论北斗系统遥测遥控航标灯器在高栏港区航标上的应用与推广

苏炳海 黄继开 林文焕

广州航标处高栏航标管理站 广东广州 510220

航标遥测遥控是为了满足航标管理部门对航标监控管理的需求而建立起来的一个现代化的远程实时监控系统，这是一个集电子海图、航标运行监测、区域管理、碰撞分析等功能于一体的平台系统。系统工作原理就是通过安装在航标上的数据采集器（测控终端）收集航标灯器的工作参数并获取航标位置信息，再通过通信模块，按照设定的传输方式将收集到的数据实时传输到卫星，然后再传输到航标管理部门的监控中心进行处理形成各项可读数据，管理者通过用户端软件就可以获取航标灯器参数及位置信息，也可以通过用户端软件对灯器实现远程控制。

目前，世界上成熟的卫星导航系统有美国的GPS系统，中国的北斗系统，俄罗斯的格洛纳斯系统，欧洲的伽利略系统。以往的航标管理模式主要以GPS定位系统与航标有机结合，一般是以移动公共网络（如GPRS、CDMA、3G、4G等）作为数据传输信道，实现对航标的远程监测和控制，因此 GPS航标遥测遥控系统在通讯基站覆盖的区域，信号较稳定，但是GPS系统非我国自主控制，容易受到政治、战略或地震灾害突发事件损坏公网通讯等因素的影响。在交通运输部的坚强领导和统一部署下，海事系统结合海事监管和航海保障业务，致力于推动我国北斗系统在海上的应用和发展，北斗系统在航标遥测遥控中的应用就是其中的一方面[1]。

1 高栏航标管理站的基本情况

高栏港位于珠海市西南端，是珠海市最大的深水港，高栏港水域处于珠江出海口，范围北起崖门大桥，南朝南海，东至小青洲岛，西望台山海域，处于淡水与海水交汇地带。高栏航标管理站隶属于交通运输部南海航海保障中心广州航标处，位于珠海市高栏岛西侧，主要负责高栏港和湾仔水域的航标巡检、维护、应急和年度保养工作。近几年，高栏港高速发展，航标数逐年增长，截止至2020年1月，高栏站分管公用标96座（其中灯桩9座，导标4座，灯浮标77座，雷达信号标1座，AIS航标5座），专用标99座（其中灯桩18座，灯浮标65座， AIS航标16座），共195座，另有1座灯塔和7座灯桩已经建成，待验收交付。目前，高栏航标管理站分管的所有航标都已经接入了南海航保中心航标遥测遥控系统，可以实现用户端远程对航标灯器参数及位置信息获取和控制。

2 北斗系统航标灯器在高栏港水域的应用

此前，该航标管理单位使用的航标遥测遥控系统安装的是GPS航标遥测遥控终端，其采用的是GPS卫星定位系统信号为定位数据采集源，并通过公共通信网络传输灯器相关数据，因此在通讯基站覆盖的区域，信号较稳定 。但GPS系统并非我国自有，不受我国自主控制，容易受到国际因素的影响，并且在远海或者远离大陆的海岛等一些公共通信网络无法覆盖的偏远地区，数据传输受到一定的局限[2]。

为响应国家关于加强北斗系统应用的号召，促进“北斗+航保”融合及应用，南海航保中心及广州航标处一直致力于北斗系统在航标遥测遥控中的应用。按照南海航保中心关于粤港澳大湾区航海保障的统一部署：主要航道航标北斗遥测将实现全覆盖。2019年7月开始，广州航标处在高栏航标站投放一批北斗系统遥测遥控航标灯器共99座，其中廊坊市某公司HH-130-BD型一体化航标灯57座，福建某公司MYGPS-212型分体化航标灯16座，上海某公司分体化航标灯器WM-BSL150A型2座，一体化航标灯器WM-SSP4-BD型24座。

2.1 灯器简介

（1）HH-130-BD型航标灯，遥测遥控定位模块与灯器、电池等集于一体，与灯器共同使用内置电池，安装方便且占位小。该类型航标灯将BD1、BD2集成于灯器控制系统内，实现了用BD1通讯功能，主要针对GPRS和AIS无覆盖区域，通讯可靠稳定，自主性强，在特殊区域和特殊时期对航海助航具有独特作用。包含了国际标准209种灯质和国内256种灯质，具有远程调节亮度和改变灯质的功能。射程：＞5海里；电源电压：4.5～19V；静态电流：≤20mA；工作电流（远程可调）：红、黄色350～400mA，绿、白、蓝色300～420mA；光控开关：300±100LX；电池容量：100Ah；太阳能充电板功率7W＊4；温度范围：-35～75℃。

（2）MYGPS-212型航标灯，是分体式航标灯，即需要灯器与电池及太阳能板分开。灯器内置GPS/北斗双模定位和GPRS或北斗短报文通信模块，适用于海区各种小型固定和浮动助航标志。该类型灯器具备同步闪功能，有256种灯质可供用户选择，用户可以通过专用红外遥控器设置灯器灯质。额定电压：DC12V；静态电流：≤5mA；灯器功率：3～7W（可调）；射程：4海里（可调）；日光阀开关：300±50LX；工作温度：-35～70°C.

（3）WM-SSP4-BD型航标灯，是一款集北斗定位模块与灯器、电池等于一体的小型航标灯器，轻便灵巧，安装方便。该类型灯器具备同步闪功能，有利于更加清晰地标示航道界限，为船舶提供更加安全的航行保障。工作电压：DC 12V；平均功耗：4W（每层）；最大视距：6海里；工作温度：-30～70°C；日光阀开关：300±50LX。

按照广州航标处计划，HH-130-BD型航标灯主要安装在海管区域的灯浮及高栏港主航道11#至50#灯浮上，MYGPS-212型航标灯主要在高栏港主航道A1#至10#灯浮上，WM-SSP4-BD型一体化航标灯主要安装在粤电金湾风电场区域灯浮和广海湾惰性物料处理区灯浮上，另有4座安装在了三角山南、大襟岛南湾村、大襟岛北湾村、长咀灯桩上，2座WM-BSL150A型分体化航标灯安装在下水排和凤尾咀灯桩上。海管灯浮区、粤电金湾风电场灯浮区及高栏港主航道A1#至10#区域位置离陆地较远，公共网络信号弱，甚至为0，且常年风浪大海流急，是高栏港海况较为恶劣的海域，三个区域分别安装了三个品牌的航标灯，恰好能检验不同灯器在高栏水域的适用情况，为下一步北斗系统航标灯全面覆盖高栏港区提供借鉴。

2.2 使用反馈

（1）HH-130-BD型航标灯：①北斗通讯信号稳定 。该型号灯器在投放使用初期，在海管灯浮区，除个别灯器阴雨天偶尔会有遥测遥控数据返回不及时现象外，其他灯器通讯状况良好，有效解决了海管灯浮区公共网络信号弱问题，主航道11#至50#灯浮上安装的该型号灯器通讯信号稳定。②定位精准。北斗系统定位数据与工作人员在现场用手持GPS定位仪获取的数据基本一致。③灯器工作状态良好，遥测数据精准，能准确反应灯器工作状况。④灯质设置方式灵活多样。该类型航标灯常规的手动拨码和遥测遥控平台设置灯质方式外，还可以通过北斗手持机发送报文信息的方式进行灯质调节。⑤维护便利。该型号一体化航标灯安装、更换方便，极大缩短工作人员在灯浮上的工作时间，降低恶劣天气海况时的作业风险。巡检人员在距离标体100米范围以内，通过按动灯器遥检器红色按钮即可查看灯器是否发光，提高了巡检效率。故该类型航标灯适用于高栏港水域。

（2）MYGPS-212型航标灯：①灯质变动。在投入使用的第一个月，通过遥测遥控平台发现有7座灯器灯质由联闪（2）6秒跳变为单闪4秒，与厂方技术员现场核实情况属实，技术员将发生灯质跳变的灯器返厂检测，其余灯器继续使用并跟踪观察。一个月后又陆续发现灯质变动现象，厂方技术员故障排查后对该类型灯器的灯质设置项进行了程序优化，程序优化后的灯器再未出现灯质变动现象。②定位精准，遥测数据精准。升级后的灯器安装在海况相对平静的港内水域，北斗信号稳定，定位精准，灯器工作状态良好，遥测数据能准确反应灯器该工作状况。故该类型灯器更适用于海况相对平静的水域。

（3）WM-SSP4-BD一体化航标灯：①通讯性能差。按照设定的报文间隔应该是每小时一条遥测数据，但实际使用的过程中航标遥测遥控平台一天往往只能收到几条遥测数据，特别是天气不好，海况恶劣，数据传输容易丢失，有时连续两三天才会收到一条数据，遥控成功率更低。②抗风浪抗抖动性能差，灯质变动。大风浪天，航标摇摆剧烈或者吊放航标时不可避免的磕碰震动等，都可能造成灯质变动，出现日光或定光现象。③电压衰减。部分灯器刚使用时电压达到正常的12V，随着使用时间推移，灯器电压衰减，一周后11.5V，一个月后只有10V左右，甚至更低。④遥测数据不准确。个别灯器能正常发光，但是遥测遥控平台获取的电流为0。⑤防水性能差。雨后巡检，发现个别灯器灯罩内有水珠。⑥定位精准。截止到2020年3月份，安装在灯桩上的该类型灯器以及WM-BSL150A型分体化灯器，定位精准。故WM-SSP4-BD航标灯和WM-BSL150A型灯器较适用于无剧烈晃动的场所，比如灯桩、灯塔。

3 总结与建议

北斗系统采用的是短报文通讯方式，传输数据不通过三方运营商，而是通过北斗卫星转发直接传输到监控服务器后台，有效杜绝了数据传输过程中的丢失。由于采用短报文通讯模式 ，所以为了避免过多占用资源和降低能耗，按照协议，通讯频次设置较低，比如HH-130-BD型航标灯设置为每半个小时一次，MYGPS-212和WM-SSP4-BD及WM-BSL150A型航标灯设置为每小时一次。如果海况恶劣浮标晃动剧烈在低仰角时数据传输会出现丢失现象，造成遥测遥控平台一天只收到几条遥测数据甚至几天才收到一条遥测数据，一方面使得航标管理人员不能及时准确地掌握航标信息，另一方面一旦发生灯浮被船碰撞事故，难于确定事故时间，对查找事故船舶和索赔造成一定难度[3]。

经过半年的使用和观察，北斗系统航标灯在高栏水域使用是可行的，为进一步在高栏港水域推广北斗系统航标灯，实现主要航道航标北斗遥测全覆盖。建议：①选择北斗通讯能力强的灯器。②根据实际的工作情况，通讯间隔可设置。③在海况恶劣区域应选择制造工艺高的灯器，耐震防摇、密封防水。