交通运输公益卫星系统建设助力智能船舶发展

（中国交通通信信息中心，北京，100011）
交通运输公益卫星系统建设助力智能船舶发展
n Facilitating the Development of Intelligent Ships by Virtue of the Public Satellite
System of Transportation
SONG Zhen,YANG Xue (China Transport Telecommunications & Information Center，Beijing 100011，China ）
宋 溱，杨 雪收稿日期：2019-05-20第一作者简介：宋溱（1962-），男，北京人，硕士研究生，从事卫星通信在水运行业的应用与发展工作。

资助项目：国家重点研发计划（2017YFC1404700）；国家科技支撑计划（2015BAG20B00）。

DOI:10.16831/ki.issn1673-2278.2019.07.014
一、智能船舶发展现状
（一）智能船舶发展路径
对于智能船舶技术的研发路径，全球范围内都热切关注且各有策略，但都认为智能船舶技术研发不可能一步登天，需要理性循序渐进、分阶段突破，最终目标是实现包含远洋交通运输在内的完全无人驾驶，即真正的智能化自主航行船舶。

中国船级社（CCS ）发布的《智能船舶规范》，将智能船舶的功能分为智能航行、智能机舱、智能船体、智能货物管理、智能能效管理和智能集成平台6个方面，并可根据船舶实际具有的功能授予智能船舶附加标志：i-Ship （Nx，Hx，Mx，Ex，Cx，Ix ）。

罗尔斯•罗伊斯公司将智能船舶发展分为四个阶段：2020年，提供远程支持和特定操作功能的有人船；2025年，实现沿海远程控制无人船；2030年，实现远洋远程
控制无人船；2035年，实现远洋自主航行无人船。

IMO将海上水面自主航行船舶（Maritime Autonom-ous Surface Ships，MASS），按自主程度划分为四个等级：（1）配备自动系统和辅助决策的船舶：海员在船上操作和控制船载功能系统，一些操作可实现自动化。

（2）船上有船员远程控制船舶：需要有人员在另一个地方进行控制和操纵，但船上也需要配备一定数量和功能的海员。

（3）无船员在船的远程控制船舶：船舶的控制和操作在另一个地方进行，同时船上不用配置海员。

（4）完全自主船舶：船舶的操作系统能够自主决定并做出反应和行动。

（二）全球智能船舶发展情况
目前，在全球范围内，多个国家的科研机构、企业和高校，正在开展海上自主水面船项目的研究、测试工作。

但在世界范围内仍无一艘真正意义的海上自主水面船投入到商业运行中。

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中国海事管理研讨Workshop on Maritime Control
2018年11月，由上海外高桥造船有限公司为招商局能源运输股份有限公司量身订造的全球首艘40万吨智能超大型矿砂船（VLOC）“明远”号正式交付，将主要用于巴西至中国航线铁矿石运输。

“明远”号实现了船舶辅助自动驾驶、能效管理、设备运维、船岸一体通信、货物液化监测等五大智能模块功能，同时获得了中国船级社和挪威船级社的智能船舶认证，这标志着我国智能船舶全面迈入1.0新时代。

2018年12月，罗尔斯·罗伊斯公司与芬兰国有渡轮运营商Finferries共同研发的世界上第一艘全自动渡船成功试运行。

Falco号汽车渡轮采用罗尔斯·罗伊斯智能船舶技术，成功在芬兰帕尔加斯和瑙沃之间完成了无人驾驶航行，并在遥控操作下顺利返航。

渡轮配备了一系列先进传感器，能够实时绘制周围环境的详细图像，并传送到岸上遥控操作中心。

船长在遥控操作中心监控船舶的无人驾驶航行，并在必要时进行人工控制。

康斯伯格（K o n g s b e r g）公司和挪威化肥公司（Yara）共同合作研发的全球第一艘零排放全自动集装箱船“Yara Birkeland”号，计划于2020年交付运营。

该船由康斯伯格提供自动航行所需的传感器和设备，建成后将在位于波斯格伦（Porsgrunn）的化肥厂与南部的布雷维克港（Brevik）和东南部的拉尔维克港（Larvik）之间航行。

该船交付最初将由人工驾驶航行，2022年实现完全自主航行。

二、通信卫星产业发展现状
卫星可分为静止轨道卫星、中轨道卫星、低轨道卫星。

不同轨道卫星有不同的技术优势，其发展应用的路径也不尽相同。

静止轨道卫星通过较少的卫星即可实现全球覆盖，但存在通信时延大、传输损耗大的缺点。

中低轨道卫星系统通过多颗低轨卫星构成星座实现全球无缝覆盖，提供全天候、低延时的服务，应用终端也相对较小。

（一）静止轨道卫星技术与服务发展
第一颗静止轨道卫星在1965年由美国公司发射，在距今不到55年的时间里，静止轨道卫星技术与服务已经稳定成熟。

其中，最具代表性的就是海事卫星。

第五代海事卫星宽带通信网络系统及应用产品已投入商用，为全球航行船舶卫星终端用户提供卫星宽带服务，打造了一条便捷的“海上信息高速公路”，使得船队数据产生与采集同时发生成为可能。

第六代海事卫星将于2020年发射，2022年完成星群部署。

2016年7月，我国启动了首个全球高通量宽带卫星通信系统建设项目，深圳亚太星通公司计划采用4颗覆盖全球的高通量通信卫星，建成“天地一体”、自主可控的全球通信网络。

（二）低轨道卫星发展与应用
20年前，航天行业掀起了一场低轨道卫星系统的商业热潮。

在1998年前后，铱星（Iridium）、全球星（Globalstar）、轨道通信卫星（Orbcomm）三个星座分别发射部署。

但由于运营问题，三家公司在2000年左右先后申请破产，这宣告了三个低轨卫星星座在商业上的失败。

随着物联网时代的来临，低成本、双向、窄带数据通信服务需求爆发。

以上三家公司经过重组后，纷纷发射了第二代星座，并拓展物联网市场领域的应用。

其中，Orbcomm作为机器对机器（M2M）与物联网解决方案提供商，在全球范围内帮助企业实现有效和可视化的资产监控和控制，涉及重型设备、运输、物流、海上运输等领域。

Orbcomm卫星同时搭载了AIS载荷，能够提供全球船舶卫星AIS数据服务。

（三）全球卫星互联网发展
近年来，全球商业航天蓬勃发展，国内外新兴卫星企业纷纷部署卫星互联网战略计划，以期提供覆盖全球的高速互联网接入服务。

2012年在美国成立的一网公司（OneWeb），计划发射588颗卫星组成的近地轨道卫星星座，为全球提供高速网络。

2017年6月，OneWeb 获得了美国联邦无线电管理委员会（FCC）颁发的低轨道卫星通信网络的运营执照。

今年2月，OneWeb发射了首批6颗卫星，计划2021年中旬结束发射。

美国太空技术探索公司（SpaceX）的星链（Starlink）计划将发射1.2万颗卫星。

今年5月，星链计划的第一批60颗卫星发射部署成功。

此外，亚马逊也计划发射3 236颗卫星，服务于电商业务。

我国的“虹云工程”计划发射156颗卫星、“鸿雁星座”计划发射300颗卫星。

三、国内外智能航运通信发展规划
通信导航技术是智能船舶发展关键技术支撑与服务保障。

全船信息融合（包括船舶信息、环境信息、物流信息、港口信息等）、船岸一体化（包括船舶远程控制、无
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2019第7期
人船舶与无人码头的协作等）是智能船舶的重要特征，两者都需要全天候、实时宽带通信支持。

国内外智能航运发展规划中都十分重视通信技术的研究与应用。

（一）英国智能航运通信发展规划
2019年1月，英国发布了《海事2050》战略。

《海事2050》指出虽然现有的通信基础设施能够满足当前海事的应用需求，但随着远程操作船舶和自主航行船舶的发展，以及北极航路的通航，未来必须增加海上通信带宽和覆盖范围。

未来5到15年，英国政府将和行业将把英国的空间制造和研发能力与海事领域联合起来，发挥相关技术和设备跨领域应用的潜能。

（二）我国智能航运通信发展规划
2019年5月，交通运输部等七部门联合印发了《智能航运发展指导意见》（以下简称《指导意见》），其中加快船舶智能航行保障体系建设是重要内容。

《指导意见》明确提出要完善全覆盖、全天候的通信网络，满足高通量、高速率、高可靠、低延时、多连接的智能航运通信需求。

《智能船舶发展行动计划2019-2021》中也提出要突破网络与通信系统关键技术，开展船域网、船岸交互、船舶海上自组网等技术研究，研制面向全船信息交互及协同控制的船域网络系统，低延时、低成本、小功耗、数据轻量化传输的船岸一体通信系统和船船通信系统。

四、智能航运通信技术发展与应用建议
现有的海上通信系统虽然能够满足远洋船舶应急及基本通信需求，但有限的通信带宽、较长的通信延时不足以支撑未来智能船舶业务发展。

如今，卫星产业发展如火如荼，卫星轨道、频率资源有限。

我国应当抓住机遇，使卫星产业更好地服务于智能船舶、智能航运发展。

（一）推进航运与卫星产业融合发展，共同激发未来潜力
当前，智能船舶与卫星产业都处于发展的初级阶段，未来的发展潜力不可估量。

两个行业的发展彼此不可或缺，一方面，智能船舶的发展与运营离不开卫星产业的发展与支持；另一方面，智能船舶为卫星产业运营提供了极佳的应用场景。

因此，两者需要统筹协作，共同研发能够满足智能船舶、智能航运发展需求的卫星通信技术与服务，共同探索新一代海上卫星通信运营模式，为未来智能船舶的全球运营与卫星产业的可持续发展方式奠定基础。

建议航运业与卫星业能够从国家层面、行业层面尽快建
立更高合作机制，促进更深度的融合发展，共同激发彼
此的潜力，促进未来智能航运与卫星产业的协同发展。

（二）建立自主可控的交通运输公益卫星系统，提
高航海保障能力
智能船舶时代海上安全监管与航行保障面临新的
挑战，空间技术的发展与应用也为海事管理部门有效履
行职责维护国家权益提供了新的技术手段 。

建设自主可
控的交通运输通导遥一体化公益卫星系统工程（以下简
称“交通星”），为实现海上监管广域覆盖和海上搜救快
速响应提供技术支持。

一方面，“交通星”将提供高分辨
率、高重访、重点区域全覆盖的观测能力，实现水上交
通目标的快速识别与持续跟踪，提升水上交通安全监管
能力。

另一方面，“交通星”将搭载通信增强载荷及未来GMDSS相关载荷能，满足GMDSS现代化对水上安全监
管与救助的要求，提升应急通信能力。

此外，“交通星”
可以搭载VDES设备，布局VDES卫星系统建设，以技术
积累与应用验证为基础，促进我国参与国际VDES标准
体系的制定与修订。

根据需要，“交通星”也可以搭载北
斗导航星基增强系统，提高北斗系统的定位精度和完好
性服务等性能，满足智能船舶高精度定位的需求。

“交通星”提供公益卫星通信与导航服务，可主要
应用于水上交通管理和事故应急与调查，包括北极航道
监测等领域，也可兼顾陆地其他行业应用；主要服务于
我国重点海域，能够覆盖“一带一路”沿线，为全球海上
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中国海事
管理研讨Workshop on Maritime Control。