遠程遙控遙測技術(shù)在貴梧航道航標管理中的應(yīng)用

劉臨雄

摘要：西江航運干線貴港至梧州Ⅱ級航道工程的航標遠程遙控遙測信息化管理系統(tǒng)從2009年建成投入運行以來，對提高航標的維護質(zhì)量起到了重要的作用。文章通過總結(jié)在遠程航標遙控遙測技術(shù)推廣應(yīng)用方面取得的工作經(jīng)驗，分析存在的問題，提出改進的技術(shù)措施，為航道建設(shè)管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：遙控遙測;技術(shù);航標管理;應(yīng)用

中圖分類號：U644.8 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.053

文章編號：1673-4874（2019）07-0181-03

0引言

近年來，西江航運干線水路運輸快速發(fā)展，水運貨運量多年連續(xù)攀升，從2013年開始，通過長洲水利樞紐斷面的核載量已經(jīng)超過1億t，2017年達到1.56億t，西江航運干線已經(jīng)成為名副其實的黃金水道，其航運安全的重要性不可忽視。航標是船舶航行的眼睛，航標維護管理質(zhì)量與船舶安全航行密切相關(guān)。長期以來，航道部門實行人工定期巡航進行現(xiàn)場檢查的方式對航標進行維護管理，不僅需要投入大量的人力物力，而且一旦航標發(fā)生失常情況很難及時恢復(fù)。因此，提高航標維護質(zhì)量是航道部門亟需解決的問題。積極推廣應(yīng)用航標遠程遙控遙測信息化技術(shù)，利用科技手段及時發(fā)現(xiàn)航標失常情況并進行恢復(fù)，對于提高航標維護質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。

1航標遙控遙測系統(tǒng)建設(shè)及運行情況

西江航運干線貴港至梧州航道航標遙控遙測系統(tǒng)主要由航標（RTU）終端、GPRS無線電通訊網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和綜合監(jiān)控平臺（GIS）四部分組成。

（1）航標（RTU）終端。貴梧航道共建設(shè)航標372座，其中示位標134座，側(cè)面標134座，橋涵標8座，橋柱燈96座。航標（RTU）終端安裝在每一座航標上，自動采集航標GPs定位信息、燈質(zhì)和光照度、太陽能電池及蓄電池的電流電壓等信息，并經(jīng)過處理、存儲、上傳相關(guān)信息。

（2）GPRS無線電通訊網(wǎng)絡(luò)。目前主要利用全球移動通信技術(shù)（GPRS/G9v1）作為信息傳輸通道，將航標終端收集的信息以短信息的方式上傳到綜合監(jiān)控平臺。為了保證航標的定位精度，西江航運干線貴港至梧州段航道建成有貴港、桂平、平南、藤縣、梧州5個全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPs）差分基站，基本滿足航標遙控遙測系統(tǒng)水上浮標定位的差分要求。

（3）服務(wù)器。包括監(jiān)測服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。監(jiān)測服務(wù)器的主要功能是數(shù)據(jù)接收、發(fā)送;數(shù)據(jù)包分析、過濾、容錯;數(shù)據(jù)控制、調(diào)度、故障報警等功能。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是存儲和管理電子航道圖數(shù)據(jù)、RTU采集的航標位置、太陽能電池和蓄電池的電流及電壓數(shù)據(jù)、航標燈工作電流電壓數(shù)據(jù)等。

（4）綜合監(jiān)控平臺（GIS）。主要功能是接收服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)并在計算機上顯示出來，實現(xiàn)了對航標的工作電壓電流、航標燈位置、航標燈工作狀態(tài)的遠程查詢、控制和各報警門限設(shè)置。

2基本原理

航標遠程遙控遙測系統(tǒng)是集現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子航道圖技術(shù)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)、通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體的航標信息維護管理綜合系統(tǒng)。其基本原理是利用數(shù)字航標終端設(shè)備（RTU）采集航標相關(guān)信息，包括航標主電池的工作電壓、太陽能板的充電電流、發(fā)光源的燈絲電流、側(cè)面浮標的位置等信息，通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將信息傳輸?shù)叫畔⒈O(jiān)控中心;信息監(jiān)控中心通過對信息的收集、處理、存儲，在綜合監(jiān)控平臺（GIS）上顯示航標相關(guān)信息;航道局、航道分局及航道站監(jiān)控人員可以實時獲得航標工作狀態(tài)、電源系統(tǒng)和航標地理信息，實現(xiàn)對航標工作狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

3運行情況

西江航運干線貴港至梧州段Ⅱ航道建成開通以后，航標遠程遙控遙測系統(tǒng)開始投入運行，作為航道航標維護工作的重要技術(shù)手段，各項工作有序進行。

（1）日常的運行管理。航標遙控遙測系統(tǒng)由航道局信息中心、各航道分局和各航道站同時使用。各分局和航道站可利用計算機查詢轄區(qū)內(nèi)各航標的實時工作狀態(tài)和航標的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括航標的位置信息、燈器工作情況、蓄電池和太陽能電池的電流電壓等信息，實現(xiàn)提前預(yù)警和實時報警，為基層各航道站開展航標維護管理提供技術(shù)幫助。航道局信息監(jiān)控中心通過綜合監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)對航標的遠程監(jiān)測和遙控，實時查詢航標的工作狀況、相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管理權(quán)限設(shè)置，并對報警信息進行統(tǒng)計分析，為航標的科學(xué)化管理提供技術(shù)支撐。

（2）系統(tǒng)和軟件維護?？萍夹畔⒖贫ㄆ趯綐诉b控遙測系統(tǒng)的軟件、硬件進行維護，為信息監(jiān)控中心的日常運行提供技術(shù)保障，負責(zé)基層監(jiān)控技術(shù)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高監(jiān)控人員的操作技能。

（3）管理制度的建立和完善。為了規(guī)范管理，上級主管部門組織工程技術(shù)人員認真研究，制訂了相關(guān)管理制度，在2011年底出臺了《廣西壯族自治區(qū)航標遙控遙測工作管理規(guī)定（試行）》，為加強航標的維護管理、規(guī)范航標遙控遙測工作提供了制度保障。

4工作成效

（1）提高了航標管理的科學(xué)化水平。航標遠程遙控遙測技術(shù)的推廣應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的航標維護管理模式，將人工巡航現(xiàn)場檢測變?yōu)檫h程遙測監(jiān)控，工作方式從過去的被動檢測轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦闹鲃臃雷o，提高了航標管理科學(xué)化水平。

（2）提高了航標的維護質(zhì)量。通過使用航標遙控遙測系統(tǒng)遠程監(jiān)控，使工作人員對航標管理進行實時監(jiān)控，能及時發(fā)現(xiàn)、處置失常航標，縮短航標失常時間，保障航標經(jīng)常處于正常的工作狀態(tài)，有效提高航標維護正常率，為西江航運的快速發(fā)展提供了良好的航道條件。

（3）提高了航標導(dǎo)航的安全可靠性。航標設(shè)置在水面上，容易受各種天氣的影響。特別是在洪水、大霧、臺風(fēng)等各種惡劣環(huán)境和天氣條件下，助航標志比較容易出現(xiàn)失常情況，而通過系統(tǒng)的實時遠程監(jiān)控，可以實時掌握標志的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常情況能及時響應(yīng)，并采取相應(yīng)的處理措施及時恢復(fù)航標功能。

（4）降低一線工作人員的勞動強度和維護成本。借助航標遠程遙控遙測系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)對航標的遠程監(jiān)控，減少了巡航次數(shù)，巡航周期由過去的每天巡航1次變?yōu)楝F(xiàn)在的每周巡航1次，大大減少了工作人員因檢測航標需要頻繁攀爬上幾米甚至十幾米高的示位標進行高空作業(yè)的次數(shù)。由于巡航次數(shù)減少，燃油消耗也減少了1/2以上，不僅減輕了一線工人的勞動強度，而且減少了燃油消耗，減輕了船機設(shè)備的損耗，降低了二氧化碳的排放。

5存在的問題及原因分析

（1）航標終端（RTU）功能存在不足和短板。由于終端（RTU）安裝在航標上，航標特別是側(cè)面標長期拋設(shè)在水面上，導(dǎo)致終端（RTU）的工作環(huán)境惡劣，其容易受天氣變化影響，且因溫度高濕度大、晝夜溫差變化大，會影響其功能的正常發(fā)揮。由于終端設(shè)計缺陷等方面因素的影響，航標終端（RTU）遙測信息傳輸不穩(wěn)定，會出現(xiàn)偽報警現(xiàn)象，如航標終端（RTU）超時報警、航標船漂移偽報警等。

（2）通訊網(wǎng)絡(luò)不暢通制約功能的發(fā)揮。通訊網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)航標遙控遙測的重要環(huán)節(jié)。但是，根據(jù)目前測試判斷，無論是聯(lián)通還是移動的GPRS/GSM移動信號，均存在盲區(qū)或不穩(wěn)定區(qū)域。由于通訊網(wǎng)絡(luò)的不暢，不僅遙測數(shù)據(jù)無法及時傳輸送回服務(wù)器，而且也會造成指令機數(shù)據(jù)堵塞從而死機，這在一定程度上制約了功能的發(fā)揮。

（3）系統(tǒng)平臺穩(wěn)定性有待提高。在日常運行過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在設(shè)計和應(yīng)用過程中還存在一些問題，主要包括：服務(wù)器容易死機、指令與數(shù)據(jù)擁堵、監(jiān)控平臺刷新不及時等。

6完善航標遠程遙控遙測系統(tǒng)的設(shè)想

6.1建立多功能航標智能系統(tǒng)

拓展感知范圍，提高感知精度。在航標終端配置相應(yīng)功能的傳感探測器，如：航標電器參數(shù)檢測子系統(tǒng)、航標位置檢測子系統(tǒng)、航標碰撞檢測子系統(tǒng)、水流與水深檢測子系統(tǒng)、風(fēng)向與風(fēng)速檢測子系統(tǒng)、能見度檢測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)等7個子系統(tǒng)。

6.2構(gòu)建強有力的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)（見圖1）

6.3重建主機系統(tǒng)

為充分利用計算資源，信息監(jiān)控中心的主機系統(tǒng)可采用虛擬技術(shù)。計算虛擬化就是在虛擬系統(tǒng)和底層硬件之間抽象出CPU和內(nèi)存等，以供虛擬機使用。計算虛擬化技術(shù)需要模擬出一套操作系統(tǒng)的運行環(huán)境，它們相互獨立、互不影響。計算虛擬化可以將主機單個物理核虛擬出多個vcpu，這些vcpu本質(zhì)上就是運行的進程。內(nèi)存相似的，把物理機上面內(nèi)存進行邏輯劃分，劃分出多個段，供不同的虛擬機使用，使每個虛擬機看到的都是自己獨立的一個內(nèi)存。當(dāng)通過底層的虛擬化技術(shù)將底層計算資源抽象過后，就可以在數(shù)據(jù)中心層面形成一個統(tǒng)一的計算資源池，這就是云平臺的計算資源池。當(dāng)池化完成以后，用戶申請使用計算資源時就可以從池中取出一部分資源供用戶使用;當(dāng)用戶退訂資源后，這部分資源又回到池中，供其他用戶使用。

6.4重建存儲系統(tǒng)

服務(wù)器自帶的硬盤存儲空間畢竟有限，信息監(jiān)控中心的存儲系統(tǒng)主要還是依靠網(wǎng)絡(luò)存儲提供?？紤]到貴梧航道業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)庫形式的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)及文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化存儲系統(tǒng)和非結(jié)構(gòu)化存儲系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)化存儲系統(tǒng)主要保存結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，對存儲的性能要求較高（低時延、高lOPS、采用高性能SAS硬盤），可采用高性能FC存儲。圖片、影像、文本等格式的文件屬于非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)相比一般的數(shù)據(jù)庫文件（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)），在對存儲的要求上有很大的不同，可采用IP存儲。

6.5重建安全系統(tǒng)

依據(jù)《網(wǎng)絡(luò)安全法》及國家等級保護相關(guān)標準要求，需要在業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)過程中同步進行安全系統(tǒng)建設(shè)，以保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用和服務(wù)對象，智慧航道應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)按照保密二級標準進行設(shè)計建設(shè)。在技術(shù)層面從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、主機安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全五個層面進行設(shè)計;在管理層面從安全策略及總綱、安全組織機構(gòu)、人員安全管理、系統(tǒng)建設(shè)管理、系統(tǒng)運營管理五個層面進行設(shè)計、建設(shè)。

7結(jié)語

航標遠程遙控遙測技術(shù)自2008年被引進推廣到貴梧航道航標維護管理工作中，實現(xiàn)了航標管理信息化，極大提高了航標管理的技術(shù)水平，填補了廣西的空白。實踐證明，實現(xiàn)水路交通現(xiàn)代化，需要加快信息化、智能化建設(shè)，廣西的水路交通信息化建設(shè)仍需要不斷完善。