探秘海洋地震观测台站无线通讯建设

20世纪80年代以来，海洋观测发展呈现“多元化、立体化、实时化”趋势，很多国际海洋观测台站，如英国爱尔兰海区域、美国卡罗来纳州海区和加拿大维多利亚海底实验观测网等，纷纷通过海洋观测系统把多元化、立体化的实时测量数据与海洋物理、生态和生物化学模式紧密结合，实现了海洋环境的可预报性，在关键海域发挥了重要作用。

在我国，海域面积多达数百万平方公里，但海域地震、海底地质观测、海文海况等领域的研究一直较为薄弱。为了提高海洋科学研究能力，相关部门须大力提高海洋科学观测台站的建设力度，而在此过程中如何保障海洋科学观测台站的通讯畅通，是产业界急需解决的技术难题。

目前，海洋科学观测台站主要分为海岛观测台站、海洋活结桩式观测台站。这两种海洋观测台站大多采用两类通讯方式：一类是卫星传输，另一类是GPRS/CDMA传输，其各有优缺点，且适用环境大相径庭。

卫星传输

基站式卫星传输方式适用于建设在海岛上的海洋科学观测台站，以上海市地震局佘山岛地震观测台为例：佘山岛位于长江口以东的东海海域，由于天气、距离和海洋等原因，在中国移动与中国联通未在岛上设立信号发射塔前，佘山岛台主要采用卫星传输的方式实时传输地震数据。在数据的发送和接收端，均使用一个4口的串口服务器，采用网络口收发的方式。

卫星传输系统拓扑图

在这种“卫星站-卫星站，网络口-网络口”模式中，佘山岛卫星小站端口设置为TCP/IP模式，网络口与串口服务器网络口输出相连；使用上海市地震局现有卫星小站作为数据接收端，也将网络口串连服务器的网络口；佘山岛卫星站的串口服务器和上海局卫星站的串口服务器进行“呼叫”，通过TCP/IP协议3次“握手”后建立虚连接，开始进行数据传输。

基站式卫星传输方式的优越性主要体现在二方面：一方面，数据链路和数据传输稳定，基站式卫星传输采用锅盖式卫星信号接收器，保证了链路稳定（不中断）、数据传输可靠（无丢数）的良好效果，非常适用科学观测数据实时的传输，实际使用基站式卫星传输的观测台站数据运行率达到了99%。另一方面，具有对数据传输和传输链路状态进行监控的功能。卫星的数据传输分两个步骤：搭建链路和传输数据，其中搭建链路是数据传输的前提条件。串口服务器通过VSAT网络口进行双方通信，其呼叫建链能力相比常规同步或异步端口更加稳定可靠。通过登陆串口服务器，可以对其进行设置和操作，具体功能有：配置服务器基本参数、设置各端口工作模式和参数，观察链路的状态、数据流量的统计、对设备进行远端配置和复位等。

然而，由于使用直径1.5M的锅盖式卫星信号接收器需要开阔地进行安装，同时基站式卫星传输设备实际工作功耗高达150W，因此基站式卫星传输方式只能适用于有市电接入或自备发电机组的海岛型海洋观测台站。

上海市地震局建设的海底深井式地震观测台站，即活结桩式观测台站，曾尝试在传输方面采用便携式卫星传输地震数据，但由于观测台站采用太阳能和风能供电模式，而卫星传输系统功耗过大――正常工作时30W，搜索卫星时达到45W左右――因此卫星传输系统不适用于无电源保障的海洋监测台站。

按照相关规定，投放于外海的微型平台必须配备航标设备，可以采用航标灯与北斗卫星相结合的方式，采用低功耗低传输速率的模式传输海洋观测台站的经纬度和电源参数。在实际测试中，北斗卫星低速率传输模式工作功耗为8W，可以适用于利用太阳能和风能供电的海洋观测台站信息监控。

CDMA/GPRS传输方式

对于位于近海海域的非海岛型海洋观测台站，CDMA/GPRS传输方式是比较好的选择，具有便于携带安装、低功耗、高稳定性等优点。

CDMA 1X原意是指CDMA 2000的第一阶段，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务；CDMA 1X是在CDMA IS95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务；CDMA 1X理论传输速率可达300 kbps，目前的实际传输速率大约在100 kbps左右，可以用于Internet连接、数据传输等应用。

GPRS即通用分组无线服务技术，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS以封包（Packet）式来传输，传输速率可提升至56甚至114Kbps。

在目前的实际工作中，可以采用多种CDMA/GPRS连接方式进行数据传输。

VPN连接方式：系统传输基于TCP/IP协议，整个无线传输系统由台站无线路由器、CDMA网络平台、中心VPN路由器、中心设备管理系统组成。台站无线路由器通过CDMA＼GPRS网络平台与中心VPN路由器建立L2TP连接，使台站子网成为观测单位所在局域网的一部分，台网中心各种专业服务器可以以访问IP地址的方式直接访问到各台站设备。该种传输方式主要可以用来传输海洋科学观测台站输出的网络数据流。

直拨式连接方式：采用CDMA/GPRS无线路由器直接通过拨号的方式经过观测单位的网络防火墙直接发送至CDMA/GPRS接收设备。

CDMA/GPRS传输方式具有诸多优越性：首先是其无线路由器功耗极低，实测工作时功耗为4W左右，适用于无电源保障的海洋监测台站；其次，伴随中国电信和中国移动加大信号基站的建设，CDMA/GPRS信号覆盖范围加大，信号强度得到提高，有利于近海海域观测台站的建设；最后要强调的是，CDMA/GPRS数据链路连接稳定，根据实际运行使用CDMA/GPRS作为传输链路的台站，系统运行率可以达到98%。

综上所述，基站式卫星传输方式适用于有电源保障、同时可以提供安装锅盖式卫星接收器场地的海岛型海洋观测台站，而CDMA/GPRS传输方式则适用于无电源保障或者无场地提供的海洋观测台站，同时可以使用海事卫星或者北斗卫星传输方式传输台站状态参数。除此之外，未来3G、4G技术的发展，亦为海洋观测台站的通讯方式提供了新的思路和研究方向。