海上氣象傳真播發(fā)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)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(diào)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(yù)報(bào)圖等相關(guān)的圖像氣象信息。氣象傳真具有動(dòng)態(tài)直觀、激動(dòng)觀察的特點(diǎn)，能夠更好的實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，對(duì)事前水上安全同行保障和事后應(yīng)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(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效地構(gòu)建一個(gè)自閉環(huán)驗(yàn)證的氣象傳真監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象傳真信息的播發(fā)檢測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)對(duì)比，完成對(duì)氣象數(shù)據(jù)的更高效準(zhǔn)確的應(yīng)用，可以更好的為航海者規(guī)劃最佳航線、規(guī)避航行風(fēng)險(xiǎn)提供重要參考。助力海上交通安全。

關(guān)鍵詞：氣象傳真；播發(fā)監(jiān)測(cè)；航線；數(shù)據(jù)分析

0 引 言

海上船舶航行安全與海洋環(huán)境密切相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shí)準(zhǔn)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(yù)報(bào)情況和警報(bào)等大量有用的海域情報(bào)，對(duì)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(shè)計(jì)重啟了國內(nèi)的海上無線電氣象傳真業(yè)務(wù)，目前已經(jīng)有上海海岸電臺(tái)、廣州海岸電臺(tái)兩個(gè)氣象傳真播發(fā)站臺(tái)，目前兩個(gè)站臺(tái)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)我國承擔(dān)的全球海上遇險(xiǎn)安全系統(tǒng)公海責(zé)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(mào)易增加，船舶數(shù)量增多，航行在我國海域范圍內(nèi)的船舶對(duì)于我國重新開啟的海上氣象傳真業(yè)務(wù)也是越來越關(guān)注，期間也不斷收到相關(guān)用戶的反饋，比如受天氣影響，受播發(fā)發(fā)信機(jī)老化影響，船端接收信號(hào)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(xì)化導(dǎo)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(gòu)建一套自閉環(huán)的海上氣象傳真播發(fā)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤為重要。

本系統(tǒng)以海岸電臺(tái)發(fā)信臺(tái)為中心，通過在不同方向不同距離建設(shè)岸用氣象傳真監(jiān)測(cè)接收終端，從多方向多距離上多頻點(diǎn)上第一時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣象傳真信號(hào)接收情況，并通過對(duì)收發(fā)報(bào)文數(shù)據(jù)比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)播發(fā)問題，調(diào)整發(fā)信機(jī)部署策略，有效保證電臺(tái)氣象傳真報(bào)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(qiáng)我國國際履約能力。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)通過現(xiàn)有的海岸電臺(tái)無線電氣象傳真信息源推送系統(tǒng)進(jìn)行海上氣象傳真信息播發(fā)。以上氣象傳真信息可以同時(shí)被建設(shè)的兩個(gè)站點(diǎn)同步接收，并通過IP轉(zhuǎn)換或者網(wǎng)絡(luò)控制單元及遠(yuǎn)程控制器發(fā)送給后臺(tái)分析平臺(tái)的海上氣象傳真接收監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。系統(tǒng)軟件對(duì)近距離以及遠(yuǎn)距離上2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣象傳真數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和打印等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海岸電臺(tái)氣象傳真發(fā)信機(jī)播發(fā)狀況及發(fā)射距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和管理。

2 氣象傳真岸臺(tái)接收機(jī)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接收站點(diǎn)設(shè)計(jì)有專用的岸用版本海上氣象傳真接收機(jī)，其相較于傳統(tǒng)的氣象傳真接收機(jī)具備有更加獨(dú)立的電源模塊以及完整的網(wǎng)絡(luò)通訊單元，配合定制化的軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)接收頻道的修改，具有更高的可操控性行。

氣象傳真接收機(jī)岸用版設(shè)備采用安卓操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，主要接收組件采用軟件無線電方式進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，硬件緊湊先進(jìn)，主機(jī)如圖3所示，其具體結(jié)構(gòu)可以如圖4所示，通過10.1英寸的觸摸屏進(jìn)行全面操作控制，并且針對(duì)性的開發(fā)了數(shù)據(jù)上傳以及存儲(chǔ)應(yīng)用，同時(shí)還支持遠(yuǎn)程頻道修改的功能，對(duì)于系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建非常關(guān)鍵。

氣象傳真接收機(jī)基本接收原理是通過氣象傳真接收天線，對(duì)無線電波進(jìn)行接收，然后通過FPGA（軟件無線電）進(jìn)行信號(hào)處理，處理過的信號(hào)獲取到氣象傳真數(shù)據(jù)后交由ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，并最終通過安卓系統(tǒng)的主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及應(yīng)用處理后分發(fā)，各個(gè)主控板之間通過串口進(jìn)行通訊協(xié)議的控制，協(xié)調(diào)一致，具體原理可以如圖5所示，完整的信號(hào)解析實(shí)現(xiàn)以及控制系統(tǒng)保證了整個(gè)接收機(jī)的流暢運(yùn)行，并且可以實(shí)現(xiàn)很好的人機(jī)交互界面，方便用戶實(shí)際操作。

2.1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)利用岸臺(tái)進(jìn)行接收站點(diǎn)的建設(shè)，最后通過網(wǎng)絡(luò)將接收站點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端進(jìn)行匯總分析，分析結(jié)果可以通過建設(shè)的后臺(tái)管理平臺(tái)進(jìn)行登錄查看，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、查詢方便的特點(diǎn)，對(duì)管理發(fā)信機(jī)的實(shí)際發(fā)射狀態(tài)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理問題。

2.2 接收站點(diǎn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接收站點(diǎn)目前主要是2個(gè)，通過南北兩個(gè)遠(yuǎn)近距離不等的站點(diǎn)建設(shè)，在不通頻點(diǎn)上測(cè)試發(fā)信臺(tái)對(duì)不通頻點(diǎn)上海上氣象傳真信息報(bào)文的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行及時(shí)解析上傳，構(gòu)建一個(gè)自閉環(huán)的系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)通訊模式

氣象傳真接收機(jī)通過接收天線對(duì)無線電信號(hào)進(jìn)行接收，同時(shí)調(diào)制解調(diào)解析成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)文以及圖片，然后將數(shù)據(jù)通過FTP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器上。服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，然后通過開放后臺(tái)訪問接口，并開發(fā)設(shè)計(jì)前端網(wǎng)站，這樣用戶可以通過對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行認(rèn)證訪問，對(duì)接收到的氣象傳真數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，并針對(duì)性的進(jìn)行分析。

2.4 后臺(tái)分析平臺(tái)

本系統(tǒng)通過構(gòu)建后臺(tái)服務(wù)分析平臺(tái)，對(duì)接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，用戶則通過網(wǎng)站進(jìn)行登錄訪問（如圖6所示），查詢當(dāng)前發(fā)射接收情況，通過原發(fā)射圖和接收?qǐng)D比對(duì)，及時(shí)改善播發(fā)效果，上報(bào)處理發(fā)現(xiàn)的發(fā)射問題。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)建設(shè)岸基海上氣象傳真信息報(bào)文接收系統(tǒng)，接收岸臺(tái)發(fā)送的海上氣象傳真信息，與發(fā)送的原始報(bào)文進(jìn)行比對(duì)，自閉環(huán)驗(yàn)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(shù)據(jù)收集積累，驗(yàn)證研究氣象傳真發(fā)送系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)性地對(duì)收發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。

海上氣象傳真信息播發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過有效的自閉環(huán)驗(yàn)證手段，完善了海上氣象傳真播發(fā)系統(tǒng)，對(duì)于船舶航行安全具有非常重要的社會(huì)意義。并且可以分析發(fā)射的效率以及準(zhǔn)確性，對(duì)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(huì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 祝秋波.海上無線電氣象傳真系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)技術(shù)擴(kuò)展[J].航海，2019（06）.