航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用研究

郭章儉 陳健

摘 要：航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的航標(biāo)管理系統(tǒng)，在航標(biāo)運(yùn)行維護(hù)中具有重要作用，應(yīng)用北斗衛(wèi)星通信技術(shù)可以對其功能性能進(jìn)行進(jìn)一步完善。文章首先對航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，分析北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，進(jìn)而研究其在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：航標(biāo) 遙測遙控系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星通信

海上通航安全是一切海運(yùn)活動的重要前提，在我國海運(yùn)規(guī)模的快速提升下，需要對航海保障能力做出進(jìn)一步提高。目前航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)已經(jīng)在海域航行中得到了較為廣泛的應(yīng)用，其監(jiān)測系統(tǒng)主要采用GPS和GPRS通信技術(shù)，由于GPRS信號覆蓋范圍較小，難以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離航標(biāo)的遙測和遙控。應(yīng)用北斗衛(wèi)星通信技術(shù)可以解決這一問題。

1.航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在數(shù)字航標(biāo)建設(shè)要求下，遙測遙控技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，并成為構(gòu)建新一代航標(biāo)管理系統(tǒng)的核心技術(shù)。在航標(biāo)遙測遙控技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著改善航標(biāo)管理效率，提高其公共服務(wù)能力，對于營造一個(gè)安全、高效的海上通航環(huán)境具有重要意義。從目前航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的應(yīng)用情況來看，其主要功能包括航標(biāo)監(jiān)控、工作狀態(tài)報(bào)警、供電設(shè)備自動控制等。采用的自動化檢測技術(shù)主要包括可編程控制器（PLC）、遙控終端（RTU）、蜂窩電話（NMT）、衛(wèi)星通信技術(shù)等。其中，國外數(shù)字航標(biāo)系統(tǒng)的建設(shè)起步較早，在上世紀(jì)90年代就開始構(gòu)建航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)。我國航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的建設(shè)和研究則起步于2000年，目前主要應(yīng)用區(qū)域?yàn)楸狈胶^(qū)。從目前國內(nèi)的航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)應(yīng)用情況來看，仍然存在許多未解決的技術(shù)問題，比如在渤海部分海域存在孤立危險(xiǎn)物燈浮標(biāo)，系統(tǒng)無法依靠傳統(tǒng)通信技術(shù)解決通信問題。為了解決航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)實(shí)際存在的問題，北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用逐漸受到了關(guān)注。

2.北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

有我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)，不僅具有與全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)（GPS）相當(dāng)?shù)亩ㄎ缓蛯?dǎo)航服務(wù)功能，還具有雙向通信功能，采用短報(bào)文進(jìn)行通信，信號可覆蓋全國各地及亞太大部分地區(qū)，解決GPRS信號無覆蓋領(lǐng)域的通信問題。根據(jù)《北海航海保障中心發(fā)展戰(zhàn)略（2013-2020）》，預(yù)計(jì)到2020年時(shí)，可全面建成功能完善、技術(shù)先進(jìn)、布局合理、運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、響應(yīng)及時(shí)的綜合航海保障體系，具備現(xiàn)代化航海保障功能，提供全時(shí)域的綜合保障服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，需要不斷提升航標(biāo)管理維護(hù)效率。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航和通信系統(tǒng)的應(yīng)用，是構(gòu)建層級遞進(jìn)立體式助航網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。我國北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)是分階段演進(jìn)衛(wèi)星系統(tǒng)，定位精確，可提供精密的授時(shí)服務(wù)，通信信號覆蓋范圍廣，可以充分滿足航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的應(yīng)用需求。特別是在解決偏遠(yuǎn)航標(biāo)遠(yuǎn)程測控管理問題方面，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，可促進(jìn)我國航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升。

3.北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1應(yīng)用原理

北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是為了解決遙測遙控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信問題。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與一般遙測遙控系統(tǒng)的原理相同，主要由信息監(jiān)控平臺、遙測遙控終端設(shè)備等部分組成。航標(biāo)遙測遙控終端設(shè)備通過安裝數(shù)據(jù)采集裝置，可以自動獲取航標(biāo)工作狀態(tài)。然后對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，通過通信系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送。在北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用下，則利用北斗衛(wèi)星通信模塊發(fā)送經(jīng)過封裝的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過衛(wèi)星傳輸網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到北斗衛(wèi)星服務(wù)器，由服務(wù)器對受到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼，然后發(fā)送給代理服務(wù)器。經(jīng)過數(shù)據(jù)過濾后，將航標(biāo)信息保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。此外，服務(wù)器會對接收到的航標(biāo)遙測遙控終端設(shè)備返回信息進(jìn)行定期檢測，開展數(shù)據(jù)有效性處理等工作，將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，方便用戶進(jìn)行調(diào)用。在系統(tǒng)使用過程中，用戶可直接登錄Web界面，查詢航標(biāo)終端發(fā)送的遙測遙控?cái)?shù)據(jù)，并發(fā)送遙測遙控指令。由代理服務(wù)器接對待發(fā)送指令進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對其進(jìn)行重新封裝，然后通過指定端口發(fā)送。北斗衛(wèi)星服務(wù)器接收到指令數(shù)據(jù)后，通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給目標(biāo)終端設(shè)備，由終端設(shè)備解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的指令。

3.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，考慮到航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)本身具有較為復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)，需要處理好被動衛(wèi)星通信模塊在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的嵌入方式。航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要包括網(wǎng)絡(luò)平臺、高帶寬接入軟件平臺、包括機(jī)房在內(nèi)的硬件系統(tǒng)等。需要具備的功能包括網(wǎng)絡(luò)管理與服務(wù)功能、服務(wù)器系統(tǒng)功能、應(yīng)用軟件管理功能、數(shù)據(jù)存儲管理功能和自動檢測功能等。因此，在北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用過程中，可采用SAN架構(gòu)模式，組建航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)功能模塊之間的互聯(lián)互通，為通信功能的正常使用提供支持。從RAID存儲數(shù)據(jù)到北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸向來看，主要經(jīng)過北斗衛(wèi)星服務(wù)管理器、報(bào)文組織模塊、虛通道Buf、光纖鏈路接口，達(dá)到北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)。北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)向RAID存儲模塊的信息發(fā)送則為逆過程，其中報(bào)文組織模塊替換為報(bào)文整合模塊，其余不變。在該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)模式下，可以實(shí)現(xiàn)上述通信服務(wù)功能。

3.3通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通信自系統(tǒng)設(shè)計(jì)是北斗衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，其主要是利用北斗衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和航標(biāo)終端之間的交互，實(shí)現(xiàn)信息上傳及指令下達(dá)。在通信網(wǎng)絡(luò)接收航標(biāo)終端信息時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)定義傳輸通信協(xié)議，對信息有效性進(jìn)行驗(yàn)證，在此過程中需要對信息進(jìn)行拆包和組包的操作，確保應(yīng)用程序接收到的信息為完整數(shù)據(jù)包。在監(jiān)控終端下達(dá)指令數(shù)據(jù)時(shí)，也需要通過驗(yàn)證后傳送給航標(biāo)終端設(shè)備。在與應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，系統(tǒng)首先將接收到的信息，存儲在北斗衛(wèi)星服務(wù)器的收發(fā)緩存隊(duì)列中，然后由系統(tǒng)提供程序通信接口。從該接口上傳完整的數(shù)據(jù)信息，被后臺應(yīng)用程序接收，同時(shí)將遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器發(fā)送隊(duì)列，利用北斗通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給航標(biāo)終端。用戶使用過程中，系統(tǒng)提供了Web交互界面接口，用于接收Web程序下發(fā)的終端信息數(shù)據(jù)及終端反饋信息技術(shù)，以可視化的方式呈現(xiàn)在用戶面前，方便用戶進(jìn)行航標(biāo)遠(yuǎn)程管理。

3.4系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

在北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用下，航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的北斗通信模塊負(fù)責(zé)與北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)交換信息數(shù)據(jù)。包括將航標(biāo)終端信從北斗通信系統(tǒng)中提取出來，并將Web接口發(fā)送指令傳送到北斗通信系統(tǒng)的等待隊(duì)列中。在整個(gè)通信過程中，通過北斗通信模塊與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的交互，可順利完成航標(biāo)信息、指令信息的傳遞工作，解決傳統(tǒng)通信模式下信號覆蓋不全面、存在信息孤島等問題。用戶只需要面對Web操作界面和應(yīng)用服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的上傳、下載，即可實(shí)現(xiàn)航標(biāo)遙測遙控等功能。目前北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，通信功能更加完善，將北斗衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)用到航標(biāo)遙測遙控中，可以突破其技術(shù)瓶頸，并為信息數(shù)據(jù)安全提供保障。因此，北斗衛(wèi)星通信技術(shù)是解決原理海岸航標(biāo)智能化管理的關(guān)鍵技術(shù)。

綜上所述，北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有多方面優(yōu)勢，可以解決傳統(tǒng)通信技術(shù)中存在的問題，為通信服務(wù)質(zhì)量提供保障。在我國北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的快速發(fā)展下，其能夠發(fā)揮的價(jià)值也越開越重要，對于推動航標(biāo)遙測遙控技術(shù)升級具有重要意義。

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