利用航标运行信息监控系统对航标故障预判

摘 要：由烟台航标处研发的航标智能灯器与运行信息管理系统已在北方海区有很大范围的应用。由于多数航标的工作环境条件复杂，出现故障在所难免，本文通过对实际使用过程中典型故障排除的分析，为航标故障的预判提供更多依据。

关键词：航标运行信息监控系统；航标故障预判

1、前言

航标是保障水上交通安全的重要基础设施，随着科学技术不断进步，航标设备及其管理水平都有较大提高。但与航运业的快速发展相比，仍存在较多的问题。例如，原有航标设备精度低、耗能大、维护周期短、维护费用高、寿命短，相应的管理方式也比较陈旧等，特别是在我国，直至本世纪初，航标旋转灯器还一直完全依靠进口，制约了我国航标技术的进步。

十一五期间，交通部海事局确定了围绕“保障水上交通安全”中心任务，以“数字航标”建设为核心的指导思想和发展理念，提出要确保十一五末水上交通安全监管的主要指标达到中等发达国家水平。2005年，交通部海事局在总结多个航标遥测遥控系统建设经验的基础上，颁布了《海区航标遥测遥控系统技术规范》，进一步明确了航标遥测遥控系统所应达到的基本技术要求，推动了全国航标技术的快速进步。

为了贯彻中央“建设创新型国家”的战略决策，实现交通部海事局提出的具体目标，天津海事局坚定地实施“科技兴局”战略，将航标智能化建设的科研任务下达给烟台航标处，要求对现有航标灯器及附属设备进行升级改进，同时研制新型航标智能灯器，并开发航标运行信息管理系统，实现航标灯器的网络化管理。

近年来，由天津海事局烟台航标处自主研发成功的航标智能灯器与运行信息管理系统在北方海区多个航标管理单位得以推广应用，并取得了良好的效果。通过该系统，管理人员可以随时、随地用手机或计算机掌握辖区任何航标灯器的工作情况和技术状态，全面提高航标运行管理水平。系统运行稳定可靠。

航标绝大多数运行于户外海上环境，所处条件变化剧烈，电子设备出现故障的几率增加。而其工作性质决定在故障之后应尽快得以维修，基本维修工作是在海上进行。海上作业条件复杂，受交通及气象影响大，应尽量争取一次维修成功。而通过对航标运行信息监控系统中航标实时数据的分析，可以提高对航标故障原因判断的准确度，从而达到有的放矢，提高工作效率。

2、航标智能灯器与运行信息管理系统简介

2.1航标智能灯器与运行信息管理系统的构架

设备进行管理，而C/S平台则在B/S平台的功能基础上，增加了电子海图功能，用户在终端PC上操作GIS地图和数据，系统自动通过服务器访问数据库航标智能灯器与运行信息管理系统用无线通信、单片机、控制、计算机网络、数据库、机械设计、光学、3G（GSM+GIS+GPS）等相关技术，研制了多种航标智能灯器，并开发了航标运行信息管理系统软件，实现了一种实用、可靠、先进的智能化、网络化航标管理模式，代替传统的人工来管理模式。通过该系统，管理人员可以随时、随地用手机或计算机掌握辖区任何航标灯器的工作情况和技术状态，全面提高航标运行管理水平。

整个系统包括两大部分，即前端航标灯器和运行信息管理系统。前端航标灯器又涉及到现有灯器及相关设备的升级改进和研制新型灯器设备两方面内容，重点研究高透光率的平板菲涅尔透镜，结构简单、稳定可靠的旋转系统和大电流灯泡的换泡技术，以及灯器的智能控制和数字通信技术，形成符合网络化管理的智能化灯器，对于老旧灯器则采用智能化控制器进行智能化改造；为满足专业化和便捷化两方面的要求，航标运行信息管理系统软件由B/S和C/S双构架管理平台组成，其中B/S平台不受地域限制，管理人员只需要输入登录密码，即可随时随地地对前端，可以动态刷新授权范围内的航标设备、执行基本的GIS功能，包括放大、缩小、拖动、漫游、全图查看、测距、比例尺等。同时具有丰富的配色方案，并支持简要显示和详细内容两种显示模式，以及航标移动轨迹历史回放、航标历史位置点状平面图。整个系统的结构框架如图1所示：

2.2航标运行信息监控系统的通信协议设计

航标运行信息管理系统采用B/S和C/S双构架管理模式，其中B/S平台不受地域限制，管理人员只需要输入登录密码，即可随时随地地对前端设备进行管理，而C/S平台则在B/S平台的功能基础上，增加了电子海图功能，用户在终端PC上操作GIS地图和数据，系统自动通过服务器访问数据库，可以动态刷新授权范围内的航标设备、执行基本的GIS功能，包括放大、缩小、拖动、漫游、全图查看、测距、比例尺等。同时具有丰富的配色方案，并支持简要显示和详细内容两种显示模式，当鼠标在简要模式单击航标图标时，显示航标简要信息。航标移动轨迹历史回放、航标历史位置点状平面图。

2.2.1基于GSM/GPRS无线通信技术的开放式通信协议 GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）具有国际化的网络标准、国内网络覆盖宽广、网络质量稳定、漫游广泛的特点与优势，而GPRS（ General Packet Radio Service）是现有GSM系统基础上发展出来的一种新型通用分组无线业务，将移动通信和数据网络合二为一，通过升级GSM网络即在GSM网络基础上增加三个新的网络实体来实现，因此也可称为GSM/GPRS网络。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一个无线信道又可以由多个用户共享，实现资源有效的利用，从而实现高速率数据传输。GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以实现与IP网、X2.5网互联互通。GPRS具有全双工运作、间隙收发、“永远在线”、只有在收发数据才占有系统资源、能够快速建立接入、可同时提供GSM和GPRS的业务、可使用IP协议连接到外部数据网、以数据传输量计费等特点。由于GPRS的核心层采用IP技术，底层可使用多种传输技术，这使得它较易实现端到端的、广域的无线IP连接，以实现某种特定功能。

2.2.2基于GIS电子海图及航标信息可视化显示技术

本系统采用基于GIS电子海图及航标信息可视化显示技术，用户在终端PC上操作GIS地图和数据，系统自动通过服务器访问数据库，可以动态刷新授权范围内的航标设备、执行基本的GIS功能，包括放大、缩小、拖动、漫游、全图查看、测距、比例尺等。同时具有丰富的配色方案，并支持简要显示和详细内容两种显示模式，当鼠标在简要模式单击航标图标时，显示航标简要信息。具有航标移动轨迹历史回放、航标历史位置点状平面图显示功能。电子海图格式支持S-57，显示支持S-52格式，采用部局认可的开发控件二次开发，完全符合部级标准，为使用者提供了良好人机界面，并为系统的功能集成提供了良好平台，为后续功能开发升级预留了空间。

3常见故障判断及排除

3.1供电系统故障

3.1.1太阳能板故障

如下图所示是航标运行监控系统中龙口港106#于2011年4月3日至4日的故障报警，特点是每天至深夜电压降至最低点，两天均为0时许发出电压越界报警。

通过查看详细通信记录，可发现其中规律，如图4。该灯器夜间电压降至6.70V左右，早上7时开始逐渐升高，至中午12时许最高点也远达不到12V的正常工作电压。因为仍可以正常通信，且有灯光开关转换记录，可推知该灯器本身没有出现故障。白天电压升高，但始终达不到正常工作电压。灯器夜间无光照时通过电瓶电池供电，白天则依靠太阳能充电，由此可以初步判断，该浮标太阳能系统出现故障，无法正常充电。实际出海作业检修，确为太阳能板电路腐蚀，经过更换，故障排除。

3.1.2电瓶故障

如下图是潍坊港1#冰标于2011年3月36日的部分通讯记录：

由图可见该灯器同样有开关灯转换以及正常通讯记录，可知灯器本身并没有故障，不同于上一例，该灯器故障特征为白天电压正常，夜间电压仅6V左右，且早晨5：44电压6.30V，6：01时电压即达到9.38V，至6：10时已经是11.48V的正常工作电压范围。由此可以推知该设备太阳能系统工作正常，应为电瓶设备出现问题，光照情况下无法充电，导致夜间电压过低。在出海作业中携带了电瓶，重量35Kg，平时不易携带，更换后设备工作正常。

3.2通信系统故障

3.2.1天线维护中未安放到位

如下图所示是烟台山灯塔的一次异常报警情况，短时间内灯器出现多次不同的异常，这种情况及其罕见。而经过调查，该灯器上午刚刚经过维护。到现场去观察发现，维护时灯器控制箱顶端的GSM天线没有架设到位，放倒在控制箱内，当天线重新假设好之后，查询状态正常。类似问题曾发生于辖区AIS基站，天线维护后未安装好，导致基站通讯失常。在航标维修保养过程中应尽量避免此类人为故障。

3.2.2天线受干扰

下图所示为华能电厂堤头灯桩偏移报警：

灯桩位于岸上，不可能发生位移现象。同时灯桩位于移动信号覆盖范围，没有信号问题，此类故障也十分罕见。经现场调查，灯器顶端有明显碰撞痕迹，估计为周边施工项目造成，灯器内部GSM天线松动，在固定后，异常排除。部分灯器顶端金属顶标过近，也曾出现干扰GPS定位导致的误报位置偏移情况，只要适当调高距离，故障即可排除。

4、总结

航标工作的性质要求故障率尽量低，在出现故障的情况下尽快排除。而航标运行信息监控系统经实际应用证明灯器设备稳定可靠，误报率极低，而多数故障通过对报警信息的分析就可初步得到故障原因，多加总结有利于提高工作效率。对该系统应用提出以下几点建议：

1、加强对系统应用的学习及理解，熟练掌握，有利于一线工作开展

2、善于分析，多数故障有据可循，若找到规律，可做到有目的养护，提高工作效率

3、严抓细节，避免带电插拔，灯器质量稳定，多数故障来源于线头腐蚀等细节问题，严把质量关，完全可以避免

4、加强科研，不断完善系统，设备使用过程中存在部分沉船标等设备距离移动基站过远，信号弱等情况，现烟台航标处已加紧研发，采取多种通讯方式并用，如利用北斗通讯，完善系统.

参考文献：

[1]中华人民共和国航标条例.

[2]航标运行信息监控系统常用灯器操作简明手册.

[3]海区航标遥测遥控系统技术规范.