航标遥测遥控系统的设计与实现

陈 宏1彭国均2

1．福建交通职业技术学院 福州 350007 2．集美大学航海学院 厦门 361021

航标遥测遥控系统的设计与实现

陈 宏1彭国均2

1．福建交通职业技术学院 福州 350007 2．集美大学航海学院 厦门 361021

介绍航标遥测遥控系统的总体架构及功能组成，系统由灯器数据采集终端、GSM公网通信、监控中心、监控客户端等组成，该系统可使航标信息按指定格式集中汇总在该航标中心的数据库中，并自动生成航标管理部门及主管部门所需的各类报表及资料，通过计算机网络传送至指定地点或进行打印输出，使航运主管部门及时掌握航运信息，避免事故发生。

航标 遥测遥控 电子海图

航标系统是海上交通安全保障体系的重要组成部分。对航标的有效监控和管理，确保航标信息的准确性，为满足船舶安全航行需求提供更好的服务是非常重要的。对福建沿海港口进行的海上交通研究表明，由于船舶未能及时、准确获取航标信息而造成的海上交通事故常有发生。航标遥测遥控系统正是为了满足海事管理部门对航标监控管理的需要而建立起来的一个现代化的远程实时监控系统。

本文研究的航标遥测遥控系统是集全球卫星定位系统（GPS）、全球数字蜂窝移动通信技术（GSM）、电子海图信息与显示系统（ECDIS）和计算机网络技术为一体的综合性高科技应用系统，它实现了航标实时监控管理和航标信息的发布，使船舶及涉海部门及时、准确、方便获取航标信息，为进出海域的船舶保驾护航。

1 总体设计

系统总体架构见图1。

图1 系统构成

1．1 工作原理

系统的工作原理就是通过安装在航标上的数据采集器（监控终端）采集航标工作参数，并利用GPS获得航标的经纬度数据，再通过公网GSM通信模块，按照设定传输方式将航标工作参数、航标位置等数据实时传输到航标管理部门的监控中心（中心站），监控中心由高性能计算机、收发设备、GPS后差分处理器以及满足IHO-S57标准的电子海图平台组成，监控中心负责航标数据的处理、存储及分发至具体管理者，管理者通过客户端软件对航标实现远程的遥测遥控工作。灯器监控终端负责检测航标工作状态、采集、存储数据；按定时指令，将存储数据传给中心站；遇到特殊状态，或灯标运行到报警值时，将即时采集数据传递给中心站，实现报警或预报警。

系统应用GSM（SMS／GPRS通讯网）远程数据传输方式，GSM传输使用短消息传送数据，实现简单，具有通信成本低、保密性能好、抗干扰能力强等优点，它利用信令信道传输，不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心在发给最终的信宿。

1．2 系统功能

监控中心的服务器是由电子海图操作和控制终端组成，电子海图操作部分负责存储电子海图数据、航标数据、分发海图资源、并监控用户海图作业、实时显示船舶、航标的当前位置和轨迹等功能，控制终端部分负责定时、定序接收终端站传回数据；向终端发送监控查询指令，并接收返回指令；进行数据记录评估、显示终端工作状态及查询结果，并存储各项数据入数据库；遇有报警或预报警，优先接收，并启动告警指示，或采取相应措施。

客户端则也是由电子海图操作和控制终端组成，电子海图操作部分包括向服务器请求海图数据、显示和操作海图、实时显示船舶、航标的当前位置和轨迹等功能。

控制终端部分接收中心站送来的航标状态及数据，进行实时监控；随时调阅中心站各种相关信息，并发出有关指令。

2 系统实现

系统的软件采用C／S结构，由6个基本功能模块组成，见图2。

图2 系统基本功能组成

2．1 航标信息GIS平台

该平台面向航标信息综合管理，其主要功能包括海图数据访问控制、海图显示、航标层管理、输入／输出接口等。海图数据访问是针对S57标准电子海图数据格式，采用国际流行的导入操作（即插即用）方式［1］。任何存在于海图目录中的S57电子海图可以被平台调用并显示。海图显示模式为单图和自动多图拼接，可进行海图的放大与缩小、海图的漫游、海图分层显示及海图信息查询等。海图的放大与缩小采用给定中心点比例尺放大、拉框放大、任意点放大。海图漫游以国际流形的鼠标左键单击方式实现任意位置的漫游及窗口的上下左右平移。海图分层显示可由用户选择所要显示的层，包括基础显示、标准显示、全部显示及自定义显示。海图信息查询采用树（分类显示所有物标）和列表（某一物标的所有属性）的组合方式显示给定位置点的物标信息，点、线和面、水深用不同的图标表示［2］。

平台集成的输入／输出接口包括航标遥测遥控接口、AIS接口，航标遥测遥控接口实现接收航标遥测遥控子系统传来的所有有关航标的信息，并根据需要发送控制信息。AIS接口，挂接AIS设备，使系统能通过AIS设备向船舶发布有关航标的信息及接收AIS航标信息。

2．2 航标数据管理

航标数据管理是系统的重要组成部分，航标数据管理实现航标监控、航标查询检索、航标编辑及图层输出等，航标监控通过遥测遥控子系统进行航标位置和工作状态的实时监控并记录，以便航标信息查询。航标编辑包括图形编辑和属性设置。具体来说主要包括：航标数据的查询、显示、比较及分析，并使用报表和曲线图的形式反映航标工作状态。该模块管理的航标静态数据有：灯器型号、灯器功率（W）、能源类型、能源功率（W）、能源费用（元）、电池类型、电池容量（AH）、电池费用（元）等，航标动态数据有经度、纬度查询时间、电池静态电压（V）、电池动态电压（V）、工作静态电流（A）、工作动态电流（A）、充电电流（A）、频闪次数、频闪长周期（s）、频闪短周期（s）、当前灯泡序号等。采用二维笛卡尔坐标系统动态显示航标的频闪方式、电池动、静态电压、航标的工作电流和充电电流。报表由航标日报表、航标最新状态表、航标月统计报表、航标年统计报表及工作日志报表等组成。

2．3 Socket通信及GPS后差分处理

Socket通信模块负责在Server和Client端进行数据通信，如客户端向服务器端发出实时查询请求，服务器端向客户端发出查询成功信号，通知客户端从数据库中读取最新数据［3］。

GPS后差分处理是负责处理从航标采集器传输回来的航标GPS数据，利用后差分技术对该数据做精确度调整，同时将数据存入服务器端相应的数据表中，且客户端对应的动态图元能实现实时更新，改变在地图中的位置。

2．4 数据库操作

航标数据库操作负责将各种航标数据存入数据库、从数据库中读取航标的数据，进行数据处理和数据分析，提供给客户端用户界面。海图数据库操作模块主要对全网的海图基础数据进行管理、统一的调度及分配等，具体功能如下。

1）查询本系统安装的所有的海图信息：海图的名称、编号、比例尺级别等等；

2）以管理员身份登陆的操作员可以对海图数据库进行信息查询、增加、修改、删除等管理工作；

3）判断客户机的海图申请：允许或者拒绝申请；

4）根据客户机的请求，分发相应的海图信息；

5）对客户机的海图申请进行日志纪录。

3 结束语

海上交通安全保障体系的建设一直是国内外航海界所关注的。国际海事组织IMO制定的相关公约提出沿海国家有关航海安全的权益、义务和职责，所有国家必须运用现代化技术建立快速可靠安全的海上交通。基于信息技术、计算机网络技术和现代通信导航技术的航标信息系统的研究，对实现航标的监控和管理的现代化，确保航标信息的准确性及用户方便快捷获取航标信息，为船舶安全航行提供更好的服务是非常必要的。航标管理是航道管理部门的一项重要工作，航标管理的责任就是对航标进行管理维护保证其正常使用，为船舶安全、经济、便利航行提供服务。

该系统使航标信息按指定格式集中汇总在该航标处中心的数据库中，并自动生成航标管理部门及其主管部门所需的各类报表及资料，通过计算机网络传送至指定地点或进行打印输出，从而促进航标管理信息标准化和规范化，航标主管部门可以及时而方便地掌握航标实际运行信息，故可以及时发布航标运行状况通报，避免航运事故的发生，从而进一步提高航标管理效率。航标遥测遥控系统可保证科学地、有计划地对航标进行日常管理、维护以及遇损时及时修复，大大降低维修人员劳动强度及费用开支，为航标的管理从粗放型向技术型、集约型的转变提供了必要的技术支持，同时是实现“管理立体化、反应快速化、航测自动化、管理规范化”四化目标的有力手段。

［1］赵丽宁．数字海洋地理要素无级比例尺自动综合方法［J］．大连海事大学学报，2001（1）：17-22．

［2］赵德鹏，吴东力，孙文力．电子海图的生成与显示［J］．大连海运学院学报，1993（1）：7-14．

［3］郭梯云．数据传输［M］．北京：人民邮电出版社，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

陈 宏（1962—），男，大学，副教授。