航标遥测遥控系统中北斗卫星通信技术的应用研究
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摘 要：航标遥测遥控系统是基于物联网实现的航标管理系统，在航标运行维护中具有重要作用，应用北斗卫星通信技术可以对其功能性能进行进一步完善。文章首先对航标遥测遥控系统应用现状进行介绍，分析北斗卫星通信技术的应用优势，进而研究其在航标遥测遥控系统中的设计应用方法。
关键词：航标 遥测遥控系统 北斗卫星通信
海上通航安全是一切海运活动的重要前提，在我国海运规模的快速提升下，需要对航海保障能力做出进一步提高。目前航标遥测遥控系统已经在海域航行中得到了较为广泛的应用，其监测系统主要采用GPS和GPRS通信技术，由于GPRS信号覆盖范围较小，难以实现对远距离航标的遥测和遥控。应用北斗卫星通信技术可以解决这一问题。
1.航标遥測遥控系统的应用现状
在数字航标建设要求下，遥测遥控技术得到广泛应用，并成为构建新一代航标管理系统的核心技术。在航标遥测遥控技术的应用，可以显著改善航标管理效率，提高其公共服务能力，对于营造一个安全、高效的海上通航环境具有重要意义。从目前航标遥测遥控系统的应用情况来看，其主要功能包括航标监控、工作状态报警、供电设备自动控制等。采用的自动化检测技术主要包括可编程控制器（PLC）、遥控终端（RTU）、蜂窝电话（NMT）、卫星通信技术等。其中，国外数字航标系统的建设起步较早，在上世纪90年代就开始构建航标遥测遥控系统。我国航标遥测遥控系统的建设和研究则起步于2000年，目前主要应用区域为北方海区。从目前国内的航标遥测遥控系统应用情况来看，仍然存在许多未解决的技术问题，比如在渤海部分海域存在孤立危险物灯浮标，系统无法依靠传统通信技术解决通信问题。为了解决航标遥测遥控系统实际存在的问题，北斗卫星通信技术的应用逐渐受到了关注。
2.北斗卫星通信技术的应用优势
有我国自主研发的北斗卫星通信系统，不仅具有与全球卫星通信系统（GPS）相当的定位和导航服务功能，还具有双向通信功能，采用短报文进行通信，信号可覆盖全国各地及亚太大部分地区，解决GPRS信号无覆盖领域的通信问题。根据《北海航海保障中心发展战略（2013-2020）》，预计到2020年时，可全面建成功能完善、技术先进、布局合理、运转协调、响应及时的综合航海保障体系，具备现代化航海保障功能，提供全时域的综合保障服务。为实现这一战略发展目标，需要不断提升航标管理维护效率。其中，卫星导航和通信系统的应用，是构建层级递进立体式助航网络的关键。我国北斗卫星通信系统是分阶段演进卫星系统，定位精确，可提供精密的授时服务，通信信号覆盖范围广，可以充分满足航标遥测遥控系统的应用需求。特别是在解决偏远航标远程测控管理问题方面，具有明显的应用优势，可促进我国航标遥测遥控系统技术水平的进一步提升。
3.北斗卫星通信技术在航标遥测遥控系统中的设计应用
3.1应用原理
北斗卫星通信技术在航标遥测遥控系统中的应用，主要是为了解决遥测遥控系统的远程通信问题。系统整体设计与一般遥测遥控系统的原理相同，主要由信息监控平台、遥测遥控终端设备等部分组成。航标遥测遥控终端设备通过安装数据采集装置，可以自动获取航标工作状态。然后对采集到的数据进行封装，通过通信系统进行发送。在北斗卫星通信技术的应用下，则利用北斗卫星通信模块发送经过封装的信息数据，经过卫星传输网络，发送到北斗卫星服务器，由服务器对受到的数据信息进行解码，然后发送给代理服务器。经过数据过滤后，将航标信息保存到系统数据库中。此外，服务器会对接收到的航标遥测遥控终端设备返回信息进行定期检测，开展数据有效性处理等工作，将结果保存在数据库中，方便用户进行调用。在系统使用过程中，用户可直接登录Web界面，查询航标终端发送的遥测遥控数据，并发送遥测遥控指令。由代理服务器接对待发送指令进行实时监测，对其进行重新封装，然后通过指定端口发送。北斗卫星服务器接收到指令数据后，通过通信网络发送给目标终端设备，由终端设备解码，并执行相应的指令。
3.2系统架构设计
在系统架构设计过程中，考虑到航标遥测遥控系统本身具有较为复杂的功能结构，需要处理好被动卫星通信模块在航标遥测遥控系统中的嵌入方式。航标遥测遥控系统的功能结构主要包括网络平台、高带宽接入软件平台、包括机房在内的硬件系统等。需要具备的功能包括网络管理与服务功能、服务器系统功能、应用软件管理功能、数据存储管理功能和自动检测功能等。因此，在北斗卫星通信技术的应用过程中，可采用SAN架构模式，组建航标遥测遥控系统，实现各系统功能模块之间的互联互通，为通信功能的正常使用提供支持。从RAID存储数据到北斗卫星通信网的数据传输向来看，主要经过北斗卫星服务管理器、报文组织模块、虚通道Buf、光纤链路接口，达到北斗卫星通信网。北斗卫星通信网向RAID存储模块的信息发送则为逆过程，其中报文组织模块替换为报文整合模块，其余不变。在该系统架构设计模式下，可以实现上述通信服务功能。
3.3通信子系统设计
通信自系统设计是北斗卫星通信技术应用的关键，其主要是利用北斗卫星通信网络和航标终端之间的交互，实现信息上传及指令下达。在通信网络接收航标终端信息时，根据系统定义传输通信协议，对信息有效性进行验证，在此过程中需要对信息进行拆包和组包的操作，确保应用程序接收到的信息为完整数据包。在监控终端下达指令数据时，也需要通过验证后传送给航标终端设备。在与应用系统进行通信时，系统首先将接收到的信息，存储在北斗卫星服务器的收发缓存队列中，然后由系统提供程序通信接口。从该接口上传完整的数据信息，被后台应用程序接收，同时将遥控数据传输到服务器发送队列，利用北斗通信网络发送给航标终端。用户使用过程中，系统提供了Web交互界面接口，用于接收Web程序下发的终端信息数据及终端反馈信息技术，以可视化的方式呈现在用户面前，方便用户进行航标远程管理。
3.4系统运行机制
在北斗卫星通信技术的应用下，航标遥测遥控系统中的北斗通信模块负责与北斗卫星通信系统交换信息数据。包括将航标终端信从北斗通信系统中提取出来，并将Web接口发送指令传送到北斗通信系统的等待队列中。在整个通信过程中，通过北斗通信模块与卫星通信系统之间的交互，可顺利完成航标信息、指令信息的传递工作，解决传统通信模式下信号覆盖不全面、存在信息孤岛等问题。用户只需要面对Web操作界面和应用服务器完成数据的上传、下载，即可实现航标遥测遥控等功能。目前北斗二代卫星导航系统已经进入应用阶段，通信功能更加完善，将北斗卫星应用系统运用到航标遥测遥控中，可以突破其技术瓶颈，并为信息数据安全提供保障。因此，北斗卫星通信技术是解决原理海岸航标智能化管理的关键技术。
综上所述，北斗卫星通信技术在航标遥测遥控系统中的应用具有多方面优势，可以解决传统通信技术中存在的问题，为通信服务质量提供保障。在我国北斗卫星通信技术的快速发展下，其能够发挥的价值也越开越重要，对于推动航标遥测遥控技术升级具有重要意义。
参考文献：
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