海上氣象傳真播發(fā)及監(jiān)測系統(tǒng)的應用

張永杰? 聞俊

摘 要：氣象傳真是海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)的重要手段之一，其通過在短波頻段（3 MHz～30 MHz）上以F3C模式發(fā)射調制后的氣象圖片，以此向全世界范圍廣播播發(fā)氣象分析圖、氣象云圖、氣象預報圖等相關的圖像氣象信息。氣象傳真具有動態(tài)直觀、激動觀察的特點，能夠更好的實現氣象災害的早發(fā)現、早預警，對事前水上安全同行保障和事后應急搜救均具有十分重要的作用。海上氣象傳真與播發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)的應用可以有效地構建一個自閉環(huán)驗證的氣象傳真監(jiān)測系統(tǒng)，實現對氣象傳真信息的播發(fā)檢測，并對數據進行存儲，方便數據統(tǒng)計、數據對比，完成對氣象數據的更高效準確的應用，可以更好的為航海者規(guī)劃最佳航線、規(guī)避航行風險提供重要參考。助力海上交通安全。

關鍵詞：氣象傳真；播發(fā)監(jiān)測；航線；數據分析

0 引 言

海上船舶航行安全與海洋環(huán)境密切相關，據統(tǒng)計80%以上的海上事故的直接或間接誘因是氣象、氣候的異常變化。因此，及時準確的播發(fā)海上氣象、海浪等海上安全信息，是減少海難事故的有效途徑。氣象傳真播發(fā)的海上天氣分布情況、天氣預報情況和警報等大量有用的海域情報，對于保證海上航行安全、選擇最佳航線等方面都具有重要作用。

我國自2014年起開始規(guī)劃設計重啟了國內的海上無線電氣象傳真業(yè)務，目前已經有上海海岸電臺、廣州海岸電臺兩個氣象傳真播發(fā)站臺，目前兩個站臺可以有效實現對我國承擔的全球海上遇險安全系統(tǒng)公海責任區(qū)（如圖1所示）的氣象傳真信息的覆蓋。

近年來隨著國際貿易增加，船舶數量增多，航行在我國海域范圍內的船舶對于我國重新開啟的海上氣象傳真業(yè)務也是越來越關注，期間也不斷收到相關用戶的反饋，比如受天氣影響，受播發(fā)發(fā)信機老化影響，船端接收信號效果不穩(wěn)定等等因素的影響，分辨率均無法滿足船舶航線優(yōu)化、特別是在惡劣海況下的避浪海域選擇的精細化導航需求。這些都為氣象傳真播發(fā)管理單位帶來了管理挑戰(zhàn)，故此，構建一套自閉環(huán)的海上氣象傳真播發(fā)以及監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。

本系統(tǒng)以海岸電臺發(fā)信臺為中心，通過在不同方向不同距離建設岸用氣象傳真監(jiān)測接收終端，從多方向多距離上多頻點上第一時間實時監(jiān)測氣象傳真信號接收情況，并通過對收發(fā)報文數據比對，及時發(fā)現播發(fā)問題，調整發(fā)信機部署策略，有效保證電臺氣象傳真報文的高效播發(fā)，更好地為周邊海域船舶航線提供氣象信息，將有利于加強我國國際履約能力。

1 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)通過現有的海岸電臺無線電氣象傳真信息源推送系統(tǒng)進行海上氣象傳真信息播發(fā)。以上氣象傳真信息可以同時被建設的兩個站點同步接收，并通過IP轉換或者網絡控制單元及遠程控制器發(fā)送給后臺分析平臺的海上氣象傳真接收監(jiān)測系統(tǒng)軟件，具體系統(tǒng)構成如圖2所示。系統(tǒng)軟件對近距離以及遠距離上2個監(jiān)測點氣象傳真數據的采集、存儲和打印等，以實現對海岸電臺氣象傳真發(fā)信機播發(fā)狀況及發(fā)射距離的實時監(jiān)測，并可對歷史數據進行統(tǒng)計、分析和管理。

2 氣象傳真岸臺接收機設計

本系統(tǒng)設計的接收站點設計有專用的岸用版本海上氣象傳真接收機，其相較于傳統(tǒng)的氣象傳真接收機具備有更加獨立的電源模塊以及完整的網絡通訊單元，配合定制化的軟件實現數據的實時回傳，并且可以實現遠程對接收頻道的修改，具有更高的可操控性行。

氣象傳真接收機岸用版設備采用安卓操作系統(tǒng)進行開發(fā)，主要接收組件采用軟件無線電方式進行設計開發(fā)，硬件緊湊先進，主機如圖3所示，其具體結構可以如圖4所示，通過10.1英寸的觸摸屏進行全面操作控制，并且針對性的開發(fā)了數據上傳以及存儲應用，同時還支持遠程頻道修改的功能，對于系統(tǒng)檢測平臺的構建非常關鍵。

氣象傳真接收機基本接收原理是通過氣象傳真接收天線，對無線電波進行接收，然后通過FPGA（軟件無線電）進行信號處理，處理過的信號獲取到氣象傳真數據后交由ARM處理器進行數據調制，并最終通過安卓系統(tǒng)的主控板進行數據存儲以及應用處理后分發(fā)，各個主控板之間通過串口進行通訊協(xié)議的控制，協(xié)調一致，具體原理可以如圖5所示，完整的信號解析實現以及控制系統(tǒng)保證了整個接收機的流暢運行，并且可以實現很好的人機交互界面，方便用戶實際操作。

2.1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要設計利用岸臺進行接收站點的建設，最后通過網絡將接收站點的數據上傳到服務器端進行匯總分析，分析結果可以通過建設的后臺管理平臺進行登錄查看，系統(tǒng)具有實時性強、查詢方便的特點，對管理發(fā)信機的實際發(fā)射狀態(tài)可以及時發(fā)現及時處理問題。

2.2 接收站點

系統(tǒng)設計的接收站點目前主要是2個，通過南北兩個遠近距離不等的站點建設，在不通頻點上測試發(fā)信臺對不通頻點上海上氣象傳真信息報文的發(fā)射信號強度進行實時采集分析，對收到的報文進行及時解析上傳，構建一個自閉環(huán)的系統(tǒng)。

2.3 數據通訊模式

氣象傳真接收機通過接收天線對無線電信號進行接收，同時調制解調解析成對應的數據報文以及圖片，然后將數據通過FTP網絡傳輸到遠端的服務器上。服務器對數據進行數據庫存儲，然后通過開放后臺訪問接口，并開發(fā)設計前端網站，這樣用戶可以通過對網站進行認證訪問，對接收到的氣象傳真數據進行查看，并針對性的進行分析。

2.4 后臺分析平臺

本系統(tǒng)通過構建后臺服務分析平臺，對接收的實時數據進行存儲和分析，用戶則通過網站進行登錄訪問（如圖6所示），查詢當前發(fā)射接收情況，通過原發(fā)射圖和接收圖比對，及時改善播發(fā)效果，上報處理發(fā)現的發(fā)射問題。

3 結束語

本系統(tǒng)建設岸基海上氣象傳真信息報文接收系統(tǒng)，接收岸臺發(fā)送的海上氣象傳真信息，與發(fā)送的原始報文進行比對，自閉環(huán)驗證信息發(fā)送的成功率以及清晰度等，并且可以通過長期數據收集積累，驗證研究氣象傳真發(fā)送系統(tǒng)的優(yōu)缺點，針對性地對收發(fā)系統(tǒng)進行升級優(yōu)化。

海上氣象傳真信息播發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)通過有效的自閉環(huán)驗證手段，完善了海上氣象傳真播發(fā)系統(tǒng)，對于船舶航行安全具有非常重要的社會意義。并且可以分析發(fā)射的效率以及準確性，對于保證海上航行安全、選擇最佳航線等方面都具有重要作用，社會效益顯著。

參考文獻

[1] 祝秋波.海上無線電氣象傳真系統(tǒng)構成機技術擴展[J].航海，2019（06）.