澜沧江--湄公河助航保障设施技术开发研究

西部交通建设科技项目合同号：200332895346密级：云南省航务管理局交通部水运科学研究所2005年12月澜沧江-湄公河助航保障设施技术开发研究研究报告（简本）中文题名：澜沧江--湄公河助航保障设施技术开发研究英文题名：TechnicalResearchbothonSailingAssistanceandSecurityFacilitiesinLancang-MeigongRiver完成单位：云南省航务管理局交通部水运科学研究所项目起止年限：2003年6月至2005年12月项目负责人：乔新民—云南省航务管理局（高级工程师）唐安慧—云南省航务管理局（高级工程师）张鹭—交通部水运科学研究所（教授级高工）项目主要参加人：陈洲峰—交通部水运科学研究所（副研究员）秦宗模—云南省航务管理局（高级工程师）曾邵文—云南省航务管理局（高级工程师）邓明文—云南省航务管理局（高级工程师）龚永寿—云南省航务管理局（工程师）王一峰—交通部水运科学研究所（助理研究员）李仲发—云南省航务管理局（工程师）高倍力—交通部水运科学研究所（工程师）I目录1项目背景与研究目的.................................12主要研究内容及实施方案.............................32.1主要研究内容....................................32.1.1澜沧江-湄公河航标遥测遥控系统...............32.1.2澜沧江船舶动态跟踪及地理信息系统............52.2项目方案实施....................................52.2.1航标遥控遥测系统............................72.2.2澜沧江船舶动态跟踪及地理信息系统............72.2.3系统软件开发................................83关键技术..........................................104项目创新点........................................115项目社会经济效益及应用前景........................1211项目背景与研究目的澜沧江是一条流经中国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南的国际河流，在东南亚为湄公河，在越南胡志明市附近注入南海，是世界第六大河，全长4900公里。这条河在中国境内的流程为2198公里，境外长度2711公里。澜沧江属于典型的山区河流，通航条件、保障航行安全的航道助航设施，以及船舶运输安全管理都需要进一步整治和改善。在中老缅泰四国通航协定鉴定，并正式通航后，对保障船舶航行的安全提出了更高的要求，澜沧江-湄公河国际航行的安全迫切需要与国际航道特殊地位相适应的导助航设施。本项目通过科研与工程建设相结合，研究建立了一套完整的、智能化的助航保障系统和船舶定位跟踪系统，使航行中的船舶能够得到及时有效的有关航行安全的信息，并为预防事故及搜救提供支持保障。自行研究的航标遥控遥测系统软件具有基于地理信息系统的电子江图的输入、修改、查询、显示功能；航标静态数据库的建立、修改、查询功能；航标动态数据信息收集功能；航2标数据处理与报警功能；遥控遥测遥报功能；GPS逆向差分解算功能。软件分两部分，一部分是主航标遥控遥测软件，第二部分是在后台运行的逆向差分GPS数据解算软件，GPS差分解算结果送到前台航标遥控遥测软件。船舶动态跟踪和地理信息系统，考虑到澜沧江的急流险滩、礁石多、河道狭窄、弯曲半径小等不利条件，利用北斗卫星对船舶进行定位跟踪；系统软件通过建立基于可视化地理信息系统技术和卫星定位技术，对船舶进行监控和管理，保障了船舶的航行安全，提高了航运安全系数，降低了航行事故的发生，实现了船舶的可视化实时监控和现代化的管理必备手段。澜沧江整治工程提高了通航等级，与此相应的航标管理水平和船舶运输管理水平也应适应航运事业发展的需要，要提高管理水平，除加强航标建设外，必须充分应用当今先进计算机技术和信息技术，走科技之路，提高航标管理水平和船舶动态跟踪能力，建立澜沧江航标遥测遥控网络和船舶动态跟踪及地理信息系统，实现航标和船舶智能化综合管理，这是澜沧江航运事业发展的必然趋势。32主要研究内容及实施方案2.1主要研究内容2.1.1澜沧江-湄公河航标遥测遥控系统自动化航标数据及接口技术研究根据对澜沧江山区河流近十年的自然条件、水文、水位的分析及项目的要求，除自行开发研制的航标数据采集设备（RTU）外还研究了如下内容：航标灯器运行过程中状态参数的信号输出航标灯器状态遥控技术航标的定位检测技术沿岸航标数据采集与水位数据采集技术测控终端和控制中心间的通信及协议研究澜沧江属于山区河流，信息传输非常重要，也是非常复杂的问题，常规的通信手段和方式均不能满足要求，通过对现场信号的测试及进行详细的设计考虑，本项目由于采用北斗卫星通信体制，该通信体制的特点是断续通信体制，采用短信方式传输数据，每信包数据不能大于200字节。在这个限制条件下航标遥控遥测终端的数据采集与编码方式的研究，是本课题的关键之一。我们采用了数据压缩技术对采集的航标数据进行压缩传输，达到了设计要求。有效的解决了通信不畅的问题。同时从下面几个角度进行了研究：中央处理器数传信道机通信接口D/A输出数据存储单元GPS接口输出控制接口基准电压状态显示8路模拟输入可编程现场总线接口16路数字输入实时时钟环境温度太阳能充电板航标数据采集框图4确定了终端和中心的无线通信方案遥测通信协议、航标状态数据格式、编码、压缩技术遥控通信协议、水位数据及指令格式、编码、压缩技术航标数据保密方式航标状态信息分析和报警功能研究航标工作状态是否正常需要很多指标进行全面确认，一旦航标出现问题怎样利用遥控原理进行修正是本项目研究的又一突破点，以此为基础还进行了如下研究：航标离位检测及报警航标灯熄灭报警航标供电方式的研究航标系统的供电，特别是在澜沧江山区河流特殊地理环境条件下，系统正常工作的能源问题比较突出，在认真分析了澜沧江长年来的气候、气温及航标自动数据采集系统等的耗电量，确定了采用太阳能作为供电并为了确保系统在无日照的前提条件下30天供电正常。根据航标类型和组件情况计算航标电源负载；研究适于澜沧江自然环境、地理特点、经济条件等的供电方案；航标供电设备防偷盗技术的研究；控制中心航标数据库建设的研究航标基本信息数据表内容和格式研究航标维护状态信息数据表内容和格式研究航标信息查询、分类、统计水位数据库建立、数据查询、显示与分析处理、统计52.1.2澜沧江船舶动态跟踪及地理信息系统采用卫星定位和卫星通信技术与计算机网络技术和电子江图技术相结合，为航运船只建立起一个立体的安全监控网，实现对澜沧江流域内从事国际运输船舶的实时监控和管理。它可以支持海事部门对航道内的运输船舶航行、作业实施有效监测和统一调度，可随时掌握每一艘船只的船位动态，对船只进行监控、调度和管理，在航行越界、遇险和发生船难事故时，可对运输船舶做出及时、准确的报警，帮助管理部门和救援部门实施及时的救护，而且，还能满足船对船、船对岸上监控中心的双向文字通信，并且能及时地将气象、航道信息播发到船上。具体作了如下研究：针对澜沧江山区环境特点和船舶航行监控特点，研究了有效远程数据传输模式和船岸通信模式以及船-船通信模式；研究实用、有效的卫星定位数据的误差抑制技术；澜沧江电子江图的制作技术，数据采集、编码、校验、格式及存储及其属性查询；研究了电子江图标绘误差的偏移校正补偿技术；B/S结构下的基于GIS的船舶运动轨迹实时动态监控及其可视化功能实现的研究。2.2项目方案实施项目立项后，云南省航务管理局和交通部水运科学研究所采用联合攻关的研究途径，充分发挥各参加单位的优势，确保项目目标的实现。确定了总的技术开发原则，即：“采取调查研究、研究开发研制、软件开发和现6场测试相结合的方式，借鉴经验，自主开发、立足当前、适度超前”。各课题研究采取了切实可行的实施方案，具体情况如下：1.深入实际，加强调查研究2.集思广益，重视各方面意见3.汲取国内外的有益经验4.优化设备选型5.结合实际开发先进系统在研究过程中，研究人员将认真总结国内外成功的经验，结合澜沧江-湄公河航道的具体条件，坚持立足当前、适度超前的方针，研究开发出适合澜沧江航道特点的先进、适用的技术与装备，满足澜沧江-湄公河的航运发展的需要。课题研究的总体思路如下：澜沧江流域高差变化大，地形情况复杂，重力异常，河道狭窄，沿江两岸皆为高山和茂密的森林，GPS信号的接收受到一定限制；河道弯曲较多且弯曲半径小，以GPS或传统VHF等无线电电台作为差分数据传输手段无法满足要求，而且利用海事卫星或其他卫星通信体制，信息费用高，运营成本高。因此，本课题研究确定了北斗卫星通信系统体制（断续通信制式，通信间隔10秒以上，信息以短信息方式，信息容量不超过208字节）的逆向差分GPS系统。72.2.1航标遥控遥测系统设计思路1.航标离位检测方案采用自行开发逆向差分GPS系统；2.航标数据传输手段采用北斗卫星通信系统；3.针对上述两种系统自行开发航标数据采集终端；4.航标能源采用太阳能能源，为节约能源，系统工作体制设计为自报式、应答式和混合式。技术方案航标遥测遥控系统由航标数据信息采集终端站、逆向差分GPS系统、北斗卫星通信系统数据信息传输链路、数据信息处理和监控中心组成，组成框图如右图所示：2.2.2澜沧江船舶动态跟踪及地理信息系统系统组成基于GIS的澜沧江船舶动态跟踪及海事监管系统主要由卫星船位监控网络和陆地监控管理系统两部组成，如左图所示。通信服务器GIS服务器Web服务器VPN卫星营运公司北斗卫星DDN世广卫星监控终端远程终端航行船舶GPS定位仪卫星信息传输通道1号航标器N号航标器数据传输平台数据处理遥控遥测平台数据传输平台航标数据采集器GPS定位仪数据处理遥控遥测平台数据传输平台航标数据采集器监控主机8网络结构二级网络结构，省航务局作为（澜沧江海事局）第一级，各地洲航务分局（本项目主要是思茅海事局和关累办事处）和国外用户（本项目国外用户主要是缅甸和老挝的海事当局）作为第二级。为防止外部非法入侵，从网络安全性上考虑，二级网络之间通过租用电信专线（2兆DDN）连接省航务局和各地洲航务分局，通过公共信息网（Internet）申请VPN专线连接省航务局和国外海事当局。二级网络之间增加智能防火墙进行隔离。因此，澜沧江-湄公河船舶动态监控系统的网络结构如右图所示。2.2.3系统软件开发航标遥控遥测系统软件航标遥控遥测软件分两部分，一部分是主航标遥控遥测软件，第二部分是在后台运行的逆向差分GPS数据解算软件，GPS差分解算结果送到前台航标遥控遥测软件。系统软件结构方案如左图所示。卫星营运公司数据网关VPN路由器VPN路由器DDN路由器DDN路由器省航务局LAN思茅海事分局缅甸海事当局老挝海事当局电信专线123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xCVPN路由器因特网防火墙接入层交换机WEB服务器GIS服务器通信服务器监控工作站集线器DDN路由器DDN路由器关累办事处增加修改删除航标查询电子海（江、河）图航标静态数据库打印航标动态数据库大屏幕显示数据处理平台9船舶动态跟踪及地理信息系统应用软件体系以浏览器/服务器（B/S）结构为基础的可视化图形监控应用软件。通过澜沧江-湄公河电子江图，进行移动目标（航行船舶）的监控、海事应急事故（搜救、防污染等）的处置、以及航道的管理。应用软件体系结构如右图所示。GIS服务器IIS服务ArcIMS服务ArcEngine组件ODBCWeb发布船舶信息航道数据北斗卫星Web服务器数据库服务器通信服务器关系数据访问空间数据访问LANorWAN.NE