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双船协同作业的试验与实践分析

2020-07-03 299 上传者：管理员

摘要：面对以往的技术系统无法满足2019年的陆海联测实验双船协同作业指挥监控的要求,本文提出一种基于无线数传电台技术的解决方案。利用主船的海卫通卫星设备和副船的海事卫星设备保证双船与现场总指挥部的视频通讯;利用无线数传电台将副船的实时位置推送给主船,主船监控两船的实时相对位置,同时主船汇集一段时间内的两船的位置信息,并通过海卫通卫星回送回岸端的现场指挥部,有效提升安全生产的风险控制能力,也保障整体实验的进度,为圆满完成2019年陆海联测实验奠定基础。

关键词：
双船
无线通讯
海洋资源
航迹跟踪
陆海联测
风险控制能力
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福建省地处我国东南沿海地震带北段，区内地质构造复杂，由北东向和北西向两组断裂控制[1]，存在发生破坏性地震的地质构造背景。根据福建历史地震资料，1604年泉州海外发生过8级大震[2]。因此为进一步查明引发地震的滨海断裂带的位置、产状和深部构造信息，福建省地震局从2013年开始实施“福建及台湾海峡地壳深部构造陆海联测”计划（以下简称“陆海联测”），开展了地下介质变化的监测等一些列科学实验，逐步构建起福建及台湾海峡的一维、二维、三维的地壳上地幔速度结构。2019年的重点工作是开展台湾海峡西部壳幔结构体系、海域断裂的位置、空间形态、精细结构等方面的研究，并首次开展海上双船协同作业的试验。图1为2019年部署在厦门地震勘测研究中心的福建及台湾海峡地壳深部构造陆海联测总指挥部。

图12019年福建及台湾海峡地壳深部构造陆海联测指挥部实景

在陆海联测中，由于有海上试验项目，为能在陆地及时了解海上作业情况同时向海上作业组反馈陆上指挥部的指示要求，需要在海上与陆地架设通信设备进行双向数据通信。通信内容包括语音、视频、试验工作数据等。为此，在2013-2015年的陆海实验中，福建省地震局应急指挥与宣教中心[3,4]开发了相关软件，利用海事卫星设备实现了对震源船航行轨迹的跟踪。2017年，王青平等人[5]研发了“基于北斗短报文的震源船跟踪系统”，利用我国自主知识产权的北斗短报文将震源船上多个点的位置信息推送到陆海联测指挥部，实现了指挥部对震源船航速、航向的实时监控等功能。

在2019年陆海联测实验中，首次提出双船协同作业的试验（主船“延平2号”震源船、副船“上和号”科考船，两船间隔约1.5km）。实验要求：

（1）厦门现场总指挥部可以与双船进行视频通话，随时掌握海上工作情况。

（2）厦门现场总指挥部准实时查看两船的位置（更新频率应在1分钟左右），便于对整个陆海联测工作进度的总体把握。

（3）主船实时查看两船的位置（更新频率应控制在10秒内），便于控制两船的相对位置。

在前几次陆海联测工作的通信系统搭建方案中，主要是依靠海事卫星来作为海上作业船与陆上指挥系统的信息通道的桥梁。在满足视频通话方面，单船模式与双船模式无太大区别，通过利用主船自带的海卫通和副船的海事卫星设备，借助视频会议终端即可实现（解决了第一条“实验要求”）。但是仅仅照搬以往的实施方案，较难满足在本次实验出现的对主副船之间的数据通信，以及与陆上指挥部数据传输实时性的新要求。在本次实验中，主副船将协同工作，所进行科学实验对船的位置、方向有较高要求。主船作为海上指挥需要对副船作业进行实时监控和管理。如果不对原有方案进行升级改造，双方之间的通信仍然还是依靠海事卫星设备的话，根据以往经验和实施效果，双方之间通信将有较大的数据时间延迟且无法避免。由于主船在关键时刻是需要副船准确的实时位置的，而较大的数据延迟将使得主船与副船位置数据不能实时同步，从而导致双船协同工作难以开展。同时在陆上指挥部，双船各自独立的数据反馈通道也将增大陆上指挥部对这两路数据的同步匹配工作，数据不同步以及时效性差也对陆上技术系统的数据实时处理造成较大影响。因此如果不修改旧方案，将无法满足“实验要求”第二条和第三条，因此亟需一种新的技术方案解决双船协同作业指挥。

根据陆海联测工作方案要求，两船之间的距离在1-2km范围内，同时海上作业时，两船之间并没有障碍物，因此通过电波方式直传数据是可以满足双船之间的数据交互需求的。基于该思考角度出发，从而提出本次实验完整的海上双船协同作业的技术方案，如图2所示。

首先，沿用过去成熟的通信方案，使用主船“延平2号”自带的海卫通卫星设备保障其与现场指挥部之间的视频会议。虽然副船“上和号”自身没有卫星通讯，不过可以将以往使用的海事卫星设备供其使用，保障副船与指挥部之间的视频通话，解决第1条实验要求。

其次，副船的服务系统可以通过副船的局域网访问GPS接收机，获取副船的实时位置信息，通过部署在副船上的无线数传电台发射单元将副船的实时信息推送给主船。主船的服务系统也可以在主船的局域网内访问多个GPS接收机，获取主船多个控制点的实时位置信息。在与无线数传电台接收单元接收的副船实时信息进行融合后，就可以实现双船的实时同步监控。由于局域网的网络延迟小，无线数传的传输速度快，足以保证主船上更新两船位置的频度，也完美解决第3条实验要求。

最后，通过主船的海卫通卫星通讯，将一段时间内汇集的两船位置数据通过海事卫星推送给陆上指挥部技术处理团队并在双船监控系统上进行处理展示，解决了第2条实验要求。

图2基于无线数传电台的双船协同作业技术方案

本文提出一种利用无线数传电台进行双船协同作业的技术方案。借助无线数传电台将副船位置信息回传至主船，便于主船本地显示双船的位置信息，同时通过卫星将双船的位置信息推送至陆地的厦门现场指挥部，实现对双船的航速、航向等实时监控，有效提升安全生产的风险控制能力，也保障整体实验的进度，为圆满完成2019年陆海联测实验奠定基础。

参考文献：

[1]张路.福建东南沿海盆地第四纪构造运动模式与动力学成因[D].中国地震局地质研究所,2008

[2]黄昭,王善雄,王喜年.1604年泉州海外大地震及其海啸影响分析[J].地震,2006(4):94-102.

[3]福建省地震局应急指挥与宣教中心.运动轨迹远程动态显示系统软件V1.0[CP/DK].著作权登记号:2014SR070032.

[4]福建省地震局应急指挥与宣教中心.基于海事卫星的船舶本地和/或远程航迹跟踪软件V1.0[CP/DK].著作权登记号:2016SR008698.

[5]王青平,肖健,郑超,等.基于北斗短报文的震源船跟踪系统设计与实现[J].应用海洋学学报,2019,38(1):135-140.

[6]王青平,郑超,肖健,等.一种指挥部技术系统可移动监控方法[J].震灾防御技术,2019,14(4):934-942.

郑超,肖健,叶应树,陈三三.一种海上双船协同作业指挥技术方案[J].科学技术创新,2020(18):51-52.