海上氣象傳真播發(fā)及監(jiān)測系統(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)報圖等相關(guān)的圖像氣象信息。氣象傳真具有動態(tài)直觀、激動觀察的特點，能夠更好的實現(xiàn)氣象災(zāi)害的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，對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)測系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效地構(gòu)建一個自閉環(huán)驗證的氣象傳真監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對氣象傳真信息的播發(fā)檢測，并對數(shù)據(jù)進行存儲，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)對比，完成對氣象數(shù)據(jù)的更高效準確的應(yīng)用，可以更好的為航海者規(guī)劃最佳航線、規(guī)避航行風險提供重要參考。助力海上交通安全。

關(guān)鍵詞：氣象傳真；播發(fā)監(jiān)測；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，及時準確的播發(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)報情況和警報等大量有用的海域情報，對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、廣州海岸電臺兩個氣象傳真播發(fā)站臺，目前兩個站臺可以有效實現(xiàn)對我國承擔的全球海上遇險安全系統(tǒng)公海責任區(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)信機老化影響，船端接收信號效果不穩(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)測系統(tǒng)顯得尤為重要。

本系統(tǒng)以海岸電臺發(fā)信臺為中心，通過在不同方向不同距離建設(shè)岸用氣象傳真監(jiān)測接收終端，從多方向多距離上多頻點上第一時間實時監(jiān)測氣象傳真信號接收情況，并通過對收發(fā)報文數(shù)據(jù)比對，及時發(fā)現(xiàn)播發(fā)問題，調(diào)整發(fā)信機部署策略，有效保證電臺氣象傳真報文的高效播發(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)有的海岸電臺無線電氣象傳真信息源推送系統(tǒng)進行海上氣象傳真信息播發(fā)。以上氣象傳真信息可以同時被建設(shè)的兩個站點同步接收，并通過IP轉(zhuǎn)換或者網(wǎng)絡(luò)控制單元及遠程控制器發(fā)送給后臺分析平臺的海上氣象傳真接收監(jiān)測系統(tǒng)軟件，具體系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。系統(tǒng)軟件對近距離以及遠距離上2個監(jiān)測點氣象傳真數(shù)據(jù)的采集、存儲和打印等，以實現(xiàn)對海岸電臺氣象傳真發(fā)信機播發(fā)狀況及發(fā)射距離的實時監(jiān)測，并可對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和管理。

2 氣象傳真岸臺接收機設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的接收站點設(shè)計有專用的岸用版本海上氣象傳真接收機，其相較于傳統(tǒng)的氣象傳真接收機具備有更加獨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現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時回傳，并且可以實現(xiàn)遠程對接收頻道的修改，具有更高的可操控性行。

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

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

2.1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要設(shè)計利用岸臺進行接收站點的建設(shè)，最后通過網(wǎng)絡(luò)將接收站點的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端進行匯總分析，分析結(jié)果可以通過建設(shè)的后臺管理平臺進行登錄查看，系統(tǒng)具有實時性強、查詢方便的特點，對管理發(fā)信機的實際發(fā)射狀態(tài)可以及時發(fā)現(xiàn)及時處理問題。

2.2 接收站點

系統(tǒng)設(shè)計的接收站點目前主要是2個，通過南北兩個遠近距離不等的站點建設(shè)，在不通頻點上測試發(fā)信臺對不通頻點上海上氣象傳真信息報文的發(fā)射信號強度進行實時采集分析，對收到的報文進行及時解析上傳，構(gòu)建一個自閉環(huán)的系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)通訊模式

氣象傳真接收機通過接收天線對無線電信號進行接收，同時調(diào)制解調(diào)解析成對應(yīng)的數(shù)據(jù)報文以及圖片，然后將數(shù)據(jù)通過FTP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h端的服務(wù)器上。服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫存儲，然后通過開放后臺訪問接口，并開發(fā)設(shè)計前端網(wǎng)站，這樣用戶可以通過對網(wǎng)站進行認證訪問，對接收到的氣象傳真數(shù)據(jù)進行查看，并針對性的進行分析。

2.4 后臺分析平臺

本系統(tǒng)通過構(gòu)建后臺服務(wù)分析平臺，對接收的實時數(shù)據(jù)進行存儲和分析，用戶則通過網(wǎng)站進行登錄訪問（如圖6所示），查詢當前發(fā)射接收情況，通過原發(fā)射圖和接收圖比對，及時改善播發(fā)效果，上報處理發(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文接收系統(tǒng)，接收岸臺發(fā)送的海上氣象傳真信息，與發(fā)送的原始報文進行比對，自閉環(huán)驗證信息發(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，驗證研究氣象傳真發(fā)送系統(tǒng)的優(yōu)缺點，針對性地對收發(fā)系統(tǒng)進行升級優(yōu)化。

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

參考文獻

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