航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳 宏1彭國均2

1．福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福州 350007 2．集美大學(xué)航海學(xué)院 廈門 361021

航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳 宏1彭國均2

1．福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福州 350007 2．集美大學(xué)航海學(xué)院 廈門 361021

介紹航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的總體架構(gòu)及功能組成，系統(tǒng)由燈器數(shù)據(jù)采集終端、GSM公網(wǎng)通信、監(jiān)控中心、監(jiān)控客戶端等組成，該系統(tǒng)可使航標(biāo)信息按指定格式集中匯總在該航標(biāo)中心的數(shù)據(jù)庫中，并自動生成航標(biāo)管理部門及主管部門所需的各類報表及資料，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送至指定地點或進(jìn)行打印輸出，使航運主管部門及時掌握航運信息，避免事故發(fā)生。

航標(biāo) 遙測遙控 電子海圖

航標(biāo)系統(tǒng)是海上交通安全保障體系的重要組成部分。對航標(biāo)的有效監(jiān)控和管理，確保航標(biāo)信息的準(zhǔn)確性，為滿足船舶安全航行需求提供更好的服務(wù)是非常重要的。對福建沿海港口進(jìn)行的海上交通研究表明，由于船舶未能及時、準(zhǔn)確獲取航標(biāo)信息而造成的海上交通事故常有發(fā)生。航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)正是為了滿足海事管理部門對航標(biāo)監(jiān)控管理的需要而建立起來的一個現(xiàn)代化的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)。

本文研究的航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)是集全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、全球數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)（GSM）、電子海圖信息與顯示系統(tǒng)（ECDIS）和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的綜合性高科技應(yīng)用系統(tǒng)，它實現(xiàn)了航標(biāo)實時監(jiān)控管理和航標(biāo)信息的發(fā)布，使船舶及涉海部門及時、準(zhǔn)確、方便獲取航標(biāo)信息，為進(jìn)出海域的船舶保駕護(hù)航。

1 總體設(shè)計

系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

1．1 工作原理

系統(tǒng)的工作原理就是通過安裝在航標(biāo)上的數(shù)據(jù)采集器（監(jiān)控終端）采集航標(biāo)工作參數(shù)，并利用GPS獲得航標(biāo)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，再通過公網(wǎng)GSM通信模塊，按照設(shè)定傳輸方式將航標(biāo)工作參數(shù)、航標(biāo)位置等數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶綐?biāo)管理部門的監(jiān)控中心（中心站），監(jiān)控中心由高性能計算機、收發(fā)設(shè)備、GPS后差分處理器以及滿足IHO-S57標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖平臺組成，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)航標(biāo)數(shù)據(jù)的處理、存儲及分發(fā)至具體管理者，管理者通過客戶端軟件對航標(biāo)實現(xiàn)遠(yuǎn)程的遙測遙控工作。燈器監(jiān)控終端負(fù)責(zé)檢測航標(biāo)工作狀態(tài)、采集、存儲數(shù)據(jù)；按定時指令，將存儲數(shù)據(jù)傳給中心站；遇到特殊狀態(tài)，或燈標(biāo)運行到報警值時，將即時采集數(shù)據(jù)傳遞給中心站，實現(xiàn)報警或預(yù)報警。

系統(tǒng)應(yīng)用GSM（SMS／GPRS通訊網(wǎng)）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式，GSM傳輸使用短消息傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單，具有通信成本低、保密性能好、抗干擾能力強等優(yōu)點，它利用信令信道傳輸，不用撥號建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心在發(fā)給最終的信宿。

1．2 系統(tǒng)功能

監(jiān)控中心的服務(wù)器是由電子海圖操作和控制終端組成，電子海圖操作部分負(fù)責(zé)存儲電子海圖數(shù)據(jù)、航標(biāo)數(shù)據(jù)、分發(fā)海圖資源、并監(jiān)控用戶海圖作業(yè)、實時顯示船舶、航標(biāo)的當(dāng)前位置和軌跡等功能，控制終端部分負(fù)責(zé)定時、定序接收終端站傳回數(shù)據(jù)；向終端發(fā)送監(jiān)控查詢指令，并接收返回指令；進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄評估、顯示終端工作狀態(tài)及查詢結(jié)果，并存儲各項數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)庫；遇有報警或預(yù)報警，優(yōu)先接收，并啟動告警指示，或采取相應(yīng)措施。

客戶端則也是由電子海圖操作和控制終端組成，電子海圖操作部分包括向服務(wù)器請求海圖數(shù)據(jù)、顯示和操作海圖、實時顯示船舶、航標(biāo)的當(dāng)前位置和軌跡等功能。

控制終端部分接收中心站送來的航標(biāo)狀態(tài)及數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時監(jiān)控；隨時調(diào)閱中心站各種相關(guān)信息，并發(fā)出有關(guān)指令。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件采用C／S結(jié)構(gòu)，由6個基本功能模塊組成，見圖2。

圖2 系統(tǒng)基本功能組成

2．1 航標(biāo)信息GIS平臺

該平臺面向航標(biāo)信息綜合管理，其主要功能包括海圖數(shù)據(jù)訪問控制、海圖顯示、航標(biāo)層管理、輸入／輸出接口等。海圖數(shù)據(jù)訪問是針對S57標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)格式，采用國際流行的導(dǎo)入操作（即插即用）方式［1］。任何存在于海圖目錄中的S57電子海圖可以被平臺調(diào)用并顯示。海圖顯示模式為單圖和自動多圖拼接，可進(jìn)行海圖的放大與縮小、海圖的漫游、海圖分層顯示及海圖信息查詢等。海圖的放大與縮小采用給定中心點比例尺放大、拉框放大、任意點放大。海圖漫游以國際流形的鼠標(biāo)左鍵單擊方式實現(xiàn)任意位置的漫游及窗口的上下左右平移。海圖分層顯示可由用戶選擇所要顯示的層，包括基礎(chǔ)顯示、標(biāo)準(zhǔn)顯示、全部顯示及自定義顯示。海圖信息查詢采用樹（分類顯示所有物標(biāo)）和列表（某一物標(biāo)的所有屬性）的組合方式顯示給定位置點的物標(biāo)信息，點、線和面、水深用不同的圖標(biāo)表示［2］。

平臺集成的輸入／輸出接口包括航標(biāo)遙測遙控接口、AIS接口，航標(biāo)遙測遙控接口實現(xiàn)接收航標(biāo)遙測遙控子系統(tǒng)傳來的所有有關(guān)航標(biāo)的信息，并根據(jù)需要發(fā)送控制信息。AIS接口，掛接AIS設(shè)備，使系統(tǒng)能通過AIS設(shè)備向船舶發(fā)布有關(guān)航標(biāo)的信息及接收AIS航標(biāo)信息。

2．2 航標(biāo)數(shù)據(jù)管理

航標(biāo)數(shù)據(jù)管理是系統(tǒng)的重要組成部分，航標(biāo)數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)航標(biāo)監(jiān)控、航標(biāo)查詢檢索、航標(biāo)編輯及圖層輸出等，航標(biāo)監(jiān)控通過遙測遙控子系統(tǒng)進(jìn)行航標(biāo)位置和工作狀態(tài)的實時監(jiān)控并記錄，以便航標(biāo)信息查詢。航標(biāo)編輯包括圖形編輯和屬性設(shè)置。具體來說主要包括：航標(biāo)數(shù)據(jù)的查詢、顯示、比較及分析，并使用報表和曲線圖的形式反映航標(biāo)工作狀態(tài)。該模塊管理的航標(biāo)靜態(tài)數(shù)據(jù)有：燈器型號、燈器功率（W）、能源類型、能源功率（W）、能源費用（元）、電池類型、電池容量（AH）、電池費用（元）等，航標(biāo)動態(tài)數(shù)據(jù)有經(jīng)度、緯度查詢時間、電池靜態(tài)電壓（V）、電池動態(tài)電壓（V）、工作靜態(tài)電流（A）、工作動態(tài)電流（A）、充電電流（A）、頻閃次數(shù)、頻閃長周期（s）、頻閃短周期（s）、當(dāng)前燈泡序號等。采用二維笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)動態(tài)顯示航標(biāo)的頻閃方式、電池動、靜態(tài)電壓、航標(biāo)的工作電流和充電電流。報表由航標(biāo)日報表、航標(biāo)最新狀態(tài)表、航標(biāo)月統(tǒng)計報表、航標(biāo)年統(tǒng)計報表及工作日志報表等組成。

2．3 Socket通信及GPS后差分處理

Socket通信模塊負(fù)責(zé)在Server和Client端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如客戶端向服務(wù)器端發(fā)出實時查詢請求，服務(wù)器端向客戶端發(fā)出查詢成功信號，通知客戶端從數(shù)據(jù)庫中讀取最新數(shù)據(jù)［3］。

GPS后差分處理是負(fù)責(zé)處理從航標(biāo)采集器傳輸回來的航標(biāo)GPS數(shù)據(jù)，利用后差分技術(shù)對該數(shù)據(jù)做精確度調(diào)整，同時將數(shù)據(jù)存入服務(wù)器端相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，且客戶端對應(yīng)的動態(tài)圖元能實現(xiàn)實時更新，改變在地圖中的位置。

2．4 數(shù)據(jù)庫操作

航標(biāo)數(shù)據(jù)庫操作負(fù)責(zé)將各種航標(biāo)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫、從數(shù)據(jù)庫中讀取航標(biāo)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，提供給客戶端用戶界面。海圖數(shù)據(jù)庫操作模塊主要對全網(wǎng)的海圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、統(tǒng)一的調(diào)度及分配等，具體功能如下。

1）查詢本系統(tǒng)安裝的所有的海圖信息：海圖的名稱、編號、比例尺級別等等；

2）以管理員身份登陸的操作員可以對海圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息查詢、增加、修改、刪除等管理工作；

3）判斷客戶機的海圖申請：允許或者拒絕申請；

4）根據(jù)客戶機的請求，分發(fā)相應(yīng)的海圖信息；

5）對客戶機的海圖申請進(jìn)行日志紀(jì)錄。

3 結(jié)束語

海上交通安全保障體系的建設(shè)一直是國內(nèi)外航海界所關(guān)注的。國際海事組織IMO制定的相關(guān)公約提出沿海國家有關(guān)航海安全的權(quán)益、義務(wù)和職責(zé)，所有國家必須運用現(xiàn)代化技術(shù)建立快速可靠安全的海上交通。基于信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代通信導(dǎo)航技術(shù)的航標(biāo)信息系統(tǒng)的研究，對實現(xiàn)航標(biāo)的監(jiān)控和管理的現(xiàn)代化，確保航標(biāo)信息的準(zhǔn)確性及用戶方便快捷獲取航標(biāo)信息，為船舶安全航行提供更好的服務(wù)是非常必要的。航標(biāo)管理是航道管理部門的一項重要工作，航標(biāo)管理的責(zé)任就是對航標(biāo)進(jìn)行管理維護(hù)保證其正常使用，為船舶安全、經(jīng)濟(jì)、便利航行提供服務(wù)。

該系統(tǒng)使航標(biāo)信息按指定格式集中匯總在該航標(biāo)處中心的數(shù)據(jù)庫中，并自動生成航標(biāo)管理部門及其主管部門所需的各類報表及資料，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送至指定地點或進(jìn)行打印輸出，從而促進(jìn)航標(biāo)管理信息標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，航標(biāo)主管部門可以及時而方便地掌握航標(biāo)實際運行信息，故可以及時發(fā)布航標(biāo)運行狀況通報，避免航運事故的發(fā)生，從而進(jìn)一步提高航標(biāo)管理效率。航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)可保證科學(xué)地、有計劃地對航標(biāo)進(jìn)行日常管理、維護(hù)以及遇損時及時修復(fù)，大大降低維修人員勞動強度及費用開支，為航標(biāo)的管理從粗放型向技術(shù)型、集約型的轉(zhuǎn)變提供了必要的技術(shù)支持，同時是實現(xiàn)“管理立體化、反應(yīng)快速化、航測自動化、管理規(guī)范化”四化目標(biāo)的有力手段。

［1］趙麗寧．?dāng)?shù)字海洋地理要素?zé)o級比例尺自動綜合方法［J］．大連海事大學(xué)學(xué)報，2001（1）：17-22．

［2］趙德鵬，吳東力，孫文力．電子海圖的生成與顯示［J］．大連海運學(xué)院學(xué)報，1993（1）：7-14．

［3］郭梯云．?dāng)?shù)據(jù)傳輸［M］．北京：人民郵電出版社，1990：45-49．

Design and realization of the remote metering and control system for the navigational aids

CHEN Hong1PENG guo-jun2
1．Fujian Communication Technology College Fuzhou 350007 2．Navigation Institute Jimei University Xiamen 361021

The general structure and functions of the remote metering and control system were introduced briefly，which is composed of the light data collection terminal，the GSM public net correspondence，the supervision center of terminal and the supervision customer terminal etc．The system can store theinformation datum of navigational aidsin database of the navigational aids center，generate the report forms or files needed by the administration departments，send to the assigned offices by computer networks in order for the shipping administration departments to keep abreast of the shipping information avoiding the accidents．

navigational aids remote meteringand control electronic chart

TP391．9

A

1671-7953（2007）02-0126-03

2006-10-18

修回日期2006-11-27

陳 宏（1962—），男，大學(xué)，副教授。