論北斗系統(tǒng)遙測(cè)遙控航標(biāo)燈器在高欄港區(qū)航標(biāo)上的應(yīng)用與推廣

蘇炳海 黃繼開 林文煥

廣州航標(biāo)處高欄航標(biāo)管理站 廣東廣州 510220

航標(biāo)遙測(cè)遙控是為了滿足航標(biāo)管理部門對(duì)航標(biāo)監(jiān)控管理的需求而建立起來的一個(gè)現(xiàn)代化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，這是一個(gè)集電子海圖、航標(biāo)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、區(qū)域管理、碰撞分析等功能于一體的平臺(tái)系統(tǒng)。系統(tǒng)工作原理就是通過安裝在航標(biāo)上的數(shù)據(jù)采集器（測(cè)控終端）收集航標(biāo)燈器的工作參數(shù)并獲取航標(biāo)位置信息，再通過通信模塊，按照設(shè)定的傳輸方式將收集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫l(wèi)星，然后再傳輸?shù)胶綐?biāo)管理部門的監(jiān)控中心進(jìn)行處理形成各項(xiàng)可讀數(shù)據(jù)，管理者通過用戶端軟件就可以獲取航標(biāo)燈器參數(shù)及位置信息，也可以通過用戶端軟件對(duì)燈器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

目前，世界上成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的GPS系統(tǒng)，中國(guó)的北斗系統(tǒng)，俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)，歐洲的伽利略系統(tǒng)。以往的航標(biāo)管理模式主要以GPS定位系統(tǒng)與航標(biāo)有機(jī)結(jié)合，一般是以移動(dòng)公共網(wǎng)絡(luò)（如GPRS、CDMA、3G、4G等）作為數(shù)據(jù)傳輸信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)航標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，因此 GPS航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)在通訊基站覆蓋的區(qū)域，信號(hào)較穩(wěn)定，但是GPS系統(tǒng)非我國(guó)自主控制，容易受到政治、戰(zhàn)略或地震災(zāi)害突發(fā)事件損壞公網(wǎng)通訊等因素的影響。在交通運(yùn)輸部的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)和統(tǒng)一部署下，海事系統(tǒng)結(jié)合海事監(jiān)管和航海保障業(yè)務(wù)，致力于推動(dòng)我國(guó)北斗系統(tǒng)在海上的應(yīng)用和發(fā)展，北斗系統(tǒng)在航標(biāo)遙測(cè)遙控中的應(yīng)用就是其中的一方面[1]。

1 高欄航標(biāo)管理站的基本情況

高欄港位于珠海市西南端，是珠海市最大的深水港，高欄港水域處于珠江出海口，范圍北起崖門大橋，南朝南海，東至小青洲島，西望臺(tái)山海域，處于淡水與海水交匯地帶。高欄航標(biāo)管理站隸屬于交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州航標(biāo)處，位于珠海市高欄島西側(cè)，主要負(fù)責(zé)高欄港和灣仔水域的航標(biāo)巡檢、維護(hù)、應(yīng)急和年度保養(yǎng)工作。近幾年，高欄港高速發(fā)展，航標(biāo)數(shù)逐年增長(zhǎng)，截止至2020年1月，高欄站分管公用標(biāo)96座（其中燈樁9座，導(dǎo)標(biāo)4座，燈浮標(biāo)77座，雷達(dá)信號(hào)標(biāo)1座，AIS航標(biāo)5座），專用標(biāo)99座（其中燈樁18座，燈浮標(biāo)65座， AIS航標(biāo)16座），共195座，另有1座燈塔和7座燈樁已經(jīng)建成，待驗(yàn)收交付。目前，高欄航標(biāo)管理站分管的所有航標(biāo)都已經(jīng)接入了南海航保中心航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用戶端遠(yuǎn)程對(duì)航標(biāo)燈器參數(shù)及位置信息獲取和控制。

2 北斗系統(tǒng)航標(biāo)燈器在高欄港水域的應(yīng)用

此前，該航標(biāo)管理單位使用的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)安裝的是GPS航標(biāo)遙測(cè)遙控終端，其采用的是GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號(hào)為定位數(shù)據(jù)采集源，并通過公共通信網(wǎng)絡(luò)傳輸燈器相關(guān)數(shù)據(jù)，因此在通訊基站覆蓋的區(qū)域，信號(hào)較穩(wěn)定 。但GPS系統(tǒng)并非我國(guó)自有，不受我國(guó)自主控制，容易受到國(guó)際因素的影響，并且在遠(yuǎn)海或者遠(yuǎn)離大陸的海島等一些公共通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸受到一定的局限[2]。

為響應(yīng)國(guó)家關(guān)于加強(qiáng)北斗系統(tǒng)應(yīng)用的號(hào)召，促進(jìn)“北斗+航保”融合及應(yīng)用，南海航保中心及廣州航標(biāo)處一直致力于北斗系統(tǒng)在航標(biāo)遙測(cè)遙控中的應(yīng)用。按照南海航保中心關(guān)于粵港澳大灣區(qū)航海保障的統(tǒng)一部署：主要航道航標(biāo)北斗遙測(cè)將實(shí)現(xiàn)全覆蓋。2019年7月開始，廣州航標(biāo)處在高欄航標(biāo)站投放一批北斗系統(tǒng)遙測(cè)遙控航標(biāo)燈器共99座，其中廊坊市某公司HH-130-BD型一體化航標(biāo)燈57座，福建某公司MYGPS-212型分體化航標(biāo)燈16座，上海某公司分體化航標(biāo)燈器WM-BSL150A型2座，一體化航標(biāo)燈器WM-SSP4-BD型24座。

2.1 燈器簡(jiǎn)介

（1）HH-130-BD型航標(biāo)燈，遙測(cè)遙控定位模塊與燈器、電池等集于一體，與燈器共同使用內(nèi)置電池，安裝方便且占位小。該類型航標(biāo)燈將BD1、BD2集成于燈器控制系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了用BD1通訊功能，主要針對(duì)GPRS和AIS無覆蓋區(qū)域，通訊可靠穩(wěn)定，自主性強(qiáng)，在特殊區(qū)域和特殊時(shí)期對(duì)航海助航具有獨(dú)特作用。包含了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)209種燈質(zhì)和國(guó)內(nèi)256種燈質(zhì)，具有遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)亮度和改變燈質(zhì)的功能。射程：＞5海里；電源電壓：4.5～19V；靜態(tài)電流：≤20mA；工作電流（遠(yuǎn)程可調(diào)）：紅、黃色350～400mA，綠、白、藍(lán)色300～420mA；光控開關(guān)：300±100LX；電池容量：100Ah；太陽(yáng)能充電板功率7W＊4；溫度范圍：-35～75℃。

（2）MYGPS-212型航標(biāo)燈，是分體式航標(biāo)燈，即需要燈器與電池及太陽(yáng)能板分開。燈器內(nèi)置GPS/北斗雙模定位和GPRS或北斗短報(bào)文通信模塊，適用于海區(qū)各種小型固定和浮動(dòng)助航標(biāo)志。該類型燈器具備同步閃功能，有256種燈質(zhì)可供用戶選擇，用戶可以通過專用紅外遙控器設(shè)置燈器燈質(zhì)。額定電壓：DC12V；靜態(tài)電流：≤5mA；燈器功率：3～7W（可調(diào)）；射程：4海里（可調(diào)）；日光閥開關(guān)：300±50LX；工作溫度：-35～70°C.

（3）WM-SSP4-BD型航標(biāo)燈，是一款集北斗定位模塊與燈器、電池等于一體的小型航標(biāo)燈器，輕便靈巧，安裝方便。該類型燈器具備同步閃功能，有利于更加清晰地標(biāo)示航道界限，為船舶提供更加安全的航行保障。工作電壓：DC 12V；平均功耗：4W（每層）；最大視距：6海里；工作溫度：-30～70°C；日光閥開關(guān)：300±50LX。

按照廣州航標(biāo)處計(jì)劃，HH-130-BD型航標(biāo)燈主要安裝在海管區(qū)域的燈浮及高欄港主航道11#至50#燈浮上，MYGPS-212型航標(biāo)燈主要在高欄港主航道A1#至10#燈浮上，WM-SSP4-BD型一體化航標(biāo)燈主要安裝在粵電金灣風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域燈浮和廣海灣惰性物料處理區(qū)燈浮上，另有4座安裝在了三角山南、大襟島南灣村、大襟島北灣村、長(zhǎng)咀燈樁上，2座WM-BSL150A型分體化航標(biāo)燈安裝在下水排和鳳尾咀燈樁上。海管燈浮區(qū)、粵電金灣風(fēng)電場(chǎng)燈浮區(qū)及高欄港主航道A1#至10#區(qū)域位置離陸地較遠(yuǎn)，公共網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱，甚至為0，且常年風(fēng)浪大海流急，是高欄港海況較為惡劣的海域，三個(gè)區(qū)域分別安裝了三個(gè)品牌的航標(biāo)燈，恰好能檢驗(yàn)不同燈器在高欄水域的適用情況，為下一步北斗系統(tǒng)航標(biāo)燈全面覆蓋高欄港區(qū)提供借鑒。

2.2 使用反饋

（1）HH-130-BD型航標(biāo)燈：①北斗通訊信號(hào)穩(wěn)定 。該型號(hào)燈器在投放使用初期，在海管燈浮區(qū)，除個(gè)別燈器陰雨天偶爾會(huì)有遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)返回不及時(shí)現(xiàn)象外，其他燈器通訊狀況良好，有效解決了海管燈浮區(qū)公共網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱問題，主航道11#至50#燈浮上安裝的該型號(hào)燈器通訊信號(hào)穩(wěn)定。②定位精準(zhǔn)。北斗系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)與工作人員在現(xiàn)場(chǎng)用手持GPS定位儀獲取的數(shù)據(jù)基本一致。③燈器工作狀態(tài)良好，遙測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，能準(zhǔn)確反應(yīng)燈器工作狀況。④燈質(zhì)設(shè)置方式靈活多樣。該類型航標(biāo)燈常規(guī)的手動(dòng)撥碼和遙測(cè)遙控平臺(tái)設(shè)置燈質(zhì)方式外，還可以通過北斗手持機(jī)發(fā)送報(bào)文信息的方式進(jìn)行燈質(zhì)調(diào)節(jié)。⑤維護(hù)便利。該型號(hào)一體化航標(biāo)燈安裝、更換方便，極大縮短工作人員在燈浮上的工作時(shí)間，降低惡劣天氣海況時(shí)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。巡檢人員在距離標(biāo)體100米范圍以內(nèi)，通過按動(dòng)燈器遙檢器紅色按鈕即可查看燈器是否發(fā)光，提高了巡檢效率。故該類型航標(biāo)燈適用于高欄港水域。

（2）MYGPS-212型航標(biāo)燈：①燈質(zhì)變動(dòng)。在投入使用的第一個(gè)月，通過遙測(cè)遙控平臺(tái)發(fā)現(xiàn)有7座燈器燈質(zhì)由聯(lián)閃（2）6秒跳變?yōu)閱伍W4秒，與廠方技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)情況屬實(shí)，技術(shù)員將發(fā)生燈質(zhì)跳變的燈器返廠檢測(cè)，其余燈器繼續(xù)使用并跟蹤觀察。一個(gè)月后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)燈質(zhì)變動(dòng)現(xiàn)象，廠方技術(shù)員故障排查后對(duì)該類型燈器的燈質(zhì)設(shè)置項(xiàng)進(jìn)行了程序優(yōu)化，程序優(yōu)化后的燈器再未出現(xiàn)燈質(zhì)變動(dòng)現(xiàn)象。②定位精準(zhǔn)，遙測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。升級(jí)后的燈器安裝在海況相對(duì)平靜的港內(nèi)水域，北斗信號(hào)穩(wěn)定，定位精準(zhǔn)，燈器工作狀態(tài)良好，遙測(cè)數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反應(yīng)燈器該工作狀況。故該類型燈器更適用于海況相對(duì)平靜的水域。

（3）WM-SSP4-BD一體化航標(biāo)燈：①通訊性能差。按照設(shè)定的報(bào)文間隔應(yīng)該是每小時(shí)一條遙測(cè)數(shù)據(jù)，但實(shí)際使用的過程中航標(biāo)遙測(cè)遙控平臺(tái)一天往往只能收到幾條遙測(cè)數(shù)據(jù)，特別是天氣不好，海況惡劣，數(shù)據(jù)傳輸容易丟失，有時(shí)連續(xù)兩三天才會(huì)收到一條數(shù)據(jù)，遙控成功率更低。②抗風(fēng)浪抗抖動(dòng)性能差，燈質(zhì)變動(dòng)。大風(fēng)浪天，航標(biāo)搖擺劇烈或者吊放航標(biāo)時(shí)不可避免的磕碰震動(dòng)等，都可能造成燈質(zhì)變動(dòng)，出現(xiàn)日光或定光現(xiàn)象。③電壓衰減。部分燈器剛使用時(shí)電壓達(dá)到正常的12V，隨著使用時(shí)間推移，燈器電壓衰減，一周后11.5V，一個(gè)月后只有10V左右，甚至更低。④遙測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。個(gè)別燈器能正常發(fā)光，但是遙測(cè)遙控平臺(tái)獲取的電流為0。⑤防水性能差。雨后巡檢，發(fā)現(xiàn)個(gè)別燈器燈罩內(nèi)有水珠。⑥定位精準(zhǔn)。截止到2020年3月份，安裝在燈樁上的該類型燈器以及WM-BSL150A型分體化燈器，定位精準(zhǔn)。故WM-SSP4-BD航標(biāo)燈和WM-BSL150A型燈器較適用于無劇烈晃動(dòng)的場(chǎng)所，比如燈樁、燈塔。

3 總結(jié)與建議

北斗系統(tǒng)采用的是短報(bào)文通訊方式，傳輸數(shù)據(jù)不通過三方運(yùn)營(yíng)商，而是通過北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)直接傳輸?shù)奖O(jiān)控服務(wù)器后臺(tái)，有效杜絕了數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟失。由于采用短報(bào)文通訊模式 ，所以為了避免過多占用資源和降低能耗，按照協(xié)議，通訊頻次設(shè)置較低，比如HH-130-BD型航標(biāo)燈設(shè)置為每半個(gè)小時(shí)一次，MYGPS-212和WM-SSP4-BD及WM-BSL150A型航標(biāo)燈設(shè)置為每小時(shí)一次。如果海況惡劣浮標(biāo)晃動(dòng)劇烈在低仰角時(shí)數(shù)據(jù)傳輸會(huì)出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，造成遙測(cè)遙控平臺(tái)一天只收到幾條遙測(cè)數(shù)據(jù)甚至幾天才收到一條遙測(cè)數(shù)據(jù)，一方面使得航標(biāo)管理人員不能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握航標(biāo)信息，另一方面一旦發(fā)生燈浮被船碰撞事故，難于確定事故時(shí)間，對(duì)查找事故船舶和索賠造成一定難度[3]。

經(jīng)過半年的使用和觀察，北斗系統(tǒng)航標(biāo)燈在高欄水域使用是可行的，為進(jìn)一步在高欄港水域推廣北斗系統(tǒng)航標(biāo)燈，實(shí)現(xiàn)主要航道航標(biāo)北斗遙測(cè)全覆蓋。建議：①選擇北斗通訊能力強(qiáng)的燈器。②根據(jù)實(shí)際的工作情況，通訊間隔可設(shè)置。③在海況惡劣區(qū)域應(yīng)選擇制造工藝高的燈器，耐震防搖、密封防水。