在船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)中激光傳感器數(shù)據(jù)傳輸方式的探討

胡錚　豐瑋　王迅

摘要：本文對(duì)基于激光傳感器的船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)中激光傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞阶隽颂接?，介紹了系統(tǒng)中激光傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜N方式及傳輸效果。

關(guān)鍵詞：船舶交通量 激光傳感器數(shù)據(jù) 無(wú)線傳輸 有線傳輸 光纖傳輸

概述

基于激光傳感器的船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)，以激光傳感器作為船舶數(shù)據(jù)的采集手段，實(shí)現(xiàn)船舶特征識(shí)別；以多激光傳感器在航船舶通行檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用多源數(shù)據(jù)融合和機(jī)器學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)船舶特征辨識(shí)和自適應(yīng)誤差控制；研究基于形態(tài)分類(lèi)方法和時(shí)空數(shù)據(jù)連續(xù)特征提取的拖船隊(duì)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶交通量的全天候自動(dòng)船舶交通流量統(tǒng)計(jì)。

由于系統(tǒng)中選用了兩臺(tái)不同型號(hào)的激光傳感器作為船舶特征信息的采集，它們采用的數(shù)據(jù)接口各異。因此，需選用不同的傳輸方式獲取其數(shù)據(jù)信息。通過(guò)對(duì)三種方案的實(shí)踐和比較，最終得到了合適的傳輸方案。

激光傳感器數(shù)據(jù)的傳輸

1、激光傳感器

激光傳感器船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)三個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中的激光傳感器通過(guò)自身激光頭的旋轉(zhuǎn)，對(duì)物體進(jìn)行短時(shí)間的線掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物截面的二維掃描，可實(shí)時(shí)采集航道上的目標(biāo)圖像。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由兩臺(tái)激光傳感器組成。

2、激光傳感器數(shù)據(jù)的傳輸

傳輸方案一：

傳輸方案：本方案為最初設(shè)計(jì)的傳輸方案，設(shè)計(jì)基于設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、安裝方便的原則。 具體方案如下：1號(hào)激光器采用以太網(wǎng)的無(wú)線傳輸，2號(hào)激光器由于沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)接口，采用了通訊電纜RS422方式傳輸。

本案優(yōu)點(diǎn)：具有安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。

不足之處：由于系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)在野外環(huán)境下，距離機(jī)房的直線距離約有250米左右，采用以太網(wǎng)傳輸?shù)?號(hào)激光器經(jīng)常出現(xiàn)不定時(shí)的中斷，數(shù)據(jù)傳輸不能滿足系統(tǒng)要求。而2號(hào)激光器的掃描頻率較高，數(shù)據(jù)傳輸量大，串口的通訊速率最高要求是達(dá)到115.2K波特率，而2號(hào)激光器用38.4K的傳輸速率，無(wú)法滿足數(shù)據(jù)傳輸量的需求，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)積壓或丟包的現(xiàn)象。

針對(duì)方案一中出現(xiàn)的不足之處，我們?cè)O(shè)計(jì)了方案二。

傳輸方案二：

為滿足系統(tǒng)需求，克服和解決方案一中所出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的問(wèn)題，本案在方案一的基礎(chǔ)上，對(duì)傳輸線路進(jìn)行了改進(jìn)。

傳輸方案：改進(jìn)后的傳輸方案二，1號(hào)激光器數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)的有線傳輸方式；2號(hào)激光器則采用了電纜線接MOXA高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡的方式，示意圖如下：

傳輸效果：在改進(jìn)后的方案二中，1號(hào)激光器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性得到了明顯改善，數(shù)據(jù)傳輸中斷的現(xiàn)象得到了解決，滿足了系統(tǒng)的需求。采用了電纜線接MOXA高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡的2號(hào)激光器，傳輸速率可達(dá)500K波特率，激光器的數(shù)據(jù)能夠全部獲取，無(wú)丟失現(xiàn)象，每秒獲取的數(shù)據(jù)為37～38條，也滿足了傳輸量的需求。

不足之處：由于當(dāng)前的傳輸距離有250米左右，而網(wǎng)線的適合傳輸距離在100米以內(nèi)比較合適。而且，普通網(wǎng)線僅適合作為室內(nèi)傳輸線，在室外環(huán)境下，對(duì)傳輸線的強(qiáng)度、耐老化、信號(hào)屏蔽、防雷擊等都有較高的要求，因此本方案如作為長(zhǎng)期室外傳輸線并不適合。

為增強(qiáng)本系統(tǒng)的適應(yīng)性，減少各種外界環(huán)境因素對(duì)本系統(tǒng)的影響，有利于系統(tǒng)的產(chǎn)品化實(shí)施，我們?cè)O(shè)計(jì)了傳輸方案三。

傳輸方案三：

傳輸方案：本案是在方案二的基礎(chǔ)上，采用一條光纖替代數(shù)據(jù)線和電纜線的傳輸。

本案優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳輸距離遠(yuǎn)，可達(dá)數(shù)公里至數(shù)十公里；

（2）適合野外環(huán)境，強(qiáng)度高、耐老化，由于是光傳播，因此不受周?chē)h(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾，也不受雷電等惡劣環(huán)境的影響；

（3）傳輸帶寬大，可使用一條線路傳輸2臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)部署；

（4）具有穩(wěn)定性好，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸帶寬大等優(yōu)點(diǎn)，為整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)品化的實(shí)施提供了有利條件。

探討

1、三種傳輸方案的比較

2、結(jié)論

方案一的數(shù)據(jù)傳輸方法，雖然具有線路安裝簡(jiǎn)單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，但由于受傳輸距離和安裝環(huán)境等因素的影響，無(wú)線傳輸易出現(xiàn)不定時(shí)的中斷，無(wú)法滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求。同時(shí)，由于2號(hào)機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸量較大，采用通訊電纜RS422方式的傳輸方式，無(wú)法滿足數(shù)據(jù)傳輸量的需求，系統(tǒng)易出現(xiàn)數(shù)據(jù)積壓或丟失的現(xiàn)象。

改進(jìn)后的方案二傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量可達(dá)到500K波特率，同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性得到了改善，數(shù)據(jù)傳輸中斷的現(xiàn)象得以解決，滿足了激光傳感器對(duì)船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)的需求。

方案三的帶寬達(dá)到了100M，且具有傳輸距離遠(yuǎn)、不受野外環(huán)境因素的影響、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，是目前基于激光傳感器船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴褌鬏敺桨浮?/p>

（作者單位 ：江蘇省航道管理局、思創(chuàng)數(shù)碼科技股份公司）