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微电子技术在航标遥测遥控技术发展中的应用

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：刘世杰

[导读] 摘要：伴随卫星导航、通讯技术的日益成熟，导航、通讯系统也在不断增大应用范围、扩充功能、加强针对性。

        广东省东莞航道事务中心东莞航标与测绘所广东东莞 523000
        摘要：伴随卫星导航、通讯技术的日益成熟，导航、通讯系统也在不断增大应用范围、扩充功能、加强针对性。同时，广泛兴起的高新技术，如互联网+、电子导航等，在航标管理中融入遥测遥控专业技术和信息化航标标识发展上面，添加了崭新的元素。基于此，本文从航标出发，主要探讨了遥测遥控微电子技术在航标发展中的有效应用，仅供参考。
        关键词：遥测遥控；航标管理；微电子技术
        在当前的数字化环境下，通过建设数字化航标，搭建起船舶导航平台，以针对船舶航行进行航标导航。其中主要通过及时发送相关航行的信息，来提供给船舶航行更全面、稳定、可靠的优质服务，以控制船舶切实安全航行，现已逐步发展成为当前航标建设领域的焦点内容。在数字化航标中，建设的遥测遥控技术系统至关重要，能够实现实时遥测遥控。
        一、遥控遥测的概述
        通过航标下的遥测遥控结构系统，旨在维持航道切实安全畅通。基于遥感遥测专业技术，可以实时、精细化地监控航标，并且自动报警。在维护航道真正安全畅通的条件下，将巡标制度逐步从巡查制转向值守制。在系统当中，综合了RS、GIS、GPS及BDS等专业技术。在前端的RTU检测终端，可以用于实时采集运行数据信息，并按预先设定的报警规则，来大致判断运行的整体状态。一旦发现航标失常，就应及时向监控中心上报。作为航标维护管理人员，便可以利用电脑、手机APP、监控显示屏或短信等，来自由查看或实时接收报警信息，并按有关制度来及时加以处理。这么一来，在航标上，通过安装的RTU遥测遥控，便可以实时监控总体上的航标运行实况，以便在航道上发挥助航作用，真正达到实时监测、及时找出、妥善处理、及时消除隐患、确保安全的目的，并进一步提高作业效率。在适当延长航行巡标周期、持续优化配套设备后，还可以大幅降低出船次数，减弱日常工作强度，降低上标次数，有效规避水上航行的风险问题。
        二、微电子技术近年来的应用发展
        1、嵌入控制器
        作为工业控制上应用的嵌入控制器，有别于传统的可编程器或单片控制器，拥有很丰富的使用资源。其中主要涉及I/O多路输入输出口，精度高的多路AD及DA转换器。尤其是嵌入控制器均拥有多个可编程通讯接口。同时，嵌入控制器通常会以语言ANSI-C为编程开发语言。这种C语言的硬件控制性能很好，能够开发设计稳定的优质控制核心。
        通常而言，嵌入控制器可以用于采集数据单元，经由外部采集过来的数字及仿真模拟信号，通过处理器加以处理，便可自由转化成数字再传输到向面。为了与外部数字化仪器相配合，在嵌入控制器便可设置编程通讯口，再和不应用的通讯协议融合兼容，以便嵌入控制器用作总线控制器及通讯转换器。
        2、自动化现场总线
        在当前的自动化领域，现场总线作为专业技术的一大发展热点，主要用作通讯系统，以便在仪表和现场控制室、控制系统间形成全面分散化、智能化、数字化、双向互联、多点多站、多变量化的通讯。这种现场总线，等同于自动化领域常见的局域网。通过兴起现场总线，极大地推动了工业控制专业技术的进一步发展。伴随现场总线的飞快发展，涌现出超过40种类型的现场总线。其中的Profitbus、FF、HART、LonWorks、CAN最具影响力。
        3、丰富多样的数据传输专业技术
        数据传输一般指的就是在一定的通道上，传输数字信息，也叫做数据交换领域的通道。目前，存在丰富多样的传输数据的方式，主要经由数据交换的不同速率、相应的传输环境产生的。现阶段，常用的传输渠道主要涉及以下内容：
        （1）无线传输方式：微波及卫星通讯、数传电台。
        （2）有线方式：RS-485、RS-232C，总线、以太网。

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        （3）公共网：GSM，GPRS，电话线，网络等。
        三、应用实践
        在本项目中，针对航标统一安装了终端RTU遥测遥控，形成了遥测遥控结构系统，用于实时监控整体上的航标运行实况，进而以信息化手段，大力维护了航道畅通安全、航道作业、创新管理等。经过这种系统化的改造，很好地实现了以下功效：
        1、及时找到失常航标
        在传统的巡查航标模式下，因为人工巡查等的限制，不能及时得到航标失常方面的信息，只可以在当天巡查后，方才可处理失常航标，所以极易引起无法及时找到失常航标的现象。而在航标上内置遥测遥控RTU终端，再利用模块GPS与采样，便可以实时监测得到航标经纬度、灯电流变化、闪光周期，并对比预先设定的初始信息。一旦发现采集过来的信息不符合设置信息，就可断定航标失常，再向监控中心及时上报警情。
        在应用实践中，通过抽取统计抽样数据，再对比传统模式，可知基于遥测遥控，可以提高航标正常率至99.81%及维护航标的正常率至99.9975%。未来还期望在遥测遥控下，可以提高航标正常率至99.95%，维护航标正常率至99.9999%，以充分确保航标的安全性。
        2、避免航标失常
        在遥测遥控RTU终端，提高内置安装的采集数据模块，便可以实时监测其中蓄电池、太阳能板等当中的电压电流情况，并以此为基础判断得到蓄电池、太阳能板的工作状态。再利用积累的数据，并联系具体时间、异常时长等，来及时判定蓄电池的实际欠压情况、太阳能板故障等，并在发现航标异常之初，就第一时间预警。然后，按照航标设备的实际运行状态，来有效提出可行的维护措施。
        3、维持电子航标元器件的稳定性
        在传统巡查航标的模式下，通过现场人工巡查，就靠肉眼难以找到航标灯、供电设备存等的安全隐患。而通过遥测遥控航标系统，便可实时分析航标灯数据，尽量避免航标灯出现故障。同时，通过深化分析航标灯的配套缺陷，统一优化航标灯配套器件，以避免航标灯出现故障。据分析本项目中某段时间内的抽样数据可知，期间一共有出现150座次临时性航标灯质类型的异常报警，且一共报警145座天。当监测该类航标灯示波器电流，可知有不稳定问题。基于监测的系统数据，维护人员有针对性地更换了问题灯器。最后，基于临时性的报警灯质异常数据可知，通过更换灯器，可大幅降低该类报警。
        4、整体效益
        通过遥测遥控，巡标周期延长了，工作效率也提高了，整体社会经济效益也相当明显。现阶段，针对两条水道，通过遥控遥测航标系统，来进一步延长巡查周期前，每年需要定期巡查维护73航次/航道航标（也即5天一次）。通过推广应用后，每年仅需要定期巡查25次/航道（也即15天一次）。所以，每年在两条航道上，可以减少96次航标巡查。而每次巡查要用到航标船（低于220kw，起吊3T）1台班，且14335.77元/台班（纳入人工、油料、淡水、检修折旧费等）。从整体上看，可降低1376233.92元/年。同时，据数据分析可知，通过这个系统，还很好地保障了船舶的安全航行，达到了维护水运环境安全、促进经济发展的目的。
        四、结语
        综上所述，作为微电子专业技术之一，遥测遥控专业技术在航标发展中的有效应用，可以明显提升航标运行的智能化、信息化管理水平，大力保障航海的安全性。所以，应从遥测遥控专业技术出发，优化设计航标领域的遥测遥控结构系统，提供给船舶导航更优质的服务，从而创造更可观的社会经济效益。
        参考文献：
        [1]綦麟.浅析利用5G网络升级现有遥测遥控系统的可行性[J].珠江水运，2018，（13）：52-53.
        [2]安海伦，崔晓轩.遥测遥控技术在航海保障领域应用的优化[J].航海技术，2018，（05）：38-40.
        [3]赵妍婷.PCM/FM遥测遥控接收系统[D].燕山大学，2012.