海事VHF集中控制調度指揮系統(tǒng)設計與實現

唐瀟驍

摘 要：VHF（甚高頻）通信是海事執(zhí)法、處理海事和組織施救的重要手段。統(tǒng)計資料表明，歷年來所處理長江水域內發(fā)生的各種遇險通信中，大多數是通過VHF通信協(xié)調完成的。傳統(tǒng)的VHF分段管理會導致管理區(qū)域的重疊，從而可能產生安全航運監(jiān)管機制的混亂；同時，由于各躉船設置位置相對于VHF系統(tǒng)的不合理性所產生的無線電盲區(qū)也會帶來船舶航運安全隱患。

本人作為項目組成員，全程參與項目設計和實現過程，承擔系統(tǒng)的前期調研工作、VHF調度指揮的相關流程梳理，尤其是對水上安全執(zhí)法流程方面進行重點調研，形成正式的工作流程，承擔需求分析工作并參與后期系統(tǒng)測試與實施。目前，“海事VHF集中控制調度指揮系統(tǒng)”已完成測試并成功應用于重慶海事局的海事管理通信及搜救指揮通信。

關鍵詞：VHF通信；集中控制；電子巡航；調度指揮

一、課題意義

隨著內河航運建設步伐加快，長江黃金水道建設持續(xù)推進，長江干線的船舶交通流量也在不斷增加，長江水上安全監(jiān)管壓力持續(xù)加大，對海事部門安全監(jiān)管和應急處置能力提出了更高的要求。長江海事局將面臨保障長江航運安全發(fā)展、保障干線水域交通安全通暢的新形勢，同時也面臨增強海事服務能力、海事監(jiān)管能力、應急救助能力和通信保障能力的新要求。保障VHF通信網絡的安全、可靠、穩(wěn)定地運行，是提高長江海事系統(tǒng)水上安全監(jiān)管和應急處置能力的需要。

因此，VHF調度系統(tǒng)升級優(yōu)化的研究，有助于提高長江船岸通信網運行的可靠性，實現各調度臺系統(tǒng)之間的相互備份，降低障礙歷時，對于利用信息化網絡化智能化的手段實現長江船岸通信網的集中控制和管理，從而增強海事服務能力、海事監(jiān)管能力、應急救助能力和通信保障能力，都是非常必要的。

二、現狀分析

目前的VHF通信系統(tǒng)大多是由一個遠程控制中心和多個基站組成。遠程中心主要是由中央控制機柜（CCU）和多個控制臺組成，每個基站配備多個VHF收發(fā)信機。為了最大化VHF收發(fā)信機的收發(fā)能力，VHF收發(fā)信機通常被安裝在高山或樓頂上。操作端通過微波鏈路[9]或專線與遠程基站相連，可實現遠程收發(fā)信機的控制，并且能夠把收發(fā)信機接收到的信號傳送回操作中心，使得操作端的人員可以通過收發(fā)信機與船舶上電臺進行通信。

由于這樣的VHF通信系統(tǒng)需要專線對模擬話音信號進行傳輸，其建設成本較高并且效率相對較低。另外線路不能傳輸數字信號、視頻圖像等信息，傳輸信息單一。更值得注意的一點，微波中繼線路非常容易受到外部環(huán)境的干擾，其通信質量難以得到保證，也就極大限制了VHF通信系統(tǒng)的覆蓋范圍。此外，中央電子控制柜等設備采購成本較高，維修復雜，不利于維護。

三、 目標及研發(fā)內容

3.1 研發(fā)目標

通過對VHF調度系統(tǒng)的結構組成和工作原理進行研究，對VHF調度系統(tǒng)改造后實現以下目標：

（1）對調度臺進行網絡化設計，并采用IP方式實現調度臺與PC主機的連接，實現調度臺靈活配置（實現本地和遠端多個調度臺對VHF基站的控制）

（2）監(jiān)控調度臺和基站設備運行狀況，通過遠程配置、修改調度臺及基站設備的參數。

（3）多個調度臺之間的互為備份、連接和控制，實現點對多點的控制及互為備份。

（4） 對所有VHF基站的控制和有線轉接。

3.2 研發(fā)內容

（1）干線VHF系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)將采用3級網絡架構，把整個系統(tǒng)分為長江VHF通信總中心、長江VHF控制分中心、VHF遠程操作終端、VHF基站，即在漢口設立長江VHF通信管理中心，在各二級通信管理局設立長江VHF控制分中心，在各通信處設立長江VHF安全通信終端，并在沿江設立VHF基站。

（2） 傳輸網絡

① 各控制中心與下屬VHF基站之間傳輸采用E1線路。

② 各控制分中心至長江VHF管理控制總中心之間采用IP傳輸線路。

③ 各控制分中心至下屬遠程操作終端之間使用IP傳輸線路。

以上傳輸網絡的組成，依靠現有長江干線光纖傳輸和長江航運數據網實現。

（3） 對VHF收發(fā)信機的控制

通過在各VHF基站設置電臺控制單元，實現對收發(fā)信機的操作和控制。目前VHF收發(fā)信機，通常都是操控型的，提供3類常用接口，即：

① 4線音頻接口：600歐姆，4線平衡音頻接口。

② 控制信令接口：提供PTT、靜噪控制信令和一些開關量控制。

③ 數據接口：RS-232C接口，提供參數設置及狀態(tài)監(jiān)控功能，各廠家控制指令完全不同。

因此，通過基站電臺控制單元將來自調度臺的統(tǒng)一格式的指令轉換成針對各不同廠家的電臺專有控制指令，以此實現對各不同廠家產品的控制。

（4） 對VHF信道機MTR2000的控制

① MTR2000電臺的背部面板WIRELINE接口提供4線音頻接口，SYSTEM接口提供PTT靜噪等控制接口，再根據MTR2000系統(tǒng)接口連接電臺和電臺控制單元，即可實現音頻輸入和輸出，以及PTT靜噪信令控制。

② MTR2000在前部面板提供RSS接口，通過RS-232C可連接PC串口，通過廠家提供的軟件，可實現電臺參數配置和狀態(tài)監(jiān)控。

③ 連接調度臺：調度系統(tǒng)在基站配置電臺控制器，提供4線音頻接口和PTT信號輸出，連接到MTR2000的系統(tǒng)接口的相關針腳，實現音頻連接和PTT控制；

電臺控制器提供RS-232接口[14]，可連接MTR2000的RS-232接口，實現對MTR2000遠程狀態(tài)監(jiān)控和參數配置。

（5） 軟件系統(tǒng)

① 無線調度：通過無線調度座席終端，系統(tǒng)操作員可控制轄區(qū)任意無線基站的收發(fā)信機與船舶進行CH6頻道和日常水上VHF通信，可對無線通話信道進行監(jiān)聽、選擇性呼叫、廣播呼叫等通話操作。

② 錄音：通過系統(tǒng)擴展的數字錄播設備，系統(tǒng)可自動記錄和管理每一個無線通話信道的話音?？蓪Υ鎯Φ脑捯暨M行查詢、備份、刪除等管理操作。

③ 定時自動區(qū)播 ：通過調度座席終端，系統(tǒng)操作員可自動定時或人工向其覆蓋的航道水域播發(fā)氣象、水位、險情等有關航行安全的話音信息。

④ 系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測：通過管理維護終端，系統(tǒng)維護人員可對無線通信系統(tǒng)內所有收發(fā)信機、調度交換系統(tǒng)、傳輸鏈路的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和管理。

四、系統(tǒng)基于軟交換技術設計開發(fā)

目前用于國內的海事無線調度系統(tǒng)主要采用了基于時隙交換的數字交換技術，該技術屬于上一代數字通信技術——電路交換。

VHF集中控制調度系統(tǒng)主要采用了基于IP網絡包交換的軟交換技術，該技術屬于下一代通信技術——數據包交換。

采用電路交換模式的調度設備根據執(zhí)行功能的不同，一般可分為以下4個功能平面：

（1）呼叫控制平面：由主CPU和呼叫處理軟件組成，提供呼叫處理與控制功能。

（2）媒體（數字話音）交換平面：由64kbit/s的電路交換矩陣組成，提供媒體的承載連接功能。

（3）業(yè)務提供平面：業(yè)務提供嵌入到調度交換機的軟件和硬件中，提供基本調度業(yè)務和補充調度業(yè)務。

（4）接入網關平面：由用戶CPU和用戶電路組成用戶接入網關，可提供POTS、2B+D和V5等用戶接口，用以接續(xù)用戶終端設備；由中繼CPU和中繼電路組成中繼網關，提供E1或30B+D等中繼接口，用以接續(xù)外部網絡；由信令CPU和信令電路組成的信令網關，為信令鏈路與信令網提供接續(xù)。主CPU與用戶、中繼、信令等從CPU之間的通信協(xié)議，采用由制造商自己制定的非開放的內部協(xié)議。

調度交換機的這4個功能平面，不僅在物理上合為一體，而且支持這4個功能平面的軟、硬件互相牽制，不可分割。傳統(tǒng)的調度交換機的業(yè)務提供在設計調度交換機方案時就定下來了。一旦產品定型，若想修改或增加某種業(yè)務，需要更改軟件或軟、硬件，提供新業(yè)務十分困難。

軟交換技術建立在IP網絡的基礎上，將控制、交換、業(yè)務和接入這4個功能平面完全地分離，并利用了眾多且有開放接口的網絡部件去構造這4個功能平面。因此，軟交換系統(tǒng)是具有開放接口協(xié)議的網絡部件的集合。這些網絡部件可分布在IP網絡中，利用標準接口協(xié)議互通互連，構成一個開放標準、分布式的體系結構。

軟交換具有高效靈活、自由開放的特點，支持用戶數量多、能提供強大的業(yè)務功能支撐。

軟交換調度系統(tǒng)解決方案首先是調度系統(tǒng)的網絡解決方案，不同于傳統(tǒng)調度系統(tǒng)是著眼于節(jié)點的解決方案。

軟交換調度系統(tǒng)解決方案還是一個軟件解決方案。核心在于軟交換機中的控制邏輯和網元之間的接口協(xié)議，傳送層功能由相應的底層網絡自行解決，不在軟交換考慮的范圍。

基于上述特點，VHF集中控制調度系統(tǒng)不僅容量大，而且布署相當靈活，運行穩(wěn)定可靠。由于業(yè)務定制基于軟件方案，所以對于修改調度系統(tǒng)的業(yè)務功能和流程也具有傳統(tǒng)電路交換技術不可比擬的優(yōu)勢。

總結

本文對系統(tǒng)的需求、結構分析、方案設計、局部設計、實現及測試等方面進行了陳述。系統(tǒng)研發(fā)如期完成。

參考文獻

[1]魏云雨，船舶信號與VHF通信[D]，大連海事大學出版社，2008 年 8 月版.

[2]中華人民共和國交通行業(yè)標準JT/T 624-2005海（江）岸電臺中頻/甚高頻數字選擇呼叫（MF/VHF DSC）系統(tǒng)維護和修理技術要求.