【摘要】本文通过分析长江中游流域网络通信现状，针对现阶段航标遥测遥控网络通信(2G/3G/4G)受地理环境和航道条件制约，在部分流域产生网络通信不稳定和不能及时、有效监控航标技术状况的问题，提出了应用“北斗卫星通信技术”的建议，并探讨其可行性及应用方法，为将北斗卫星通信技术应用于航标遥测遥控提供理论参考。
【关键词】北斗卫星通信技术;航标遥测遥控;网络通信(2G/3G/4G)
1引言
长江中游流域地理环境特殊，航道条件复杂，河道心、边洲滩多，且易受上游来水、来沙和水流影响，航道弯曲狭窄、多变，素有“九曲回肠”之称。地理环境和航道条件制约了网络通信(GPRS)基站覆盖，还影响了网络通信稳定性，对航标及时、有效监控航标技术状况产生了不利影响。基于此，在现阶段网络通信环境情况下，长江岳阳航道处从理论上进行分析对比，借助北斗卫星通信导航系统中的通信功能技术，探讨解决现阶段因4G网络通信的稳定性对航标技术状况及时、有效监控产生的影响。
2北斗卫星通信技术介绍
北斗卫星是我国自主研发、建设和运行的卫星定位系统，随着北斗卫星系统的不断升级，已发展成为可供全球提供定位和数据通信服务系统。系统包括“北斗一号系统”、“北斗二号系统”"和“北斗三号系统”，由空间段、地面段和用户段三部分组成。
2.1北斗卫星通信技术介绍北斗卫星通信技术，即用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信，具有覆盖范围广、
没有通信盲区、信息加密传输安全特点。
2.1.1通信方式
(1)点对点双向通信
北斗卫星系统具有点对点双向数据传输方式。它是以数据包的形式传输，一次发送210个字节，一般用户一次最多可发送110字节信息。
(2)多点对一点通信
与双向通信类似，但通信方式发生改变，主要是采用了指挥机(配置主卡)和分机终端(配置子卡)的方式，实施短报文信息传输，实现多点对一点的通信。
2.1.2通信优点
北斗卫星通信技术具有无盲区、覆盖范围广以及信息传输安全的优点。指挥机(配置主卡)和分机终端(配置子卡)的通信方式，可以获取所有分机终端(配置子卡)的通信数据，且指挥机(配置主卡)可以向其任意分机终端(配置子卡)发送命令或与其进行数据通信。
2.1.3通信缺点
北斗卫星通信主要采用的短报文通信存在其局限性：
1)单次通信容量有限，民用通信容量约120字节左右;
2)通信频度受控，民用通信频度在1min左右
2.1.4北斗卫星通信技术应用实例
(1)北斗卫星在汶川地震中的应用
2008年5月12日14时28分，四川省汶川县发生8.0级特大地震。在震中汶川、北川、理县、卧龙等重灾区的通信完全中断的情况下，首批施救人员通过利用北斗卫星通信技术终端机发出了地震重灾区第一束通讯电波。
(2)澜沧江上湄公河船舶调度管理系统
该管理系统于2002年12月在调度管理系统应用北斗卫星通信技术，很好地解决了航运船舶的调度、指挥和遇险救助问题，通信实时性满足了用户的调度管理需要。
相关期刊推荐：《珠江水运》(半月刊)创刊于1993年，由交通部珠江航务管理局主办。报道水运发展，聚集行业热点，阐释政策法规，剖析水运市场，交流先进经验，推荐前沿技术，介绍优质产品，提供宣传平台。设有：卷首絮语、特稿、论坛、西部、行业纵深、企业纵横、开发建设、水运安全等栏目。
3航标遥测遥控技术应用现状
在数字航道全面建设背景下，长江航道航标遥测遥控技术得到广泛应用，并成为了当前航标管理的核心技术，不仅改变了传统作业方式，还提升了航道维护管理水平和公共益服务能力。但由于航标遥测遥控技术在长江中游航道应用研究相对较晚，以及移动配套通讯网络基础建设还不完善等因素制约，在实际应用过程中还存在一些技术疑难，归纳梳理主要集中表现为网络通信(2G/3G/4G)不能满足航标遥测遥控数据及时传输。具体表现为：航标遥测遥控系统设备处于网络通信不稳定区域，造成遥测遥控系统(指令设备)与航标遥测遥控终端(接收设备)之间无法或延迟获取数据。当无法获取数据时，航标技术状况就不能有效监控;当延迟获取数据时，航标技术状况就不能及时、准确判断。为了解决航标遥测遥控网络通信信号的问题，目前采取了网络通信从2G向4G升级的措施，虽然缓解了长江中游部分区域网络信号的问题，提升了航标遥测遥控监控能力，但特殊地理环境下的网络通信信号差的问题依然存在。
3.1遥测遥控航标灯应用与网络信号现状
为了更好的理清遥测遥控航标灯与网络信号的关系，本文对辖区网络信号现状、遥测遥控航标灯应用现状统计分析。
3.1.1联通网络信号(4G)现状
按《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》要求，辖区开展了移动网络测评工作，以下仅对4G通信信号进行说明。
(1)联通网络信号评级
4G覆盖信号不良等级可分为5个级别，可以理解为：在信号强度>-80dbm时，属于覆盖优秀，代表信号强度好;在-80dbm～90dbm属于覆盖次优，代表信号强度较好;在-90dbm～-100dbm属于覆盖良，代表信号强度正常;在-100dbm～-110dbm属于覆盖中，代表信号强度一般，网络信号存在不稳定性，通讯设备接发布收易受干扰或数据延迟;<-110属于弱覆盖，代表信号强度弱，大部分通讯设备已经不能联网，即使能联也很不稳定。
根据2020年8月中国联通测试报告，区域内4G网络覆盖电平差占比情况分别为：差7.39%，中40.73%，良43.58%，次优8.16%，优0.13%。其中差区域有7处(见图1圆形标记)，中区域7处(见图1矩形标记)。为了便于对比统计分析，本文仅对4G网络覆盖电平区域评级为中和差的进行重点分析和说明(即影响设备正常有效运行的区域)。网络(4G)覆盖电平如图1所示。
圆形标记范围：覆盖电平(差)=-145dBm～-110dBm。
矩形标记范围：覆盖电平(中)=-110dbm～-100dBm。
其他带状：覆盖电平(良、次优、优)=-100dBm～-30dBm。
(2)辖区联通网络信号现状
按相关工作约定，网络通信公司目前已针对2020年测评情况进行了相关技术进行了升级处理，但通过处属各单位实际反馈，截止目前网络信号差的问题依然存在。按图1覆盖电平分布(圆形7处、矩形7处标记范围区域)网络延迟信号尤为突出，且辖区网络信号“中”以下水平占比相对较高，接近50%。
3.1.2辖区航标遥测遥控应用情况
智能监控的判定是以监控系统对遥测遥控航标灯反馈的数据进行识别，实时展现，并对超阈值异常数据以视觉、声讯等形式报警反映。截止目前，辖区已基本实现航标远程智能监控，航标遥测遥控在公用航标覆盖率达100%，根据现有航标遥测遥控报警情况，大体有漂移报警、位移报警、航标灯报警、定位无效报警、电压报警、参数未同步、超时报警等报警设置，但因网络信号延迟或无信号而引起的遥测遥控航标灯报警，其主要报警类别为“超时报警”，故下文主要对“超时报警”一段时间内情况进行统计说明。
3.1.3航标“超时报警”占比排序、数量
对2021年1月1日—4月30日辖区报警数量进行统计，可以看出“超时报警”占比量还处于首要位置，次数达3346次占比41.51%。各类型报警数量占比如图2所示，报警分布如图3所示。
3.1.4航标“超时报警”水道分布
为了更好的判断“超时报警”地理分布位置，利用数字航道辅助决策分析系统对一段时间内“超时报警”所在水道进行了进一步甄别和统计排序，具体情况如图4所示。
通过统计一个周期的“超时报警”，图4分别列举“超时报警”排行前5的水道，从报警数据上排序水道，可以判断出水道与图1联通网络信号标识电平差(圆形7处、矩形7处标记)较差区域的地理分布位置基本一致，如图5所示。
4北斗卫星通信技术在遥测遥控系统中的应用设计思考
综合北斗卫星通信技术介绍和航标遥测遥控基本情况和现状，以及该技术近年在各领域应用实例，可得出北斗卫星通信技术在遥测遥控系统中应用的可行性结论，同时提出在遥测遥控系统中的应用设计思考。
4.1北斗卫星通信技术可行性分析
通过北斗卫星通信技术与4G网络和航标遥测遥控终端应用现状对比，可以看出北斗卫星通信技术无盲区、覆盖范围广和信息传输安全的优点，可以弥补现阶段移动通信网络信号弱或无的问题，也可以缓解现阶段辖区因移动网络原因而引起的航标“超时报警”频次较多的问题，基于此，应用北斗卫星通信技术后，在一定程度上也就提高了航标监控准确率。
另外，北斗通信技术中短报文主动上报方式中的“多点对点”方式，比较符合辖区航标遥测遥控系统现状的通信需求，即指挥机(配置主卡)可以向其任意分机终端(配置子卡)发送命令或与其进行数据通信。
4.2北斗卫星通信技术的缺点对航标应用的影响
4.2.1北斗单次民用通信容量约120字节左右的缺点与航标终端报文通信容量对比分析
(1)应用影响分析
现阶段，航标遥测遥控终端报文短信通信容量设计为小于140Byte，按此设计对比，北斗单次民用通信容量120Byte据略显不足，容量差值为20Byte。因此，可得出以下分析结论：从容量数据限制值上看，预计在满负荷通信容量情况下，北斗民用通信容量还不能满足航标遥测遥控终端设计报文通信需求。
(2)克服不利影响的思路及办法
克服以上不利影响主要有两个思路可供参考:
思路一：据了解，北斗通信短报文服务最大通信容量可达1000Byte(军用)，我们可以通过与北斗通信服务洽谈放宽北斗通信容量的字节限制问题，或者通过购置不同类型北斗卡(满足航标遥测遥控设计报文最大限值的北斗卡)，来解决北斗民用通信容量限制问题。
思路二：可通过规范航标遥测遥控报文长度方式，解决北斗通信容量不满足的影响，即对航标遥测遥控报文按<120Byte控制进行设计。
4.2.2北斗民用通信频度在1min左右缺点与航标终端报文通信频度对比分析
航标遥测遥控终端数据采集及响应时间相关技术标准。通过近年采购航标灯技术参数可获知相关技术指标，主要有：①即时查询数据实际采集时间与报文中上报时间偏差≤2min;②轮询数据、报警数据实际采集时间与报文中上报时间偏差≤5min;③航标运行状态异常到终端主动报警时间≤5min;④指令响应、应答时间≤30min(以终端通信模块或串口收到指令时间为准进行计时);⑤正常情况下，从平台指令下发到收到终端应答时间≤3min。
在网络信号不好的情况下，终端短信功能开启，一般航标是按照不大于120min轮询时间设置，航标异常时报警间隔按不大于15min进行设置;重点航标是按照不大于60min轮询时间设置，航标异常时报警间隔按不大于10min进行设置。
根据航标遥测遥控终端相关标准时限和实际应用设置时限均大于北斗民用通信频度，故可不考虑北斗民用通信频度缺点。
基于北斗通信容量与频度对比分析，其缺点在航标遥测遥控终端通信传递中是可通过相关措施和办法解决的。
4.3应用设计思考
4.3.1遥测遥控系统的组成
利用北斗卫星通信技术“多点对一点”的通信方式和原理，实现的航标遥测遥控系统通信达到航标监测效果。结合北斗卫星通信系统“多点对一点”的模式套用于航标遥测遥控系统中，其组成可以简单的理解为指令系统和接收系统，由数字航道动态监测平台和航标遥测遥控终端组成。
4.3.2接收系统与指令系统的流程
遥测遥控终端上安装的信息检测装置可以检测灯器工作状况，通过遥测遥控终端(子卡)将采集的终端数据指令执行结果封装后，通过北斗卫星通信系统将数据指令转发到指挥机(主卡)，经数据解码后传至数字航道服务器，以供应用服务器调用整合，并将最终结果展示在动态监测平台上供运维人员使用。
运维人员也可通过数字航道动态监测平台、数字航道APP等屏显设施，对指定航标遥测遥控终端(子卡)发送遥测遥控数据指令。数据指令由数字航道服务器向指挥机(主卡)，经过滤编码后，将数据指令发送至北斗通信系统，北斗通信系统再将数据指令传至航标遥测遥控终端(子卡)，由航标遥测遥控终端解码并执行相关数据指令。
4.3.3注意事项
目前数字航道以移动网络通信网络为主建设，且航标终端已大面积采用移动通信4G网络，故北斗通信数据接入应充分考虑数据接入兼容性问题，前期测试应用可以考虑外接北斗通信数据转为数字航道维护平台协议需求数据的解码器。
在无充分数据证明北斗卫星通信技术能解决移动网络信号问题时，应考虑少量测试应用，且尽量使用至移动网络通信网平差较弱区域的部分航标上。
北斗卫星通信技术还未在辖区应用，其通信设备、频率、报文协议、保障可行性等都应充分考虑。
5结语
北斗卫星通信技术从优缺点上判定分析，在航标遥测遥控监测的应用上优点多于不足，性能非常稳定，该技术不仅丰富了航标监测信息途径，还能提高航标维护质量，对航道航标智慧化管理和信息化采集具有重要的意义。——论文作者：岳智勇田永忠范淑琴周彩
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/dzi/21182.html
