基于无线传感网络与AIS的航标遥测遥控系统的设计与实际应用

何尉

摘要：航标是一种水上船只进行各种活动时提供相关安全信息的设备，所以航标设备的质量和功能会直接影响到水上船只的运行安全。航标遥测遥控系统是一种可以有效解决过去航标相互独立的缺点，将船只的航标连接到控制站，进而形成系统网络，并可以根据控制站对航标发布各种命令。但是航标遥测遥控系统属于一种新技术，在实际使用中还有很多不足有待解决，例如，误差多、功率大、防水能力差、性能不稳定等，因此航标遥测遥控系统需要结合更多先进的技术进行完善，其中无线传感网络、AIS技术等对航标遥测遥控系统都能够有很好的改进效果。

关键词：无线传感网络；AIS；航标；遥测遥控系统

前言：

通过降低航标的操作端功率消耗，完善航标遥测遥控系统的控制模式，都可以提高航标设备的实际使用效果。通过无线传感网络以及AIS技术可以对航标遥测遥控系统进行更有效的改善。因此在设计的过程中需要对硬件和软件进行优化，包括硬件中的电源系统、电路系统、信息采集系统、控制系统、接口设备等，在软件中需要设计通讯系统、软件结构、航标算法等。通过无线传感网络以及AIS技术对航标遥测遥控系统进行改进，不仅可以有效解决航标设备的不足之处，更可以进一步推动水上船只交通安全工作的发展。

一、航标遥测遥控系统构成

航标遥测遥控系统主要是由航标的控制中心、通讯系统以及航标遥测遥控系统终端这三个部分构成[1]。其中，航标遥测遥控系统的控制中心主要对系统终端位置收集航标的各种信息，对这些数据信息进行存储、分析、编辑、生成、归类、处理、显示、打印等，并最终形成航标系统所需的数据报表。在航标遥测遥控系统的控制中心可以通过图像化的操作界面对数据进行查询、监视、分析等操作，然后向系统终端发送命令，实时检测航标的运行情况。此外，控制中心的数据信息将会与系统的数据共享，为国家的航标监控系统发送信息，控制中心的网络模块能够为终端提供远程服务[2]。系统终端能够在网络中实时搜索航标的信息，对航标进行遥测遥控。系统终端的查询等级以及可查询信息、系统功能等都由航标遥测遥控系统的控制中心负责设置。系统终端是整个系统的数据收集平台，主要采集航标设备的运行数据，并接收和执行系统控制中心的命令。通讯系统是整个航标遥测遥控系统的枢纽部分，主要负责将航标的运行数据传输给控制中心，并将控制中心的命令传递到系统终端。

二、航标遥测遥控系统设计

（一）管理系统设计

航标遥测遥控系统的管理系统主要是负责对收集到的数据信息进行处理，通过存储、分析、处理、归类、编辑、建档等一系列环节，将复杂的数据最终整理并显示出来。在控制中心可以通过图像化的操作界面以及显示界面观察、查询信息，这一系统为AIS、船只运行状态等数据进行监控。该系统中主要包括通讯服务功能、数据管理功能、业务功能、航道图像显示功能等。此外管理系统还可以根据具体的实际情况添加或者减少部分功能[3]。具体设计如图1所示。

图1航标遥测遥控系统管理系统

通讯服务功能：在这一功能中主要是进行两部分的通讯。第一，系统与终端之间的通讯，接收从系统终端上传递的信息以及对系统终端发送命令。第二，在系统内部进行信息通讯。

数据管理功能：主要负责处理系统终端上传递的数据信息，将这些信息进行规律、存储以及处理。

业务功能：负责处理系统终端的信息、业务、系统用户权限等，对系统终端部分发送远程指令、进行系统设置、数据传递与查询等，对终端上的运行情况、警报、参数监控状态等进行实时监控[4]。

航道图像显示功能：将电子航道信息以图像化的形式在电子显示设备上展示出来，能够准确的掌握航标的运行状态以及实时的参数变化，并查询对系统终端发布的命令和设置。

此外，航标遥测遥控系统的软件部分还包括通讯软件、数据库软件、电子航道图像控制软件等，通过控制中心和分中心将终端采集到的数据信息通过海事专用网络传递到控制中心，再进行处理和存储。

（二）航标系统终端设计

航标系统的终端设计有两种，一个是通过无线传感网络技术的终端，也就是普通节点形式。另一个则是通过无线传感网络以及AIS技术相融合形成的航标系统终端，也就是中心节点形式。终端系统主要由电源管理功能以及信息采集、通信模块这两个子系统构成。主要负责航标信息采集工作、主控系统、电源系统、电路内电流电压监测、信息输入系统、GPS模块等，具体结构如图2所示。系统终端的主要功能如下：

第一、收集浮标的具体位置数据，包括经纬度以及移动速度、移动方向等，并上报浮标状态，具体可以根据AIS21号以及6号报文进行上报状态来实现。

第二、分析文件数据，并配置GPS模块。

第三、按时监控航标的电力情况，对蓄电池设备的电流和电压情况进行检测，并测量航标工作灯的电力情况以及航标设备电力系统的电流、电压数据。如果出现异常则进行报警，当控制中心回复后停止报警。

第四、按时监控航标的运行情况，包括工作灯状态、设备硬件参数等。

第五、完成无线传感网络的底层协议、航标网络以及AIS陆地节点通讯。

图2终端设备结构图

（三）通讯系统设计

基于无线传感网络以及AIS技术的航标遥测遥控系统，其通讯系统主要依靠无线传感网络、AIS网络、有限网络，通过三者的结合建立全新的通讯系统。例如在任意一个区域内，航标遥测遥控系统将通过无线传感网络构建航标网络，在网络内部通过无线传感技术进行数据信息的交流，而航标的网络与外部基站、其他船只之间的通讯则是通过AIS无线网络实现的，而AIS网络与控制中心之间的通讯则是由海事专用有线网络进行信息传递[5]。具体如图3所示。

图3通讯系统结构设计

三、航标遥测遥控系统的应用

航标遥测遥控系统的在实际应用中能够带来更好的经济效益，当前航标遥测遥控系统主要应用于海上交通以及海洋资源开发领域中，而研发出一套具有我国特色的航标遥测遥控系统对于我国的船只航海事业有着重要的作用，通过航标遥测遥控系统能够提高船只航行的安全系数，能够加快我国海洋事业的建设发展。当前，航标遥测遥控系统在实际应用中需要进一步的实现数字化、立体化、信息化的发展[6]。此外，将无线传感技术与AIS技术进行更有效的融合，能够提升航标遥测遥控系统的工作效率，改善系统通讯的稳定性和功能性。为了进一步提高系统的应用效果，应当在灯塔、风力监测系统以及海域情况监测等方面进行更深入的研发，实现自动监测水上风速、风向数据，对海上潮汐情况、海流方向、海浪高度等信息进行更准确的检测，为航标遥测遥控系统提供更多数据信息。

结束语

综上所述，基于无线传感网络以及AIS技术的航标遥测遥控系统是我国发展海洋事业、开发海洋资源的重要安全保障。通过无线传感网络以及AIS技术，能够保证航标系统的稳定通讯，提高系统的工作效率。因此，在未来的研发工作中应当将二者进行有效的融合，提高航标遥测遥控系统的应用效果。

参考文献：

[1]陆敏.基于无线传感网络与AIS的航标遥测遥控系统设计与实现[D].湖北：武汉理工大学，2012.DOI：10.7666/d.y2100112.

[2]王如政.航标遥测遥控系统关键技术的研究[D].辽宁：大连海事大学，2007.DOI：10.7666/d.y1037755.

[3]黄书科，董大琼.航标遥测遥控模拟训练系统设计[J].福建电脑，2019，35（3）：85-86.DOI：10.16707/j.cnki.fjpc.2019.03.024.

[4]李辉，桑凌志.标准化航标遥测遥控系统研究与实现[J].中国海事，2019，（6）：36-39，45.DOI：10.16831/j.cnki.issn1673-2278.2019.06.013.

[5]李金星，万志华.航标遥测遥控系统实现方案的探讨[J].建筑工程技术与设计，2018，（31）：3479.

[6]谢柳仙.浅谈航标遥测遥控系统在航道管理中的应用[J].珠江水运，2018，（9）：72-73.