無人遙控測量船遠程圖傳系統研究與應用

馬新國 黃漢邦 胡思航

摘要：受十年禁漁期及漁民上岸等政策影響，長江岳陽航道測繪中心對無人遙控船測量的需求日益增大，而自主研發的測量船測深儀遠程連接系統中連接圖像清晰度較差，信號接收延時高易掉線等問題。為滿足日常測繪需要，需提高測量效率及測量成果質量，我中心基于新型數據網橋設備作為測深儀圖傳控制。通過基站模塊、船載監控模塊實現系統的設計。實驗結果表明，基于新型數據網橋設備的無人遙控測量船測深儀遠程系統具有連接簡單、信號穩定、延遲低等特點，能夠滿足日常無人船在航道測量中對測深儀監控需求。

關鍵詞：新型數據網橋設備;圖傳控制;遠程系統

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0063-04

1概述

1.1研究背景及研究必要性

長江航道自主研發無人船較早，走在國內前列，但是基礎研發能力與專業研發機構有一定差距，作為最早將無人遙控測量船實際應用于實際生產中的單位，岳陽航道測繪中心取得了大量的實踐數據。長江岳陽航道測繪中心無人遙控測量船原先采用4G 網絡數據傳輸系統進行實時監控，但在實際測量應用中數據傳輸系統實時監控并不理想，造成4G 網絡經常掉線原因如下：

（1）由于岳陽處轄區地處兩省交界，網絡信號太差。在測量過程中，測深設備無法實時監控，不能保證測量成果。

（2）無人遙控測量船的遠程監控數據功率覆蓋低，艙內信號密閉，無法通暢發射和接收信號，在實際測量中很容易超出測量范圍，不利于測量安全。

網絡掉線引起監控畫面丟失，其造成影響如下：

（1）無法實時監測測深儀是否正常運行。

（2）在數據采集過程遇到水流紊亂導致測量數據不佳等相關問題時，不能通過遠程桌面及時對測深儀進行設置。

（3）實時監測水深斷開，將無法預判無人遙控測量船擱淺碰撞等狀況并及時進行干預措施。

基于存在的問題，需通過對無人遙控測量船數據系統進行升級改造，以進一步優化無人遙控測量船性能，便于日常使用。

1.2主要研究目標

無人遙控測量船已實現了遠程控制、自動導航、主動避碰、精確測量、遠程數據傳輸等多種功能，且船舶浮性、穩性、防水性等綜合性能適應長江航道各種工況環境。但在實際應用中，遠程數據系統存在一些問題，準備通過對無人遙控測量船數據系統進行升級，解決在兩省交界特殊環境下的網絡數據鏈接問題。

基于上述優化需求，確定本項目研究主要內容為：無人遙控測量船遠程圖傳系統研究與應用。

通過數據系統升級后的無人遙控測量船應該滿足以下技術指標：

（1）數據鏈要求傳輸距離在2KM 以上，傳輸速度4Mbps 以上。

（2）傳輸要求穩定，搭配2個以上大功率 PA 射頻功放，可實現2-3公里點對點及點對多點傳輸。

（3）供電輸出方便與船舶使用，滿足12V 供電要求。

（4）滿足最低室外防護等級標準，有一定的防水、防塵、防凍、抗高溫的能力，適應工作溫度在-10°至55°之間。

（5）方便電腦查看數據情況。

基于上述存在的問題，需通過對無人遙控測量船數據系統的升級改造，進一步優化無人遙控測量船的使用。為解決測量船測深儀遠程連接系統中連接圖像清晰度較差，信號接收延時高易掉線等問題，我中心積極研究，探索各項遠程監控系統，結合日常測量過程中遇到的各種無人船遠程過程中出現的問題，最終采用基于新型數據網橋設備作為測深儀圖傳控制，該系統突破原本受網絡供應商基站信號影響，即使在完全沒有網絡信號區域也能通過網橋設備實現遠距離圖傳控制，且穩定性高、延遲低等特點，對于長江航道無人遙測具有重要意義。

2系統總體設計

本系統結合日常測量工作實際，基于現有無人遙控測量網絡通信主要存在以下幾個問題：

（1）由于岳陽處轄區，地處兩省交界，長江兩岸網絡供應商基站架設密度低，網絡信號太差。在測量過程中，測深設備網絡經常掉線，不能實時監控，難以保證測量成果;

（2）艙內信號密閉，無法通暢發射和接收信號。

基于上述存在的問題，結合現有通訊技術，通過新型數據網橋設備對無人遙控測量船數據傳輸系統的改造，可實現大范圍內無人遙控測量船測深系統遠程監控功能。

選擇的岸端無線基站具有體積小，便捷攜帶、續航時間長，并內置無線 WIFI 傳輸的功能特點。它輕量化的殼體設計，可單手攜帶，防護等級達到 IP66，防跌落強度為1m;同時內置 WIFI 路由模塊，有線和無線均可進行連接。

選擇的船端圖傳設備具有設備小巧、防凍抗高溫的能力，固定安裝在無人測量船內部，使用12V 直流供電，通過兩根通訊天線與岸端無線基站連接。

通過船端圖傳設備及岸端無線基站實現遠程監控測深儀系統，實時監控測深儀狀態，避免出現測深系統故障后，測量人員無法及時發現，影響測量工作效率。

3主要功能及試驗結果與分析

3.1主要功能實現

無人遙控測量船遠程圖傳系統主要考核該系統以下指標：系統傳輸距離與速率、設備工作溫度對系統的影響、設備功耗。

3.2試驗結果與分析比對

為確保設備系統滿足航道測量需求，對其進行了為期5個月的實際測試，結合實際測量進行了多次的設備調試測試效果如下：

3.2.1傳輸距離與速率

設備無線連接完成后遠程桌面連接成功，在遠程監控電腦端打開 PCTATCP 軟件，輸入測試命令，默認情況下，單個數據包的大小為8192，數據包的個數為2048。此時，從無人船船載測深電腦到遠程監控電腦的 TCP 傳輸速度為2311.71KB/s。滿足傳輸速度4Mbps （512KB/s）以上的要求。

3.2.2設備工作溫度對系統的影響

在設備通電成功后，遠程桌面連接成功，通過紅外線測溫儀進行量測無人船艙內溫度，通過早中晚溫度對比（如下表3），查看遠程桌面連接是否斷開。

在通過五個月的試驗，在日常測量工作環境下，設備系統運轉正常，未出現因設備高溫而斷線的情況。3.2.3設備功耗

中心無人船航測1號搭載60AH 鋰電池，將船端圖傳設備電源適配器插上無人船12V 電源輸出排插，船端圖傳設備正常啟動，遠程桌面連接成功（圖1）。通

過實際測試，充滿電情況下整個系統可連續工作20小時，可滿足日常航道測量生產作業需求。

4項目研究成果

4.1研究取得的主要成果

無人遙控測量船數據系統升級技術研究用新型船端圖傳設備和岸端無線基站，實現了專網點對點通信，解決了以往遠程圖傳桌面易斷開、無法實時監控的情況，極大的提高了生產效率和船舶自身安全。

4.2研究成果技術參數

（1）數據鏈要求傳輸距離在2KM 以上，傳輸速度4Mbps 以上。

（2）傳輸要求穩定，搭配2個以上大功率 PA 射頻功放，可實現5公里點對點及點對多點傳輸。

（3）供電輸出方便與船舶使用，滿足12V 供電要求。

（4）滿足最低室外防護等級標準，有一定的防水、防塵、防凍、抗高溫的能力，適應工作溫度在-10℃至60℃之間。

4.3技術創新點

通過使用新型船端圖傳設備和岸端無線基站，將原有的遠程圖傳桌面由2KM 提高到5KM，傳輸速度穩定，極大的提高了測量實時監控的范圍。

5成果應用情況

項目組將研究成果在遙測3號無人測量船進行了應用，并于2021年10月起在長江岳陽航道處航道測繪中心正式投入應用。使用無人遙控測量船搭載測深儀 HY1601和 GNSS 定位系統進行淺區補淺和碼頭測量。應用無人遙控測量船新設備進行枯水期補淺任務，參與完成了洞庭湖口邊灘補淺、糧庫碼頭測量、界牌2#丁壩補淺等航道測量。實地測量照片如下（圖2至圖6）：

6經濟和環境效益分析

6.1經濟效益

（1）使用無人遙控測量船在改造升級之前，使用4G 網絡進行遠程桌面實時監控，測量過程中因斷網掉線導致無法實時監控，無人遙控測量船水深記錄無法保證，經常重復測量，在數據系統升級改造以后，網絡連接穩定，能夠全程實時監控，減少了重復測量及人工，提高了工作效率。

（2）數據系統升級后的無人遙控測量船減少重復測量次數之后，燃油消耗減少，降低了測量成本。

（3）在進行工程區測量時，數據系統升級后的無人遙控測量船多次使用，降低了測量快艇在工程區損壞螺旋槳和尾軸幾率，保證了大型測量快艇的安全，提高測量工作的安全可靠性。

6.2環境效益

無人遙控測量船動力為汽油發動機，使用燃料為汽油，對比大型測量快艇的柴油發動機所使用的燃料柴油，具有一定的清潔環保效益，數據系統升級后的無人遙控測量船使用率大大提升，降低了大型測量快艇的測量使用，減少了柴油使用，降低長江碳排放污染。

7存在的問題與后期優化建議

（1）改進船控系統模塊，用來代替飛控模塊，解決飛控模塊功能單一、接口不豐富、參數調整不理想的問題，使之更加適用于現代無人遙控測量船的控制。

（2）使用一體化地面站代替遙控手柄，簡化操作按鍵，實現將岸端計算機、手操柄、數據鏈設備的集成，提高無人遙控測量船執行命令的準確性。

（3）現有移動 GNSS 設備防水等級不夠高，在測量過程中容易造成設備進水，建議集成小型 GNSS 接收機，具有防水防雷等功能。

8應用前景及效果

長江岳陽航道測繪中心通過5個月的實際工作對無人遙控測量船遠程圖傳系統研究與應用，通過不斷改進系統設備調試，目前該系統操作簡單、信號穩定，能實現遠程監控無人船測深系統。在網絡信號不穩定甚至無網絡信號江面，能夠完成測量過程實時監控對于長江航道數字化航道建設，航道測繪遙測具有重要的意義，值得推廣并使用。

長江岳陽航道測繪中心遙控測量船遠程圖傳系統已用于2021年度整治建筑物觀測、碼頭工程等多項測量任務，在這過程中無人遙控測量船遠程圖傳系統，極大的方便了測量人員的測量工作，未出現儀器設備掉線等問題，進一步提升了航道測量無人船應用技術，為航道測繪公益服務提供技術保障。