南海海區(qū)航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)完善與優(yōu)化

桑凌志， 洪四雄

(1.中國交通通信信息中心， 北京 100011；2.交通運(yùn)輸部南海航海保障中心， 廣州 510235)

航標(biāo)是重要的航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施，對保障船舶航行安全、宣誓國家海域主權(quán)有著極其重要的意義。遙測遙控系統(tǒng)是利用航標(biāo)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量、控制和監(jiān)視的系統(tǒng)，由監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集終端和通信系統(tǒng)組成。[1]遙測遙控系統(tǒng)可使航標(biāo)主管部門遠(yuǎn)程、快捷地確定航標(biāo)故障，發(fā)布航標(biāo)信息[2]，進(jìn)而提高航標(biāo)工作的穩(wěn)定性，提高航標(biāo)管理的效率和效能，降低維護(hù)成本，為船舶航行安全提供可靠的保障。

航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)在美國、日本和加拿大等國均已得到成功應(yīng)用，國際航標(biāo)協(xié)會(The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities, IALA)曾就數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和通信鏈路推薦過技術(shù)討論意見。[3]我國的航標(biāo)遙測監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)在20世紀(jì)90年代中期得到了快速發(fā)展，經(jīng)過前期探索和全面應(yīng)用之后，2010年交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1]對該系統(tǒng)的組成、功能、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則作出了規(guī)定，航標(biāo)遙測遙控開始規(guī)范化發(fā)展，系統(tǒng)品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。

在航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的功能、組成和技術(shù)實(shí)現(xiàn)等規(guī)范化建設(shè)方面，很多學(xué)者對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)控制、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行深入分析，并在上海[4]、煙臺[5]、大連[6]、長江航道[7]和黑龍江[8]等水域進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。例如：李國祥等[9]結(jié)合長江航道數(shù)字化建設(shè)情況，提出系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫互通，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)；陳宏等[10]、高巖松等[11]和李子富等[12]認(rèn)為需豐富系統(tǒng)功能，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，面向需求輸出相關(guān)結(jié)果，為實(shí)際工作提供支持；劉均輝[13]根據(jù)廈門的情況，將無線視頻引入遙測遙控系統(tǒng)；宋成果等[14]等設(shè)計(jì)集成溢油、水文和氣象傳感器的多功能航標(biāo)系統(tǒng)，以提高船舶的安全性。對于航標(biāo)終端本身的可靠性和終端多核系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程升級也有學(xué)者[15-16]進(jìn)行了研究。例如：文獻(xiàn)[17]和文獻(xiàn)[18]針對終端定位精度、浮標(biāo)位置漂移和撞擊分析等關(guān)鍵問題開展研究，取得了相應(yīng)成果。在經(jīng)歷建設(shè)期之后，航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)建設(shè)在2010年得到規(guī)范，但各水域系統(tǒng)因通信和數(shù)據(jù)等標(biāo)準(zhǔn)不同,體現(xiàn)出的問題逐步顯現(xiàn)，系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)入瓶頸，亟需面向業(yè)務(wù)進(jìn)一步完善和優(yōu)化。

南中國海是我國與世界各地聯(lián)系的重要海上通道，在政治、軍事安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等領(lǐng)域具有極其重要的戰(zhàn)略價(jià)值。有效監(jiān)測南海海域航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，面向業(yè)務(wù)需求開發(fā)南海海域航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)，可有效保障南海海域船舶的安全航行，更好地服務(wù)國家南海戰(zhàn)略，促進(jìn)中國和東盟的發(fā)展，助力交通強(qiáng)國建設(shè)，踐行“一帶一路”倡議。本文面向南海海域區(qū)航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、終端在線、監(jiān)測預(yù)警、資產(chǎn)管理和系統(tǒng)平臺等5個(gè)方面的問題進(jìn)行分析，完善系統(tǒng)功能，經(jīng)完善優(yōu)化的系統(tǒng)已經(jīng)在南海海域全面使用并發(fā)揮重要作用。

1 南海海域航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)存在問題

1.1 航標(biāo)運(yùn)行環(huán)境

將南海海域的航標(biāo)運(yùn)行環(huán)境分為工作環(huán)境、電器環(huán)境和無線電通信環(huán)境，對航標(biāo)正常工作的適應(yīng)性需求進(jìn)行分析。

1.1.1工作環(huán)境

由于南海海域緯度相對較低，航標(biāo)燈器的工作溫度較高，夏天甚至可達(dá)70 ℃；同時(shí)，由于燈器工作環(huán)境的相對濕度較高，燈器內(nèi)的相對濕度過大，燈器會出現(xiàn)短路等故障；陽光的光照強(qiáng)弱決定著燈器在夜晚自動開啟光照工作，在白天自動關(guān)閉光照工作。因此，需準(zhǔn)確監(jiān)測環(huán)境溫度、燈器內(nèi)相對濕度和光照強(qiáng)度等外部工作環(huán)境信息。

1.1.2電器環(huán)境

為保證燈器正常工作，需要太陽能板、蓄電池和發(fā)光控制模塊等設(shè)備的支持。因此，航標(biāo)燈器在電器環(huán)境方面，需實(shí)現(xiàn)對燈器工作電壓、電流，太陽能充電電壓、電流，蓄電池放點(diǎn)電壓、電流等參數(shù)的有效監(jiān)測，以幫助判斷燈器、蓄電池和太陽能板等設(shè)備的工作狀態(tài)。

1.1.3無線電通信環(huán)境

南海海域航標(biāo)的布設(shè)水域可分為港區(qū)水域、近岸偏遠(yuǎn)水域、遠(yuǎn)海島礁水域等3種典型水域。絕大部分航標(biāo)分布在港區(qū)水域，公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好，但信號不穩(wěn)定的趨勢日益突顯；部分航標(biāo)布設(shè)在離城區(qū)和港區(qū)偏遠(yuǎn)的近岸水域，這類水域的電信基礎(chǔ)投入不足，基礎(chǔ)公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果較差。我國近年在南海海域的遠(yuǎn)海島礁水域建設(shè)了必要的燈塔等基礎(chǔ)性航海保障設(shè)施，但其沒有基礎(chǔ)公共網(wǎng)絡(luò)條件。因此，需通過航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)建設(shè)，解決全水域航標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測問題；需對必要的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)警，保證航標(biāo)能正常發(fā)揮其助導(dǎo)航功能，進(jìn)而保障航行安全。

1.2 系統(tǒng)主要問題

現(xiàn)階段南海海域的航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)使用廣泛，各管理部門都建立有應(yīng)用系統(tǒng)，但對業(yè)務(wù)的支撐能力嚴(yán)重不足，主要存在以下5個(gè)問題。[19-20]

1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確方面，終端的傳輸數(shù)據(jù)欠缺有效規(guī)范，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得不到保證，導(dǎo)致航標(biāo)遙測數(shù)據(jù)難以被進(jìn)一步準(zhǔn)確利用。

2) 終端在線方面，部分航標(biāo)所在水域無基礎(chǔ)公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋，缺乏有效的無線電通信方式，覆蓋范圍有限。為保證時(shí)效，終端往往選擇與服務(wù)器的長連接通信，但通信數(shù)據(jù)較少，通信基站會關(guān)閉這些閑置連接以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而導(dǎo)致終端掉線。終端會頻繁擠占連接，形成掉線的惡劣循環(huán)。

3) 監(jiān)測預(yù)警方面，現(xiàn)階段的報(bào)警信息是終端通過自主判斷得到的，但終端的計(jì)算能力嚴(yán)重不足，報(bào)警有效性低，導(dǎo)致基層人員難以有效使用系統(tǒng)。

4) 資產(chǎn)管理方面，由于缺少有效的管理方式，維護(hù)人員無法準(zhǔn)確記錄航標(biāo)與終端、終端與SIM(Subscriber Identity Module)卡之間的關(guān)系，不清楚航標(biāo)、終端和SIM卡的具體使用情況。同時(shí)，為保證通信，大量混亂的SIM卡持續(xù)繳費(fèi)，嚴(yán)重浪費(fèi)資源。

5) 系統(tǒng)平臺方面，南海海域開發(fā)了統(tǒng)一的遙測遙控系統(tǒng)，但系統(tǒng)功能單一，且終端接入數(shù)量不足；部分終端廠家提供的系統(tǒng)仍在使用，數(shù)據(jù)無法互聯(lián)互通，信息孤島嚴(yán)重；廠家提供的系統(tǒng)平臺是終端硬件產(chǎn)品的免費(fèi)配套，系統(tǒng)簡單，無法滿足工作需要。因此，系統(tǒng)平臺使用效率極低。

2 系統(tǒng)完善與優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)功能完善

2.1.1海圖平臺功能完善

(1) 海圖平臺展示。在基礎(chǔ)電子海圖平臺上對各類物標(biāo)進(jìn)行直觀展示，包括航標(biāo)展示、管理機(jī)構(gòu)展示、船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)和差分定位系統(tǒng)(Differential Global Positioning System,DGPS)等各類基站的展示。

(2) 海圖標(biāo)繪。需在海圖上對各類航標(biāo)、管理機(jī)構(gòu)和基站進(jìn)行自定義的標(biāo)繪。

2.1.2航標(biāo)運(yùn)行監(jiān)測功能完善

(1) 航標(biāo)、終端和通信號碼綁定。針對使用中的航標(biāo)遙測遙控終端，需實(shí)現(xiàn)航標(biāo)編號、終端編號和通信號碼三者之間的兩兩自動綁定，準(zhǔn)確記錄航標(biāo)、終端和通信號碼的具體使用情況。

(2) 航標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)能讀取航標(biāo)終端上報(bào)的最新航標(biāo)遙測數(shù)據(jù)，并能通過數(shù)字、圖形等形式展示。

(3) 遙測遙控指令發(fā)送和記錄查詢。平臺發(fā)送相應(yīng)遙測或遙控指令，終端及時(shí)應(yīng)答并上報(bào)相應(yīng)數(shù)據(jù)，指令發(fā)送和接收記錄可顯示并查詢。

(4) 后臺監(jiān)測門限設(shè)置。設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警門限，包括航標(biāo)后臺監(jiān)測門限和系統(tǒng)后臺監(jiān)測門限兩部分。

(5) 故障展示與處理。按轄區(qū)顯示記錄存在的航標(biāo)故障情況，通過數(shù)字記錄航標(biāo)未處理故障數(shù)量;提供故障處理通道，便于現(xiàn)場維護(hù)。

(6) 歷史數(shù)據(jù)查詢。按時(shí)間、類別等查詢系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的歷史信息。

(7) 航標(biāo)報(bào)表。利用航標(biāo)狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)生成轄區(qū)內(nèi)航標(biāo)的24 h報(bào)表。

(8) 航標(biāo)碰撞追蹤。根據(jù)航標(biāo)碰撞報(bào)警時(shí)間，利用AIS數(shù)據(jù)搜索途經(jīng)船舶，協(xié)助鎖定肇事船舶。

(9) 廠商準(zhǔn)入管理。只有經(jīng)過測試予以準(zhǔn)入的航標(biāo)廠商燈器才能接入平臺并顯示。

2.1.3業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能完善

(1) 航標(biāo)運(yùn)行歷史狀態(tài)。根據(jù)時(shí)間段查詢航標(biāo)電流、電壓等數(shù)據(jù)，通過圖表顯示航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)。

(2) 遙測遙控終端統(tǒng)計(jì)。對航標(biāo)遙測遙控終端的生產(chǎn)廠家、類型和通信方式等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表和對比表。

(3) 航標(biāo)運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)。既可按照不同的故障名稱進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表，也可按航標(biāo)故障種類、等級和區(qū)域等屬性進(jìn)行熱力圖顯示，幫助分析險(xiǎn)情規(guī)律。

(4) 航標(biāo)故障處置統(tǒng)計(jì)。根據(jù)不同的故障類型對不同部門的故障處理信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表，形成故障分析報(bào)告。

2.2 前端通信方案優(yōu)化

優(yōu)化設(shè)計(jì)南海海域航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)與終端的通信方案，滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、終端在線方面的需求。

2.2.1通信信道

在原通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service,GPRS)的基礎(chǔ)上，增加各類適用的移動公共網(wǎng)絡(luò)(如GPRS、CDMA、3G和4G等)和移動衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以及AIS、北斗衛(wèi)星無線電定位系統(tǒng)(Radio Determination Satelite System, RDSS)等專用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際使用時(shí)需根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)選擇相應(yīng)的終端，保證遙測遙控系統(tǒng)對航標(biāo)監(jiān)測的全面覆蓋。

2.2.2標(biāo)-岸交互方式

原方案的交互方式包括終端主動上報(bào)、服務(wù)器指令下發(fā)兩種，交互簡單，不能滿足實(shí)際需求。新方案將服務(wù)器與終端之間的交互模式重新分為服務(wù)器查詢終端運(yùn)行狀態(tài)信息、服務(wù)器設(shè)置終端運(yùn)行狀態(tài)信息、終端主動上報(bào)運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警信息和終端上傳狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)等4類。由于狀態(tài)參數(shù)又進(jìn)行4個(gè)分級處理，終端上傳狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)有4個(gè)分級，因此實(shí)際交互方式有7種。

2.2.3數(shù)據(jù)分類分級

新方案將交互數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)報(bào)文信息、工作狀態(tài)信息、燈器設(shè)備信息、能源設(shè)備信息、雷達(dá)應(yīng)答器信息、終端報(bào)警信息和工作參數(shù)信息等7類?；A(chǔ)報(bào)文信息包括報(bào)文交互模式、終端信息、數(shù)據(jù)采集時(shí)間和報(bào)文屬性等。其他6類信息按回傳頻次需求，從高到低分為4個(gè)級別，其中：第一級狀態(tài)參數(shù)是需要頻繁上報(bào)的數(shù)據(jù)；第四級狀態(tài)參數(shù)是靜態(tài)信息，僅根據(jù)遙測指令回傳。

2.2.4報(bào)文長度控制

新方案在數(shù)據(jù)分類分級的基礎(chǔ)上對報(bào)文進(jìn)行積木式處理，最大程度地精簡報(bào)文。保證在任何通信方式下，一級狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)都能用一條報(bào)文傳輸；在回傳全部一級、二級和三級非靜態(tài)參數(shù)信息時(shí)，都能用兩條連續(xù)報(bào)文傳輸。

2.2.5數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

新方案在對每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的單位、值域、誤差和比特?cái)?shù)進(jìn)行規(guī)定，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。例如：規(guī)定經(jīng)緯度單位“度”的值域?yàn)?～89，單位為(°)；“分”的值域?yàn)?～599 999，單位為1/600 000°；“電壓”的值域?yàn)?～6 500，單位為0.1 V，數(shù)據(jù)誤差為±0.1 V。解決第1.2節(jié)中的問題1。

2.2.6網(wǎng)絡(luò)通信連接

原方案為保證時(shí)效，選擇TCP(Transmission Control Protocol)長連接通信，實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)連接上的通信數(shù)據(jù)不多，通信基站在必要時(shí)會關(guān)閉這些連接，以提高網(wǎng)絡(luò)利用率，終端會頻繁占用連接，以提高在線率，造成惡劣循環(huán)。新方案在采用移動公共網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，優(yōu)先選擇TCP短連接，充分保障每次標(biāo)—岸通信過程中，信道連接穩(wěn)定有效。解決第1.2節(jié)中的問題2。

2.3 后端終端運(yùn)行故障判斷方法優(yōu)化

將系統(tǒng)后端中終端運(yùn)行故障來源分為終端主動上報(bào)和系統(tǒng)后臺運(yùn)算判斷兩類，分別解決監(jiān)測預(yù)警方面的需求，即解決第1.2節(jié)中的問題3。

1) 由終端主動上報(bào)運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警信息，主要負(fù)責(zé)時(shí)效性要求高的故障，如航標(biāo)碰撞和簡單邏輯判斷可得到的故障，包括燈質(zhì)錯(cuò)誤、白天燈亮、晚上燈滅、發(fā)電機(jī)油位不足和市電停電等。

2) 系統(tǒng)根據(jù)終端狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)的后臺運(yùn)算判斷得到故障，如航標(biāo)移位、終端數(shù)據(jù)丟失、工作環(huán)境異常、各類電壓和電流異常、終端在線率低、終端老化和終端鏈路可靠度低等。

2.3.1基于力學(xué)分析的航標(biāo)位移判斷

對于現(xiàn)階段的航標(biāo)位置判斷，首先設(shè)定航標(biāo)漂移距離閾值l0，然后根據(jù)終端定位芯片位置與航標(biāo)設(shè)計(jì)位置的距離計(jì)算漂移距離l，最后通過比較l0與l的大小進(jìn)行判斷。但是，航標(biāo)漂移距離閾值l0的設(shè)定主要以經(jīng)驗(yàn)為主，水流速大的區(qū)域取150～200 m，水流速小的區(qū)域取50～100 m，沒有準(zhǔn)確的取值依據(jù)。因此，需采用力學(xué)分析的方法準(zhǔn)確估算航標(biāo)的理論最大漂移距離L，將航標(biāo)漂移距離閾值l0的設(shè)定控制在L以內(nèi)，以更好地判斷航標(biāo)的位移情況。

設(shè)浮筒重量為m浮，浮筒半徑為r浮。設(shè)有N節(jié)重量為m0的單環(huán)錨鏈，鏈頭外徑為r2，內(nèi)徑為r1，連接部分長為l，其中不沉底錨鏈有n節(jié)。

單環(huán)錨鏈的浮力力F單為

(1)

浮筒浮力F浮為

(2)

將浮筒與不沉底錨鏈作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，則縱向上的浮力與重力相等,即

F浮+nF單=(m浮+n·m0)g

(3)

將式(1)和式(2)代入式(3)，可得到浮筒沉沒深度h浮為

(4)

第n節(jié)錨鏈需滿足

n=min[(F浮-m浮g)-(i-1)(m浮g-F單)]

i=1,2,…,n

(5)

(F浮-m浮g)-(i-1)(m浮g-F單)≥0，

i=1,2,…,n

(6)

利用式(6)可求得不沉底錨鏈數(shù)量n的值。

設(shè)水流速度為v，則在時(shí)間t內(nèi)水流移動距離為vt。設(shè)第i節(jié)不沉底錨鏈的水平夾角為θi，浮筒受水流作用的縱向投影面積為S=2r浮·h浮，錨鏈?zhǔn)芩髯饔玫目v向投影面積S0為

S0=2l·(r2-r1)·sinθi+π·2r2·2r2sinθi-

π·2r1·2r1sinθi)=2l·(r2-r1)·sinθi+

(7)

根據(jù)動量定理mv=Ft，浮筒與錨鏈所受海水推力F推浮和F推鏈分別為

(8)

(9)

分別對浮筒和第1節(jié)錨鏈進(jìn)行力學(xué)分析，結(jié)果見圖1。

a) 浮筒受力分析

b) 第1節(jié)錨鏈?zhǔn)芰Ψ治?/p>

(10)

由式(10)可得到第1節(jié)錨鏈的水平方向夾角為

(11)

(12)

由式(11)得到第2節(jié)錨鏈的水平方向夾角θ2為

(13)

由式(13)可得第i節(jié)不沉底錨鏈的水平夾角θi為

(14)

最大漂移距離L為N-n節(jié)沉底錨鏈的總長，加上不沉底錨鏈的橫向投影距離之后，可得

(15)

設(shè)定的漂移距離閾值l0應(yīng)滿足l0≤L。

在航標(biāo)的設(shè)計(jì)位置P的基礎(chǔ)上，利用終端實(shí)時(shí)上報(bào)位置Pt，則可計(jì)算得到實(shí)際漂移距離l。通過將實(shí)際漂移距離l與設(shè)定的漂移距離閾值l0相比對，可對航標(biāo)移位進(jìn)行判斷。航標(biāo)移位的后臺判斷流程見圖2。

2.3.2航標(biāo)、終端、卡號的自動識別與綁定

利用終端上報(bào)的位置和航標(biāo)的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行距離比對，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)與終端的自動識別和綁定；在通信方案中設(shè)計(jì)卡號不匹配報(bào)警，實(shí)現(xiàn)終端與卡號之間的自動識別和綁定，以滿足資產(chǎn)管理方面的需求，即解決第1.2節(jié)中的問題4)。

2.3.2.1 航標(biāo)與終端的自動識別與綁定

終端上報(bào)位置后，根據(jù)未綁定航標(biāo)設(shè)計(jì)位置得到終端與設(shè)計(jì)位置的距離，根據(jù)距離實(shí)現(xiàn)后臺對航標(biāo)與終端的自動識別和綁定。具體流程見圖3。

2.3.2.2 終端與卡號自動識別與綁定

利用終端讀取SIM卡號的國際移動用戶識別碼(International Mobile Subscriber Identification Number, IMSI)，若與記錄不一致，則利用短消息發(fā)送卡號不匹配報(bào)警至系統(tǒng)短信平臺，利用短消息識別SIM卡號，實(shí)現(xiàn)終端與卡號自動識別和綁定。具體流程見圖4。

圖4 終端與卡號綁定流程

2.4 系統(tǒng)后端數(shù)據(jù)處理模塊

系統(tǒng)后端數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)接入模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)決策模塊分別處理(見圖5)。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊

1) 數(shù)據(jù)接入模塊根據(jù)外部的航標(biāo)靜態(tài)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和航標(biāo)遙測信息獲得航標(biāo)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2) 根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)情況，數(shù)據(jù)分析模塊對航標(biāo)終端運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

3) 根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合航標(biāo)上報(bào)的預(yù)警信息，數(shù)據(jù)決策模塊對各類狀態(tài)報(bào)警情況進(jìn)行判斷，對外提供航標(biāo)資產(chǎn)管理和動態(tài)維護(hù)方面的決策支持，提供航海保障服務(wù)支持。同時(shí)，數(shù)據(jù)接入模塊和數(shù)據(jù)決策模塊的數(shù)據(jù)構(gòu)成航標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。通過進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)處理模塊，解決第1.2節(jié)中的問題5。

南海海域航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化與完善后，在南海海域全面使用。優(yōu)化之前南海海域內(nèi)最少有6套不同的航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)對約1 200座航標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，使用效率低下。優(yōu)化完善后，實(shí)現(xiàn)了利用1套系統(tǒng)對南海海域89.1%航標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)測，全面覆蓋了中越邊境水域航標(biāo)和西、南沙水域航標(biāo)。

3 結(jié)束語

遙測遙控系統(tǒng)在船舶航行安全保障方面具有重要作用，在《航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》實(shí)施后得到了快速發(fā)展，但因通信、數(shù)據(jù)等標(biāo)準(zhǔn)不同，進(jìn)入了瓶頸期。南海海域的航標(biāo)遙測遙控在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、終端在線、監(jiān)測預(yù)警、資產(chǎn)管理和系統(tǒng)平臺方面存在一定的問題。

本文根據(jù)這些問題和需求，對南海海域航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分析完善。對系統(tǒng)與終端的通信方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和終端在線方面的需求。利用力學(xué)分析的方法，準(zhǔn)確估算航標(biāo)的理論最大漂移距離，幫助控制航標(biāo)漂移距離閾值的設(shè)定值，以更好地判斷航標(biāo)的位移情況。實(shí)現(xiàn)航標(biāo)與終端的自動識別與綁定和終端與卡號之間的自動識別與綁定，以解決資產(chǎn)管理方面的需求。對系統(tǒng)后端數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行優(yōu)化，解決數(shù)據(jù)孤島問題，實(shí)現(xiàn)功能的豐富和統(tǒng)一。優(yōu)化完善后的系統(tǒng)已在南海海域全面使用，建設(shè)覆蓋率達(dá)到89.1%，實(shí)現(xiàn)了對中越邊境水域和西、南沙水域航標(biāo)的全覆蓋，為南海海區(qū)船舶航行提供了可靠的保障。