短波數(shù)傳在航標(biāo)遙測(cè)遙控中的應(yīng)用研究

楊亮

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

短波數(shù)傳在航標(biāo)遙測(cè)遙控中的應(yīng)用研究

楊亮

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

海上交通安全保障體系的建設(shè)一直是國(guó)內(nèi)外航海界關(guān)注的重點(diǎn)?；谛畔⒓夹g(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)的航標(biāo)信息系統(tǒng)的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)航標(biāo)的監(jiān)控和管理的現(xiàn)代化，確保航標(biāo)信息的準(zhǔn)確性及用戶(hù)方便快捷獲取航標(biāo)信息，為船舶安全航行提供更好的服務(wù)是非常必要的。本文主要研究利用短波通信實(shí)現(xiàn)對(duì)航標(biāo)的遙測(cè)遙控。

短波通信；航標(biāo)；遙測(cè)遙控

1 引言

海上交通安全一直是國(guó)內(nèi)外航海界所關(guān)注的重點(diǎn)。航標(biāo)管理是航道管理部門(mén)的一項(xiàng)重要工作，航標(biāo)管理的責(zé)任就是對(duì)航標(biāo)進(jìn)行管理和維護(hù)保證其正常使用，為船舶安全、經(jīng)濟(jì)、便利航行提供服務(wù)。

航標(biāo)是標(biāo)示航道方向、界限與礙航物的標(biāo)志，幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物或發(fā)出警告，為各種水上活動(dòng)提供安全信息，是重要的導(dǎo)航設(shè)施。它對(duì)發(fā)展我國(guó)水上交通運(yùn)輸事業(yè)，支持海洋資源開(kāi)發(fā)和漁業(yè)捕撈，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和發(fā)展，加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)和維護(hù)國(guó)家主權(quán)具有非常重要的作用。我國(guó)海域遼闊，海岸線(xiàn)長(zhǎng)，近海多島嶼，形成航道曲折復(fù)雜，航標(biāo)數(shù)量多，品種多的特點(diǎn)。某些海區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)以人員值守和巡檢的方式來(lái)保障航標(biāo)設(shè)備的正常工作，但這種保障模式存在很多問(wèn)題：航標(biāo)燈樁故障不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，有些重要航標(biāo)無(wú)人值守，設(shè)備性能隱患無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)等等。航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)是將遙測(cè)遙控技術(shù)應(yīng)用在航標(biāo)的工作狀態(tài)監(jiān)控上，達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和及時(shí)排除的目的，以保障航標(biāo)的正常工作、提高可利用率，減少維護(hù)費(fèi)用，促進(jìn)現(xiàn)代化管理，提高航標(biāo)服務(wù)質(zhì)量。

2 短波在航標(biāo)遙測(cè)遙控中的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)在航標(biāo)的遙測(cè)遙控技術(shù)上，主要采取GSM、AIS和衛(wèi)星遙測(cè)遙控三種方式。其中GSM、AIS通信覆蓋范圍有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的遙控遙測(cè)。隨著西南沙航標(biāo)的建設(shè)，因?yàn)榫嚯x大陸較遠(yuǎn)，利用GSM和AIS實(shí)施遙測(cè)遙控已不太現(xiàn)實(shí)，而衛(wèi)星遙測(cè)遙控成本較大，于是探索利用短波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐?biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)就顯得很有必要了。

基于短波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐?biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)與傳統(tǒng)遙測(cè)遙控系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）可通信距離遠(yuǎn)

利用短波進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，可通信距離遠(yuǎn)，相比較GSM和AIS系統(tǒng)幾公里、幾十公里的通信范圍，短波的通信距離可以達(dá)到上百公里、上千公里。對(duì)于遠(yuǎn)離大陸的航標(biāo)，利用短波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸顯然要優(yōu)于利用GSM、AIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低

利用短波通信，設(shè)備體積小、重量輕、安裝便利。同時(shí)建設(shè)費(fèi)用省、維護(hù)費(fèi)用低、建設(shè)周期短?？梢愿鶕?jù)使用的要求固定設(shè)置，進(jìn)行定點(diǎn)通信。

3 基于短波數(shù)傳的遙測(cè)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理終端組成。其中數(shù)據(jù)采集終端為一臺(tái)安裝了數(shù)據(jù)采集處理軟件的工控機(jī)，數(shù)據(jù)處理終端為一臺(tái)安裝了查詢(xún)終端軟件和數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件的工控機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為兩臺(tái)短波收發(fā)信機(jī)組成。航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的系統(tǒng)連接圖如圖1。

圖1 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)組成圖

3.2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)航標(biāo)的隨機(jī)遙測(cè)、定時(shí)遙測(cè)以及異常信息報(bào)警。

我們可以根據(jù)需要，在任意時(shí)刻對(duì)航標(biāo)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量采集；或者可以通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，監(jiān)控終端每隔一定時(shí)間向采集終端下達(dá)一次采集命令，將航標(biāo)的工作狀態(tài)檢測(cè)一遍。同時(shí)采集終端會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)信息，并將異常信息上報(bào)給監(jiān)控終端。

各模塊詳細(xì)功能如下：

數(shù)據(jù)采集終端主要用來(lái)采集航標(biāo)傳感器的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換，使采集的信息數(shù)據(jù)能夠適應(yīng)短波收發(fā)信機(jī)的傳輸，定時(shí)或者即時(shí)地發(fā)送給監(jiān)控中心；同時(shí)，接收監(jiān)控中心的查詢(xún)命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由安裝在航標(biāo)處和監(jiān)控中心處的兩部短波收發(fā)信機(jī)組成，由其通過(guò)短波鏈路共同完成采集數(shù)據(jù)和控制指令的傳輸。

數(shù)據(jù)處理終端主要是將采集的航標(biāo)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換，然后發(fā)給監(jiān)控終端，由安裝有數(shù)據(jù)解析軟件的監(jiān)控終端對(duì)采集的航標(biāo)的信息進(jìn)行解析顯示。同時(shí)將查詢(xún)指令進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給短波收發(fā)信機(jī)。

3.3 系統(tǒng)工作原理及業(yè)務(wù)流程

3.3.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理就是數(shù)據(jù)采集終端讀取航標(biāo)的各種工作狀態(tài)參數(shù)信息，然后將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議格式轉(zhuǎn)換后發(fā)給航標(biāo)側(cè)的短波收發(fā)信機(jī)，航標(biāo)側(cè)的收發(fā)信機(jī)再通過(guò)短波鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的收發(fā)信機(jī)，監(jiān)控中心的收發(fā)信機(jī)將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理終端，由數(shù)據(jù)處理終端將接收的數(shù)據(jù)再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控終端。監(jiān)控終端負(fù)責(zé)將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析顯示。

3.3.2 業(yè)務(wù)流程

基于短波數(shù)傳的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)可有3種工作方式：異常報(bào)警工作方式、即時(shí)查詢(xún)工作方式和定時(shí)查詢(xún)工作方式。

（1）異常報(bào)警

數(shù)據(jù)采集處理軟件會(huì)一直采集航標(biāo)的各種工作狀態(tài)參數(shù)信息，當(dāng)采集到航標(biāo)的狀態(tài)信息有異常時(shí)，數(shù)據(jù)采集處理軟件將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給收發(fā)信機(jī)，航標(biāo)側(cè)的收發(fā)信機(jī)將數(shù)據(jù)信息通過(guò)短波鏈路發(fā)送給監(jiān)控中心側(cè)的收發(fā)信機(jī)，收發(fā)信機(jī)收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件，數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件再將數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到監(jiān)控終端，用戶(hù)在監(jiān)控終端上就能夠查看到航標(biāo)的異常信息。具體工作流程如下圖2所示。

圖2 異常報(bào)警流程圖

（2）即時(shí)查詢(xún)

監(jiān)控中心操作人員可在查詢(xún)終端軟件上執(zhí)行查詢(xún)操作，數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件接收到查詢(xún)命令后，控制監(jiān)控中心的收發(fā)信機(jī)將查詢(xún)指令通過(guò)短波鏈路發(fā)送至航標(biāo)側(cè)的收發(fā)信機(jī)；航標(biāo)側(cè)的收發(fā)信機(jī)收到指令后，將指令再傳給數(shù)據(jù)采集處理軟件，數(shù)據(jù)采集處理軟件收到查詢(xún)指令后將現(xiàn)時(shí)航標(biāo)的工作狀態(tài)參數(shù)信息轉(zhuǎn)換成短波收發(fā)信機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)格式傳給收發(fā)信機(jī)，航標(biāo)側(cè)的收發(fā)信機(jī)再通過(guò)短波鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的收發(fā)信機(jī)；監(jiān)控中心的收發(fā)信機(jī)將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件，由數(shù)據(jù)處理終端將接收的數(shù)據(jù)再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控終端。具體工作流程如圖3所示。

（3）定時(shí)查詢(xún)

監(jiān)控中心操作人員可在查詢(xún)終端軟件上制定定時(shí)查詢(xún)計(jì)劃來(lái)查詢(xún)航標(biāo)的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件根據(jù)設(shè)置的查詢(xún)時(shí)間點(diǎn)定時(shí)進(jìn)行查詢(xún)操作。定時(shí)查詢(xún)工作方式業(yè)務(wù)流程與即時(shí)查詢(xún)工作方式業(yè)務(wù)流程類(lèi)似，區(qū)別在于是按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間定時(shí)查詢(xún)航標(biāo)的工作狀態(tài)。

圖3 即時(shí)查詢(xún)流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

我們用2套125W短波電臺(tái)（含電源和天線(xiàn)）、2臺(tái)工控機(jī)、1臺(tái)電腦終端及開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)查詢(xún)處理軟件、查詢(xún)終端軟件和數(shù)據(jù)采集處理軟件組成一套航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)在相距20公里的兩地進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。

測(cè)試顯示，航標(biāo)狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)可以通過(guò)短波通信的方式進(jìn)行采集回傳，但是數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)淖畲笏俾孰S接收信號(hào)的信噪比的變化而變化。當(dāng)接收信號(hào)的信噪比為1 dB時(shí)，最大可靠傳輸速率可達(dá)600bps；而當(dāng)接收信號(hào)的信噪比為-4 dB時(shí)，最大可靠傳輸速率只有75bps。下表1是測(cè)試時(shí)在接收信號(hào)不同信噪比下，該系統(tǒng)可靠傳輸?shù)淖畲笏俾省?/p>

表1 接收信號(hào)信噪比與最大可靠傳輸速率的關(guān)系

5 總結(jié)

短波通信具有通信距離遠(yuǎn)、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，通過(guò)短波通信對(duì)遠(yuǎn)距離航標(biāo)進(jìn)行遙測(cè)遙控不失為一種可行的手段。但是限于短波信號(hào)受干擾較大，且傳播受到電離層變化的影響等因素，容易造成數(shù)傳速率較低且不穩(wěn)定。因此在提高短波電臺(tái)抗干擾能力和數(shù)傳速率方面仍需要做進(jìn)一步的研究。

[1]王坦．短波通信系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[2]王化民，劉英．水上短波數(shù)字通信技術(shù)[M]．大連海事大學(xué)出版社，2008．

[3]陳宏，彭國(guó)均．航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．船海工程，2007，36(2)：126-128．

Application of Shortwave Transmission in Telemetry and Telecontrol for Navigation Mark

Yang Liang
（Guangzhou Haige Communications Group Limited by Share Ltd.,Guangzhou 510000,Guangdong）

The construction of marine traffic safety guarantee system has been the focus of attention of domestic and international shipping circles.Study on the navigation information system based information technology,computer network technology and navigation technology is very necessary for the implementation of the modernization of monitoring and management,ensuring the accuracy of navigation mark information and the convenience of obtaining information for users,and providing better service.This paper mainly studies on the telemetry and telecontrol of navigation mark by shortwave communication.

shortwave;communication;navigation mark;telemetry and telecontrol

TN92

A

1008-6609(2017)07-0059-03

楊亮（1985-），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)設(shè)計(jì)。