實現物標的識別。雷達在主動定位后，相應的物標識別是依靠VTS 操作員通過VHF 工作頻道上船岸間的互動交流來實現。從效果來考量，基于雷達的船舶定位和識別在VTS 服務區域的應用存在三方面不足：一是對于方位和距離相鄰的小型船舶，人為的分辨和識別不易實現；二是地理因素（如島嶼和岸吊）造成雷達盲區，在盲區內雷達定位性能下降，增加了物標丟失和誤跟蹤概率；三是從資源的角度看，VHF 容納船舶報告數量是有限的，對于高密度流量的VTS 覆蓋區域，利用VHF 進行雷達定位后的識別將極大占用VHF 資源，使VTS 的信息服務、助航服務和交通組織質量大打折扣，不符合為用戶提供優質服務的理念。
其二，AIS 不受地形因素的影響能夠彌補雷達的不足，實現船舶自動識別并獲得其他船舶豐富的信息已經成為航運界的共識。許多航道和港口VTS 都利用岸基AIS 臺站實現對轄區船舶自動定位和跟蹤。AIS 強大的信息互動能力和自動識別的特性成為主管當局實現船舶定位和識別的利器，但是較高的費用制約其在船舶中的普遍應用。大量內河船舶和沿海小型船舶雖然頻繁出入沿海或是內河VTS 區域，但是并不在強制安裝AIS 的范疇內。這類小型船舶作為VTS 服務區船舶交通流的重要組成部分，如不能實現對其有效的定位和識別，將增加港口和航道的風險。
另外，為了管理方便、提高效率、信息集中、節省費用和節約人力，國內外流行的趨勢是建立VTS 中心。但中心制VTS 弱化了對現場水域視覺監控的效果，也阻塞了目測這一一直沿用的船舶識別的手段的應用。如何選擇費用上適當，且易于實現的船舶定位識別技術，實現船舶定位和識別的大范圍覆蓋，是VTS 主管當局所關心的問題。
移動定位服務的新技術GPS One 技術有助于解決這一問題，它能夠應用于沿海或內河VTS 區域，并扮演傳統方式外的船舶定位識別的補充角色。
2 GPS One 技術的起源和基本原理
移動通信的特點是位置的移動性，這種特性自然衍生用戶對移動位置信息的需求：一方面既關注自身位置，另一方面也迫切想了解其他移動用戶的位置信息。在這種背景下，無線運營商需要充分挖掘現有無線通信網絡潛力來提供高精度的移動定位服務來滿足用戶的需求并促進自身發展，這種需求是移動位置服務發展的內在因素。同時911 事件后，美國聯邦通信委員會（FCC）要求無線網絡服務必須提供用于緊急呼叫的定位服務，這也成為推動移動位置服務（Location Based Service）的一個重要動力[2]。
傳統的GPS 移動定位需要開闊的視野，除了傳統的GPS 技術外，移動定位解決方案依照定位標準可以歸納成三類[3]：第一類將傳統的GPS 和無線網絡結合，稱為無線網絡輔助的GPS 技術（Assisted GPS）。A-GPS技術的核心理念是將衛星掃描及定位運算等最為繁重的工作從終端一側轉移到網絡一側的定位服務器完成（圖1）。第二類是依靠網絡本身的資源進行定位。網絡定位的理論依據是三角定位，通過無線射頻信號計算到達時間和角度來計算移動終端的位置。網絡定位包括小區定位（Cell ID）、到達時間定位（TOA）、到達角度定位（VOA）、高級前向鏈路（AFLT）和增強觀測時間差（EOTD）等。第三類是利用網絡定位和A-GPS 定位相結合的混合定位技術。GPS One（圖2）技術是混合定位技術的一種，是美國高通公司為基于位置業務開發的定位技術，它將無線網絡輔助A-GPS 和高級前向鏈路AFLT 三角定位法兩種定位技術有機結合，實現高精度、高可用性和較高速度定位；在這兩種定位技術均無法使用的環境中，GPS One 會自動切換到Cell ID 扇區定位方式，確保定位成功率。
3 GPS One 技術的優勢分析
傳統的GPS 移動定位過程依賴終端設備，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 技術將衛星掃描、定位運算等繁重的工作由終端一側轉移到網絡側的定位服務器完成，提高了傳統GPS 的定位精度，耗電低、啟動速度快。由于城市峽谷效應的存在，A-GPS 技術可能因為定位衛星數量不足造成較大的誤差。GPS One 技術在A-GPS 的基礎上融合CDMA 網絡的自身定位，依靠網絡定位來解決這種定位誤差。GPS One 技術是CDMA 網絡定位和GPS 定位優勢互補的產物，其技術優點：定位精度高，在一般情況下室外定位精度可以達到5-50m；不同于常規的GPS 技術，啟動速度快；定位功能部分轉移至網絡服務器，終端成本降低，耗電少、尺寸小；終端處于CDMA 網絡媒介中，能實現數據傳送功能，既能滿足自身定位要求，還能實現其他用戶對終端用戶實時監測和跟蹤。
表1 幾種移動定位技術類型比較[3]
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技術類型 |
優勢 |
不足 |
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GPS(24顆衛星分六個軌道平面覆蓋全球，每顆衛星繞地球運轉，GPS終端根據衛星導航數據及測定到達時延計算位置) |
精度高(5-80 m)，啟動后定位速度快(l-2 s) |
需要開闊的視野(看到至少4顆GPS衛星，或在終端高度已知時至少要看到3顆衛星)冷啟動速度慢，終端耗電大 |
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Cell-ID(手機所在的扇區中心作為位置) |
定位速度快，無需改動網絡和終端 |
精度無保證 |
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EOTD (GPS/GPRS) (通過終端接收網絡設置的標準時鐘站信號時延及角度計算位置) |
定位精度較Cell-ID高(幾百米) |
網絡建設成本高 |
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AFLT (CDMA) (通過多個CDMA基站到達終端的時延和角度計算位置) |
定位精度較EOTD高，無需改動網絡，室內定位效果良好 |
在基站稀少區域(如郊區)定位效果差 |
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網絡輔助(A-GPS)(定位系統通過網絡向終端提供衛星年歷/星歷數據，改善GPS冷啟動慢，終端耗電大的問題，終端接受偽距信號后交由定位服務器計算位置) |
定位精度高(室外5-50 m)，定位靈敏度高，終端耗電低，無需改動網絡 |
終端需支持A-GPS功能，室內定位效果不佳 |
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混合GPSOne GPSOne=A-GPS+AFLT+Cell-ID |
網絡輔助定位技術與基于網絡定位技術結合，優勢互補 |
終端需支持GPSOne功能 |
4 基于GPS One 技術的移動船舶識別解決方案
GPS One 技術的特點決定了其對于傳統的VTS 船舶定位和識別方法具有互補特性：GPS One 技術結合網絡輔助定位與網絡三角定位，有效提高了GPS 定位的靈敏度，解決港區岸吊或大型船舶所造成的“峽谷”效應引起的雷達盲區問題；具有GPS One功能的芯片已經被無縫集成至手機芯片中，其成本僅需要2-3 美元[4]； GPS 接收機的功能部分被轉移到網絡定位服務器中，因此具有定位功能的手機終端復雜度大為降低，同AIS 設備比較價格低廉。目前全球的主要CDMA 網絡運營商都采用了該項技術為不同需求的用戶提供高精度的移動定位服務。幾年的發展使得GPS One 技術日益成熟，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、方便的終端及應用開發；應用商在選擇地理信息系統（GIS）上也擁有足夠的自由度[5]。船舶上裝載擁有GPS One 定位功能的手機終端，能夠通過CDMA 網絡自動傳輸定位數據和用戶信息；VTS 中心可以利用CDMA 網絡獲取船舶信息并實時顯示在電子海圖上，從而方便地實現對船舶動態跟蹤和服務。基于GPS One 技術的移動船舶識別解決方案如圖3 所示。
5 結束語
對船舶的準確定位和識別是VTS 在服務區域為船舶提供服務、保障安全的前提。應用多種船舶定位和識別手段實現服務區大小船舶“無盲區”覆蓋，既是服務優質、保障安全的要求，也符合公平原則。GPS One 在定位特點和成本上的優勢是雷達和AIS 外VTS 為服務區船舶定位識別的又一有力的工具。如何利用基于GPS One 的移動定位技術更好服務于VTS 值得更深入的研究和實踐。
參考文獻
1 IALA VESSEL TRAFFIC SERVICES MANUAL.IALA，2002.
2 王新暉等.GPS One-混合定位系統展望.計算機測量和控制，2004.
3 文勁軍.CDMA網絡的定位明星.計算機世界，2005.
4 段美霞等.基于GPS One平臺的移動定位服務.天中學刊，2005.
作者：鄭鷺峰 葛志遠 易叢波 來源：航海技術
