淺談700M 5G 技術(shù)在多功能航標(biāo)上的應(yīng)用

張志江 程萬慶 徐 明

（交通運輸部東海航海保障中心寧波航標(biāo)處，浙江寧波 315470）

0 引 言

航標(biāo)是船舶在近海航行過程中較為重要的助航設(shè)備,對過往船舶起著良好的導(dǎo)向作用。近年來,由于中國港航業(yè)的迅速發(fā)展,中國沿海海域航標(biāo)配布量也日益增加,截至2021年底,寧波舟山港海域共有1 500 余座航標(biāo)，部分海域已經(jīng)配備了多功能航標(biāo)。該類航標(biāo)除具有傳統(tǒng)導(dǎo)航功能外，還具備了水文、氣象、CCTV 監(jiān)控等信息采集功能，發(fā)揮著良好的效能，但是在數(shù)據(jù)傳輸中,存在傳輸速度慢、網(wǎng)絡(luò)延遲等問題。目前，我國的5G 工程正在如火如荼建設(shè)中,因為700 M 波段具備了覆蓋面寬、衍射能力強、覆蓋范圍廣、信號更穩(wěn)的優(yōu)勢，所以700M 5G 技術(shù)也在全國范圍內(nèi)各行各業(yè)已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用中。依托該技術(shù)的良好性能，如果在部分重點海域部署使用,應(yīng)用到多功能航標(biāo)中，可以解決多功能航標(biāo)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)問題。本文將著重對700M 5G 技術(shù)在多功能航標(biāo)上的運用進行研究,以增強航標(biāo)助導(dǎo)航的多樣化,提高在大航海時代的航海保障能力。

1 700M 5G 技術(shù)的優(yōu)勢

700M 5G 頻率也被稱之為中國發(fā)展移動通信領(lǐng)域的黃金頻率,由于其具有空間傳輸損失較少、穿透能力強、覆蓋距離遠(yuǎn)的特點和能力，它作為新一代移動通信技術(shù)，滿足各種應(yīng)用場景的需求。

1.1 覆蓋效果好

電磁波在空氣中是以正弦曲線的形態(tài)進行傳輸,根據(jù)公式:C=λf,C 是遙感技術(shù),λ 是波段,f 是頻譜,因為遙感技術(shù)速度恒定,所以波段與頻譜是成反比的,即波段越長,頻譜越低，反之亦然，即波段越短越趨向于以垂直傳遞,在不同環(huán)境中的傳輸損耗就越大,折射與繞射力量也差,波段愈短則透過力量越差。在同樣的范圍內(nèi),700M 5G 的信號強度都要比其他頻段的信號強度高;在不同區(qū)域內(nèi),700M 覆蓋高度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他5G 頻段,所以在比較遼闊繁忙的航道,優(yōu)越性也是相當(dāng)突出的。

1.2 頻率低

在移動通信中,假如在不同的時間發(fā)出了同樣的訊號,從接收端得到的信息卻不一樣,這個時間變性在移動通信系統(tǒng)中的最具體反映一點,便是多普勒頻移?！鱢=(v/λ)cosθ,這里的θ 為相應(yīng)于運動頻率方位與信號到達(dá)方位的夾角。由上式中可發(fā)現(xiàn),△f(多普勒頻偏)與v(相對運動頻率)成正比;△f(多普勒頻偏)與λ(長度)也成反相關(guān),所以,假如運動速率一樣,則長度較小,頻偏大。而由于700M 的波段相對時間更長如果移動速率也一樣,且入射角度相等則多普勒頻偏更小,因此高速移動的時候穩(wěn)定性更佳,而700M 5G 頻率的多普勒頻偏會大大低于其他運營商的5G 頻率,因此有利于高速、繁忙地點的基站部署,像寧波舟山港蝦峙門航道。

1.3 繞射能力強

障礙物對電磁波的干擾是從波段作為時間單元判斷的,相同物理距離的障礙物,若訊號頻段越低,其波段較長則易于繞射過去,而波段越短的高頻則會輕易被反彈回去。700M 5G 頻率波段,由于它具有較長的波段所以具備強大的繞射力。

2 多功能航標(biāo)簡介

一般導(dǎo)助航標(biāo)志具有傳統(tǒng)的助航作用,如標(biāo)示航道方向、界限、礙航物等的作用,而隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和航海用戶需求的提高，航海保障服務(wù)趨向具象化、全面的要求，實現(xiàn)航標(biāo)功能多樣化,已成為現(xiàn)代航海事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

目前，在寧波舟山港區(qū)海域,部分傳統(tǒng)航標(biāo)在原來導(dǎo)助航的基礎(chǔ)上,增設(shè)能見度檢測、風(fēng)速方向檢測、表面流檢測和CCTV視頻監(jiān)控等多個功能系統(tǒng),可以獲取轄區(qū)海域航運、氣象、水文等數(shù)據(jù),并通過網(wǎng)絡(luò)傳送至岸基數(shù)據(jù)管理中心,經(jīng)處理計算后轉(zhuǎn)送給港口航道等有關(guān)管理部門和企業(yè),成為監(jiān)管部門和企業(yè)運轉(zhuǎn)的工作依據(jù)。讓航行者等用戶獲取更安全、有效助航服務(wù),成為航標(biāo)管理部門的一項工作重點。

3 部分多功能航標(biāo)工作原理

簡單來說，多功能航標(biāo)就是在原來傳統(tǒng)航標(biāo)的基礎(chǔ)上，增加一些數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備，在保證原有導(dǎo)助航效能的基礎(chǔ)上，對其他數(shù)據(jù)進行采集。水文等要素采集的功能,主要是由流速儀、測深儀等設(shè)備,通過串口和終端通訊來完成。利用這種串口,終端就能夠接收到由流速儀和測深儀等設(shè)備量測到的實時數(shù)值,數(shù)據(jù)包含:采集日期、溫度、流量和水深等。然后終端再利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù),按規(guī)定的協(xié)議打包后發(fā)優(yōu)勢返回監(jiān)測平臺,由監(jiān)測平臺對接收的數(shù)據(jù)包進行分解并智能管理,可以把某點或多點的流量和水深,按公式或某測定的資料模型轉(zhuǎn)化成某截面流速和某點水位,在平臺終端上真實、動態(tài)、直觀地表現(xiàn)出來,并按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式保存在數(shù)據(jù)庫中方便日后檢索。

4 700M 5G 技術(shù)多功能航標(biāo)上的應(yīng)用實例

2021 年12 月，寧波航標(biāo)處在位于寧波舟山港蝦峙門航道的“蝦峙門燈船”上成功安裝了一組具備700 MHz 頻率的5G 通信終端、視頻監(jiān)控、氣象等六要素等設(shè)備，實時通過5G 網(wǎng)絡(luò)將燈船周邊海域通航以及氣象、能見度等情況傳輸?shù)綄幉ê綐?biāo)處的接收設(shè)備上。此項應(yīng)用案例，利用700M 5G 的超遠(yuǎn)傳輸、超大范圍覆蓋、超低時延性能等獨有資源，實現(xiàn)了基站覆蓋范圍60 km 的高清視頻傳輸。寧波舟山港海域現(xiàn)代海上通信技術(shù)與航標(biāo)非傳統(tǒng)領(lǐng)域的結(jié)合，解決轄區(qū)偏遠(yuǎn)海域因處在網(wǎng)絡(luò)信號空白區(qū)而存在的航道、船舶、島礁、海洋環(huán)境等狀況實時感知、監(jiān)控難問題的5G+多功能航標(biāo)建設(shè)上取得實質(zhì)性進展。

5 應(yīng)用結(jié)論

700M 5G 技術(shù)在傳統(tǒng)多用途航行標(biāo)志上的運用是一個有益的嘗試和創(chuàng)新的突破,針對不同海域的不同狀況和不同要求專門設(shè)計,進一步掌握目標(biāo)海域水文氣象狀況等數(shù)據(jù)確保通航安全。雖然目前700M 5G 技術(shù)在多功能航標(biāo)上的應(yīng)用還處在小規(guī)模實驗階段,但700M 5G 技術(shù)在多功能航標(biāo)上應(yīng)用效果明顯，解決了傳輸速度慢、網(wǎng)絡(luò)延遲等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問題。

隨著“陸?？仗臁币惑w化水上交通運輸安全保障體系和全要素水上“大交管”建設(shè)目標(biāo)任務(wù)的逐步實現(xiàn)，我們相信運用700M 5G 技術(shù)等新一代信息技術(shù)，在航標(biāo)上逐步增加感知設(shè)備以及信息發(fā)送設(shè)備，拓廣智能航海保障應(yīng)用，探索建立集采集與分析航標(biāo)基礎(chǔ)信息、水位氣象、交通流量等要素于一體的智慧航標(biāo)（航道）管理平臺，可以促進海上民生領(lǐng)域數(shù)字化和智能化。