卫星通信技术航标遥测遥控系统应用

摘要：

为解决现行航标遥测遥控系统运行使用中的通信问题，实现对离岸较远、移动数据信号无法覆盖区域航标的运行状态进行实时监控，设计基于北斗卫星短报文通信方式架设的航标遥测遥控硬件结构和软件控制系统，提升沿海航标维护管理能力。

关键词：

港口；北斗卫星；航标；遥测遥控

0引言

近年来，随着我国海运规模不断扩大，海上通航安全的重要性日益凸显，对航海保障工作也提出了更高的要求。随着物联网技术的高速发展，航标遥测遥控系统在航标管理维护工作中发挥着重要的作用。目前，北方海区航标遥测遥控系统已在近海海域得到广泛使用，可以实现港域航标的有效管理。这些监测系统多采用GPS（全球定位系统）和GPRS/GSM（通信分组无线服务/蜂窝无线通信）技术实现对航标的精确定位及信息传输，但是受到GPRS信号覆盖范围小的限制，尤其是渤海湾内沿海港口大部分为人工疏浚航道，航槽狭长且离岸距离远，无法实现对远离陆地航标设施的遥测遥控。《北海航海保障中心发展战略（2013—2020）》中明确提出“到2020年，全面建成布局科学合理、功能配套完善、装备先进适用、运转协调规范、应急响应及时、服务可靠高效的综合航海保障体系，基本实现航海保障现代化，形成沿海全时域、多维化的综合保障能力，满足船舶航行安全和经济社会发展需要”的战略目标。因此，进一步提升航标管理维护效率，推进卫星导航应用，构建从远海到近岸层级递进的立体助航网络，成为航标管理单位的重点工作之一。

1航标遥测遥控系统发展现状

航标遥测遥控技术是“数字航标”建设的核心技术之一。航标遥测遥控系统的建设对于转变传统航标管理模式，提高航标管理质量，提升航标社会公共服务能力，都具有十分重要的意义。航标遥测遥控主要应用于航标灯器的监控、供电设备的自动控制和航标工作状态报警等方面。可采用的监测、控制设备包括遥控终端（RTU）、可编程控制器（PLC）等，可实现数据通信的设备包括数传电台、蜂窝电话（NMT）、卫星通信、无线通信和有线电话等。欧美航运大国在20世纪90年代初利用电子和通信技术建立航标遥测遥控系统，为航运业提供了高效服务。我国于2000年开始航标遥测遥控系统的研究工作，目前处于研究的初级阶段，许多技术问题尚未解决，尤其是北方海区渤海湾沿海人工疏浚航道中离岸较远航标遥测遥控数据通信问题成为遥测遥控系统推广使用的瓶颈，例如：天津港25万吨级航道里程22+000以东、黄骅港综合港区20万吨级航道里程20+000以东和渤海湾中部部分孤立危险物灯浮标等，遥测遥控终端无法依靠传统移动通信技术实现数据传输。

2北斗卫星通信技术的应用前景

我国自主研发的北斗卫星通信系统（BeidouNavigationSatelliteSystem）是一个分阶段演进的卫星系统，提供定位、集团用户管理和精密授时服务，不仅可以提供精确定位、导航和授时，还具有双向短报文通信功能，其卫星信号已实现我国全部和亚太大部分地区的无缝覆盖，可以实现GPRS信号覆盖不到区域的数据传输，完全满足航标遥测遥控系统对偏远航标的远程测控管理需求。[1]

3设计原理

利用北斗卫星通信系统实现的航标遥测遥控系统同其他遥测遥控系统设计原理类似，均由航标运行信息监控平台和航标遥测遥控终端组成。终端上安装的信息检测装置可以检测航标灯的工作状况，将采集的终端数据及指令执行结果封装后，通过北斗卫星通信模块发送到北斗卫星网络中，网络将数据转发到北斗MQ服务器，北斗MQ服务器解码信息后将数据发送到MQSocket数据服务器，经过信息过滤，数据被保存到数据库中，数据处理服务器会定期检测收到的航标终端返回信息，并对数据进行有效性处理，再将数据保存到数据库中，以供应用服务器调用整合，并将最终结果展示给终端用户。用户也可通过基于应用服务器提供的Web界面，对指定航标终端发送遥测遥控数据，指令通过数据处理服务器过滤编码后保存于数据库中，MQSocket数据服务器实时监控数据库中待发送指令，发现新的指令后MQSocket数据服务器将遥测遥控数据重新封装，并通过指定端口发送到北斗MQ服务器，北斗MQ服务器将信息转发到北斗卫星通信网络中，数据到达航标终端后，航标终端解码并执行相关指令。[2]

4系统设计方案

4.1系统架构

航标遥测遥控系统具有复杂的系统功能，包含高带宽接入、高性能的软/硬件平台、网络平台和安全可靠机房环境等一系列软硬件措施，涉及网络与系统管理、服务器系统、数据存储体系、应用软件及自动检测与控制等多方面的技术。[3]利用北斗卫星通信技术的航标遥测遥控系统采用SAN架构为核心的互联方式。

4.2通信网关子系统

4.2.1与航标终端数据通信

通过北斗卫星通信网络与航标终端进行交互，接收航标终端上报数据信息，并依据系统定义的数据传输通信协议验证信息有效性（由于可能接收到不完整的信息，必须对信息进行拆包、组包操作，保证传递给应用程序的信息完整可靠），并将监控端下发的各种指令实时传递给航标终端。

4.2.2与应用程序通信

系统在接收针对航标终端的遥测遥控信息时，首先将信息缓存在北斗通信服务器收发缓存队列中，系统提供应用程序的通信接口，通过该接口将航标终端上传的完整信息传递给后台应用程序，并将遥控的相关信息传递到北斗服务器发送队列中，通过北斗网络发送到相应的航标终端。

4.2.3与Web服务程序通信

提供与Web程序人机交互界面接口，可以接收Web程序下发给航标终端的信息和航标终端的反馈信息，并选择相应的通道直观地展示给用户。

4.3系统结构

系统中北斗通信模块主要负责与北斗通信系统进行信息转换，提取北斗通信系统接收的航标终端信息，将Web服务接口发送的遥控指令放入北斗通信系统所对应的通道队列待发送。

5结语

随着北斗二代导航系统进入实际应用阶段，研究和应用基于北斗二代通信技术的航标遥测遥控终端设备将被提到各航标管理单位的计划日程。基于北斗卫星通信的航标遥控遥测单元的设计可以有效丰富航道安全监测信息的传输途径，对于远离海岸航标的智能化管理和信息采集具有重要意义。

作者：吕英龙 王剑 单位：北海航海保障中心天津航标处

参考文献

[1]周立,赵新生,王继刚,等.北斗系统在海上智能交通安全系统中应用研究[J].导航定位学报,2015(6):32-33.

[2]王翔,叶引,彭国均.航海保障事业中对使用北斗卫星导航系统的探索[J].高新技术产业发展,2014(14):17-19.

[3]王万昭,王惠良,和志强.基于北斗导航系统的航标遥控遥测单元设计[J].河北工业科技,2014(3):25-26