岸島觀測系統設計與實現

摘？要：海岸防御對于國家安全十分重要，本文通過空海監視雷達、VTS雷達、光電、AIS系統、ADS-B系統、氣象儀等多種監控設備實現近海海域和遠海島礁的信息采集和集成，設計了一種岸島觀測系統，實現對布設地點附近海域內的空中和水面目標的實時觀測，通過多源觀測信息的融合和綜合處理，形成整體態勢信息。

關鍵詞：岸島；信息融合；監測

1 概述

為落實習近平總書記建設海洋強國重要指示，中國電子科技集團啟動建設了藍海信息網絡示范系統，是踐行央企使命擔當的重要示范工程。岸島觀測系統作為藍海信息網絡示范系統的一個組成部分，由空海監視雷達、VTS雷達、光電、AIS系統、ADS-B系統、北斗衛星定位系統、氣象數據傳輸系統等組成，完成對布設地點附近海域內的空中和水面目標的實時觀測，通過多源觀測信息的融合和綜合處理，形成整體態勢信息。

2 系統特點

1）多種目標觀測手段：系統整合雷達探測、AIS、光電監視、ADS-B等多種觀測手段，可發現空中、水面的不同類型目標；

2）綜合分析處理能力：系統綜合處理包括空中、水面活動目標位置、視頻和自然環境等信息，并對這些信息進行處理，分析信息之間的關聯性；

3）利用網絡通信技術，實現設備遠程遙控及信息接入和集中處理；

4）面向服務的設計：系統是集成多種傳感手段的綜合信息平臺，為上級應用提供監控海域內目標信息、環境信息服務；

5）分布式結構化系統：系統采用分層體系架構，由感知層、傳輸層、平臺層、應用層和支撐系統共同組成完善的體系；

6）環境適應能力：系統設計中考慮設備在高溫高濕高鹽霧惡劣環境中能正常使用。

3 主要功能

3.1 目標探測功能

1）具有對海目標的視距/超視距監視功能；

2）具有對空目標的監視功能；

3）位置信息獲取功能：接收船舶防碰撞信號（AIS）、飛機航行廣播信號（ADS-B）等信息，獲得區域內相關船只和飛機的位置信息；

4）目標觀察功能：對進入視頻監測范圍的目標進行視頻監測和識別。

3.2 自然環境監測功能

觀測布設地點的環境氣象要素：風向、風速、氣溫、相對濕度、氣壓、雨量等信息。

3.3 信息處理功能

1）系統根據預先制定的目標信息融合規則，對AIS信息與對海雷達數據進行人工/自動識別；

2）將ADS-B信息與對空雷達數據進行人工/自動識別；

3）系統能采用自動和手動兩種方式對目標進行識別；

4）系統能根據目標監控系統獲得的目標信息來分析目標的運動軌跡，并進行跟蹤；

5）系統可針對自然環境監測數據進行統計分析，主要包括：環境溫濕度、雨量、風速等全周期分析。

3.4 顯示功能

1）系統支持標準電子海圖顯示，具有漫游、放大、縮小、距離與方位量算、多目標顯示、目標標簽顯示、海圖打印與保存、輔助圖層管理等功能。

2）能以表格、態勢圖等多種方式顯示目標監控系統獲得的目標信息、軌跡和目標的詳細信息。

3）系統能選擇展示光電設備獲得的圖像，同時還可以對歷史圖像進行播放和查詢；

4）可顯示島礁信息系統傳送來的數據；

5）可顯示處理水下信息系統傳送來的數據；

6）系統能同時展示觀測海域空中、水面、水下的多種目標的位置及其他相關信息；

7）系統能展示岸島目標態勢和氣象參數。

3.5 系統管理及警示功能

完成系統各設備的監控及管理，系統能對選定的威脅目標進行警示。

4 系統方案設計

4.1系統構架

系統有空海監視雷達系統、VTS雷達系統、光電系統、AIS系統、ADS-B系統、氣象參數測量系統、綜合處理控制系統等設備。

空海監視雷達完成中近海水面目標的視距/超視距監視，完成空中目標的監視。VTS雷達完成港口及航道船舶監控及交通設施的監視。AIS系統接收水面船舶發射的報文信息。ADS-B系統接收空中目標發送的報文信息。光電監視系統完成近海水面目標的監視。氣象測量系統完成觀測站點的氣象參設測量。

綜合處理控制系統完成岸島觀測系統的信息綜合處理、顯示控制，數據存儲。可顯示光電系統發送的實時視頻信息；各設備工作狀態信息；可根據需要完成對各觀測站的設備遠程操控；形成大范圍覆蓋的海域及其空域的監視管控能力，并將處理分類后的信息分發給上級控制中心，進一步處理后向不同用戶提供信息服務；同時可接收上級控制中心發來的控制指令。

系統從架構上分為前端感知層、數據傳輸層、平臺層和應用層四部分組成。

4.2系統分層設計

4.2.1前段感知層

前段感知層是集成各種目標傳感器、氣象信息監測和管控設備共同組成。主要包括下面一些：

1）雷達設備：用于對周邊監控區域內的活動目標進行監控；雷達設備可以在復雜環境下完成對機動目標的探測、分辨和定位，具有全天候、探測距離遠、發現捕捉目標能力強等特點。

2）光電監控設備：用于對15公里內的可見光和紅外目標進行監視和跟蹤；光電跟蹤分系統是由集成在轉塔上的變焦紅外熱像儀和電視攝像機組成，能夠全天時搜索跟蹤監視重點目標，并對海上目標粗略被動測距。通過千兆網發送探測結果和監視圖像。

3）AIS監控設備：設備用于對近海海域（10海里內）的過往船舶的動態信息（位置信息、ROT、COG等）進行監控，并可獲取過往船舶的相關靜態信息（船名、MMSI、IMO等）及航行相關信息（人數、吃水深度等）。

4）ADS-B監控設備：該監控設備用于接收200公里內裝備了ADS-B發射設備的飛機，通過數據鏈廣播的自身的精確位置和其它數據（如速度、高度及飛機是否轉彎、爬升或下降等）。

5）氣象監測設備：自動地觀測和存儲氣象觀測數據，完成氣象相關參數采集處理和傳輸的系統，主要由氣象傳感器、采集器、通訊接口、系統電源等組成。

4.2.2網絡傳輸層

根據不同的使用環境可以采用下面幾種方式：

1）衛星通信：衛星通信一般使用在海上和邊遠地區。主要的優勢是大部分區域都已經覆蓋。主要的劣勢是帶寬價格較高、數據傳輸時延較大，并且偶爾會出現無法傳輸的情況。

2）3G、4G網絡：信號覆蓋的區域可以使用3G或4G進行數據傳輸。由于3G和4G網絡采用非對稱的方式進行數據傳輸，因此上傳的數據不能滿足前端傳感器中視頻數據和電磁原始數據的傳輸帶寬的要求。

3）有線數據傳輸：主要包括采用光纖和網線的方式進行數據傳輸，當前有線網絡數據傳輸已經可以達到每秒100MBps的傳輸速度。但是有線網絡存在布線困難的問題。

4）北斗短信數據傳輸：系統可以利用北斗短信方式進行數據傳輸。但由于北斗短信只能傳輸簡單的目標信息，僅能作為傳輸備份鏈路。

5）無線數據鏈通信網絡：主要優勢是利于構建覆蓋大面積的監控網絡，能為設備提供數據和話音通信，傳輸速率80kbps的傳輸帶寬，端機重量小于20kg。主要缺點是無法實現超視距的數據傳輸，每個網狀網節點之間的距離不超過40公里。

對于傳輸鏈路的選擇可以根據不同的使用環境進行考慮：岸島觀測系統設備架設在陸上，可借助公網或鋪設專用光纖傳輸線完成數據傳輸；無線數據傳輸網可作為備用數據傳輸方式。

4.2.3服務平臺層

（1）信息處理平臺

信息處理平臺是整個平臺層的核心部分，它一方面匯聚前端感知層采集的各類數據，進行集中的管理、存儲、分析、挖掘；另一方面它與應用層接口，向應用層提供各類信息數據服務。信息處理平臺所提供服務主要包括：數據接入及轉發、數據存儲、通信服務、目標數據融合處理、氣象信息統計等。

1）數據存儲：系統提供數據庫、文件系統兩種方式進行數據的存儲管理，并建立了完善的備份與容災策略，從而實現對各類信息數據統一、安全、高效的存取。

2）通信服務：系統為應用層提供各級監控站和控制中心之間的通信服務能力，包括發送文字或語音的消息等。

3）數據接入及分發：將傳感器傳輸過來的信息根據不同格式進行統一轉換，根據應用層不同系統要求進行數據定向分發等。

數據融合處理服務：

a）向前端監控設備下發各類控制指令，實現對特定目標的追蹤觀測；

b）實現目標觀測數據（含近場雷達數據、視頻數據、AIS目標數據、ADS-B目標數據）的管理、分析、關聯、識別能力。

氣象數據統計：通過對監管區域的氣象水文數據采集、處理、分析，形成區域氣象數據庫。

（2）數據交換平臺

數據交換平臺是整個平臺層進行數據接入、交換的中心。它主要包括連接接入控制、傳輸協議轉換、外部數據接口。

1）連接接入控制：連接接入控制主要實現各級監控站、二級控制中心接入核心控制中心的接入鑒權、連接建立、數據傳輸等操作控制。

2）傳輸協議轉換：數據交換平臺從各級監控站、二級控制中心接收各監測設備上報的各類信息數據，并對這些數據進行協議解析，并轉換成系統后臺處理所需協議格式。

3）外部數據接口：數據交換平臺提供外部數據接口功能，實現與上級數據中心或其他外部信息系統互連，從而實現數據間的共享。

（3）系統維護平臺

系統維護平臺是為系統管理人員提供系統日常管理維護的操作接口。它主要由網絡節點管理、系統運行監控、系統運行維護組成。

1）網絡節點管理：網絡節點管理實現系統各網絡節點（二級控制中心、固定監控站）的添加、刪除、修改、查詢、啟用、禁用等功能。

2）系統運行監控：實現對各級控制中心、固定監控站運行狀況進行實時監控，監控對象包括前端的各種監測設備、傳輸設備、后臺服務器，當設備出現故障或異常時，監控界面進行警示，提醒管理人員進行相關的維護管理工作。

3）系統運行維護：系統維護平臺通過遠程下發設置控制命令實現對前端監測設備的參數設置及維護工作（如開關機、自檢等）；同時可以通過遠程方式實現對二級控制中心服務器的維護管理。

4.2.4應用服務

應用服務是以雷達視頻、電子海圖、光電實時視頻等為主要展現手段，為用戶提供應用服務。應用層提供的服務主要包括：目標跟蹤、態勢顯示、視頻監控等。

1）目標跟蹤：系統可以通過雷達持續跟蹤、視頻設備持續監控等方式對目標進行跟蹤，通過在電子海圖上繪制目標運動軌跡及實時視頻顯示等方式呈現給用戶。

2）態勢顯示：系統實時獲取區域內目標信號分布信息，并根據多系統綜合給出目標的合法性，形成監管區域內的目標態勢，為監管部門的行動決策提供數據支撐。

3）視頻監控：系統可以實時顯示各監控站上傳的多路視頻監控數據，便于及時、有效、準確的掌握監管區域的安全態勢。

5 總結

海岸防御對于國家安全十分重要，本文通過空海監視雷達、VTS雷達、光電、AIS系統、ADS-B系統、氣象儀等多種監控設備實現近海海域和遠海島礁的信息采集和集成，在海域態勢感知、海洋環境觀測信息服務等方面做出積極探索。

參考文獻

[1]周凱.我國渤海綜合管理的監控能力建設研究[D].山東：中國海洋大學，2009.

（作者簡介：王夢璇，碩士研究生，工程師；工作單位：中國電子科技集團公司第二十研究所）