内容提要：此文分析VTS 中常规的船舶定位跟踪和识别方式的局限性，介绍一种基于GPS One 技术的船舶移动定位识别解决方案。GPS One 在定位特点和成本上的优势，是VTS 为服务区船舶定位识别的又一有力工具，值得更深入的研究和实践。
关键词：GPS One VTS 雷达 AIS
IALA 《VTS 指南》中指出VTS 应具备与船舶交互并对VTS 覆盖区发生的通航状况作出反应的能力[1]。笔者认为准确高效的船舶定位、跟踪和识别是VTS 具备这种能力的前提。然而，从目前现状上看VTS 服务区内船舶定位和识别手段仍然存在不足，不能完全满足保障区域船舶安全提供优质服务的要求，特别是对于船舶交通流量密度大、流量构成复杂的船舶交通服务区域，准确高效的船舶定位和识别依然困难重重。
1 常规船舶定位和识别方法的缺陷
雷达和AIS 是船舶交通服务区主要的船舶定位和识别手段，这两种得到VTS 主管当局广泛应用的方法存在两方面局限。
其一，雷达能实现主动的船舶定位，但是雷达本身不能实现物标的识别。雷达在主动定位后，相应的物标识别是依靠VTS 操作员通过VHF 工作频道上船岸间的互动交流来实现。从效果来考量，基于雷达的船舶定位和识别在VTS 服务区域的应用存在三方面不足：一是对于方位和距离相邻的小型船舶，人为的分辨和识别不易实现；二是地理因素（如岛屿和岸吊）造成雷达盲区，在盲区内雷达定位性能下降，增加了物标丢失和误跟踪概率；三是从资源的角度看，VHF 容纳船舶报告数量是有限的，对于高密度流量的VTS 覆盖区域，利用VHF 进行雷达定位后的识别将极大占用VHF 资源，使VTS 的信息服务、助航服务和交通组织质量大打折扣，不符合为用户提供优质服务的理念。
其二，AIS 不受地形因素的影响能够弥补雷达的不足，实现船舶自动识别并获得其他船舶丰富的信息已经成为航运界的共识。许多航道和港口VTS 都利用岸基AIS 台站实现对辖区船舶自动定位和跟踪。AIS 强大的信息互动能力和自动识别的特性成为主管当局实现船舶定位和识别的利器，但是较高的费用制约其在船舶中的普遍应用。大量内河船舶和沿海小型船舶虽然频繁出入沿海或是内河VTS 区域，但是并不在强制安装AIS 的范畴内。这类小型船舶作为VTS 服务区船舶交通流的重要组成部分，如不能实现对其有效的定位和识别，将增加港口和航道的风险。
另外，为了管理方便、提高效率、信息集中、节省费用和节约人力，国内外流行的趋势是建立VTS 中心。但中心制VTS 弱化了对现场水域视觉监控的效果，也阻塞了目测这一一直沿用的船舶识别的手段的应用。如何选择费用上适当，且易于实现的船舶定位识别技术，实现船舶定位和识别的大范围覆盖，是VTS 主管当局所关心的问题。
移动定位服务的新技术GPS One 技术有助于解决这一问题，它能够应用于沿海或内河VTS 区域，并扮演传统方式外的船舶定位识别的补充角色。
2 GPS One 技术的起源和基本原理
移动通信的特点是位置的移动性，这种特性自然衍生用户对移动位置信息的需求：一方面既关注自身位置，另一方面也迫切想了解其他移动用户的位置信息。在这种背景下，无线运营商需要充分挖掘现有无线通信网络潜力来提供高精度的移动定位服务来满足用户的需求并促进自身发展，这种需求是移动位置服务发展的内在因素。同时911 事件后，美国联邦通信委员会（FCC）要求无线网络服务必须提供用于紧急呼叫的定位服务，这也成为推动移动位置服务（Location Based Service）的一个重要动力[2]。
传统的GPS 移动定位需要开阔的视野，除了传统的GPS 技术外，移动定位解决方案依照定位标准可以归纳成三类[3]：第一类将传统的GPS 和无线网络结合，称为无线网络辅助的GPS 技术（Assisted GPS）。A-GPS技术的核心理念是将卫星扫描及定位运算等最为繁重的工作从终端一侧转移到网络一侧的定位服务器完成（图1）。第二类是依靠网络本身的资源进行定位。网络定位的理论依据是三角定位，通过无线射频信号计算到达时间和角度来计算移动终端的位置。网络定位包括小区定位（Cell ID）、到达时间定位（TOA）、到达角度定位（VOA）、高级前向链路（AFLT）和增强观测时间差（EOTD）等。第三类是利用网络定位和A-GPS 定位相结合的混合定位技术。GPS One（图2）技术是混合定位技术的一种，是美国高通公司为基于位置业务开发的定位技术，它将无线网络辅助A-GPS 和高级前向链路AFLT 三角定位法两种定位技术有机结合，实现高精度、高可用性和较高速度定位；在这两种定位技术均无法使用的环境中，GPS One 会自动切换到Cell ID 扇区定位方式，确保定位成功率。
3 GPS One 技术的优势分析
传统的GPS 移动定位过程依赖终端设备，造成终端耗电大、成本高的缺陷，而且GPS 本身不具备通信功能。A-GPS 技术将卫星扫描、定位运算等繁重的工作由终端一侧转移到网络侧的定位服务器完成，提高了传统GPS 的定位精度，耗电低、启动速度快。由于城市峡谷效应的存在，A-GPS 技术可能因为定位卫星数量不足造成较大的误差。GPS One 技术在A-GPS 的基础上融合CDMA 网络的自身定位，依靠网络定位来解决这种定位误差。GPS One 技术是CDMA 网络定位和GPS 定位优势互补的产物，其技术优点：定位精度高，在一般情况下室外定位精度可以达到5-50m；不同于常规的GPS 技术，启动速度快；定位功能部分转移至网络服务器，终端成本降低，耗电少、尺寸小；终端处于CDMA 网络媒介中，能实现数据传送功能，既能满足自身定位要求，还能实现其他用户对终端用户实时监测和跟踪。
表1 几种移动定位技术类型比较[3]
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技术类型 |
优势 |
不足 |
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GPS(24颗卫星分六个轨道平面覆盖全球，每颗卫星绕地球运转，GPS终端根据卫星导航数据及测定到达时延计算位置) |
精度高(5-80 m)，启动后定位速度快(l-2 s) |
需要开阔的视野(看到至少4颗GPS卫星，或在终端高度已知时至少要看到3颗卫星)冷启动速度慢，终端耗电大 |
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Cell-ID(手机所在的扇区中心作为位置) |
定位速度快，无需改动网络和终端 |
精度无保证 |
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EOTD (GPS/GPRS) (通过终端接收网络设置的标准时钟站信号时延及角度计算位置) |
定位精度较Cell-ID高(几百米) |
网络建设成本高 |
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AFLT (CDMA) (通过多个CDMA基站到达终端的时延和角度计算位置) |
定位精度较EOTD高，无需改动网络，室内定位效果良好 |
在基站稀少区域(如郊区)定位效果差 |
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网络辅助(A-GPS)(定位系统通过网络向终端提供卫星年历/星历数据，改善GPS冷启动慢，终端耗电大的问题，终端接受伪距信号后交由定位服务器计算位置) |
定位精度高(室外5-50 m)，定位灵敏度高，终端耗电低，无需改动网络 |
终端需支持A-GPS功能，室内定位效果不佳 |
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混合GPSOne GPSOne=A-GPS+AFLT+Cell-ID |
网络辅助定位技术与基于网络定位技术结合，优势互补 |
终端需支持GPSOne功能 |
4 基于GPS One 技术的移动船舶识别解决方案
GPS One 技术的特点决定了其对于传统的VTS 船舶定位和识别方法具有互补特性：GPS One 技术结合网络辅助定位与网络三角定位，有效提高了GPS 定位的灵敏度，解决港区岸吊或大型船舶所造成的“峡谷”效应引起的雷达盲区问题；具有GPS One功能的芯片已经被无缝集成至手机芯片中，其成本仅需要2-3 美元[4]； GPS 接收机的功能部分被转移到网络定位服务器中，因此具有定位功能的手机终端复杂度大为降低，同AIS 设备比较价格低廉。目前全球的主要CDMA 网络运营商都采用了该项技术为不同需求的用户提供高精度的移动定位服务。几年的发展使得GPS One 技术日益成熟，能够提供包括WEB、JAVA、WAP、SMS 等灵活的接入方式，采用开放的接口、方便的终端及应用开发；应用商在选择地理信息系统（GIS）上也拥有足够的自由度[5]。船舶上装载拥有GPS One 定位功能的手机终端，能够通过CDMA 网络自动传输定位数据和用户信息；VTS 中心可以利用CDMA 网络获取船舶信息并实时显示在电子海图上，从而方便地实现对船舶动态跟踪和服务。基于GPS One 技术的移动船舶识别解决方案如图3 所示。
5 结束语
对船舶的准确定位和识别是VTS 在服务区域为船舶提供服务、保障安全的前提。应用多种船舶定位和识别手段实现服务区大小船舶“无盲区”覆盖，既是服务优质、保障安全的要求，也符合公平原则。GPS One 在定位特点和成本上的优势是雷达和AIS 外VTS 为服务区船舶定位识别的又一有力的工具。如何利用基于GPS One 的移动定位技术更好服务于VTS 值得更深入的研究和实践。
参考文献
1 IALA VESSEL TRAFFIC SERVICES MANUAL.IALA，2002.
2 王新晖等.GPS One-混合定位系统展望.计算机测量和控制，2004.
3 文劲军.CDMA网络的定位明星.计算机世界，2005.
4 段美霞等.基于GPS One平台的移动定位服务.天中学刊，2005.
作者：郑鹭峰 葛志远 易丛波 来源：航海技术
