海上無線電氣象傳真系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)擴(kuò)展

摘? 要：海上無線電氣象傳真業(yè)務(wù)是船舶接收海上氣象信息的重要手段之一，能夠?yàn)閲衣男袊H公約及加強(qiáng)航海保障能力提供強(qiáng)有力的支持。本文結(jié)合海上無線電氣象傳真系統(tǒng)工程建設(shè)實(shí)踐，重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成及工作流程，分析了工程建設(shè)中關(guān)注的幾個(gè)問題，并對(duì)后續(xù)系統(tǒng)功能技術(shù)擴(kuò)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：氣象傳真;國際公約;航海保障;海岸電臺(tái);技術(shù)擴(kuò)展

0 引 言

海上無線電氣象傳真業(yè)務(wù)是船舶接收海上氣象信息的重要手段之一，具有動(dòng)態(tài)直觀、機(jī)動(dòng)觀察、預(yù)報(bào)時(shí)間長、范圍廣等特點(diǎn)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，無論對(duì)事前水上安全通航保障，還是對(duì)事后應(yīng)急搜救均具有十分重要的作用。我國作為國際海事組織（IMO）的A類理事國，積極推進(jìn)無線電氣象傳真業(yè)務(wù)開放，也是承擔(dān)《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）規(guī)定的各締約國政府義務(wù)的體現(xiàn)。

我國曾于1974年開始進(jìn)行氣象傳真廣播業(yè)務(wù)，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，已于2002年停止工作。目前我國周邊海域的國內(nèi)外船舶接收的氣象傳真信息均來自日本鹿兒島電臺(tái)。

1 無線電氣象傳真系統(tǒng)建設(shè)情況概述

為了充分發(fā)揮我國自有的氣象信息戰(zhàn)略資源優(yōu)勢(shì)，盡快彌補(bǔ)我國在周邊海域海上無線電氣象傳真播發(fā)業(yè)務(wù)的空缺，交通運(yùn)輸部東海航海保障中心上海通信中心（上海海岸電臺(tái)）于2015年開始實(shí)施建設(shè)海上無線電氣象傳真系統(tǒng)工程。經(jīng)過3年建設(shè)和后期運(yùn)行中不斷地完善，該系統(tǒng)逐步趨于穩(wěn)定。2019年3月，經(jīng)交通運(yùn)輸部海事局批準(zhǔn)，由該單位為主導(dǎo)研發(fā)的中國首套無線電氣象傳真系統(tǒng)正式投入試運(yùn)行。經(jīng)實(shí)船測(cè)試及評(píng)估，有效覆蓋范圍達(dá)到1 000 n mile：近海方面能可靠覆蓋我國東海，包括釣魚島水域、朝鮮海峽水域等;遠(yuǎn)海方面可有效覆蓋至黃巖島、日本北海等重點(diǎn)關(guān)注水域。該套氣象傳真系統(tǒng)覆蓋范圍見圖1、圖2。

2 無線電氣象傳真系統(tǒng)構(gòu)成

海上無線電氣象傳真系統(tǒng)包括：信息源推送系統(tǒng)、信息調(diào)制與控制系統(tǒng)和信息播發(fā)系統(tǒng)三部分。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（1）信息源推送系統(tǒng)

信息源推送系統(tǒng)位于上海海洋中心氣象臺(tái)，包括專題數(shù)據(jù)庫單元、預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作單元、圖片編碼單元和信息推送單元。專題數(shù)據(jù)庫單元主要完成氣象傳真信號(hào)的提取，產(chǎn)品制作單元主要負(fù)責(zé)氣象傳真圖像的制作和生成，圖片編碼單元按照WMO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將圖片信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼信號(hào)，然后由信息推送單元推送至上海海岸電臺(tái)。

（2）信息調(diào)制與控制系統(tǒng)

信息調(diào)制與控制系統(tǒng)位于上海通信中心中控臺(tái)，包括信息采集單元、信息調(diào)制單元和中央控制單元。信息采集單元通過專線將信息源推送系統(tǒng)提供的氣象圖像信息進(jìn)行本地存儲(chǔ)，根據(jù)上海海岸電臺(tái)公布的播發(fā)時(shí)刻表，將采集的氣象信息存入信息播發(fā)隊(duì)列，同時(shí)完成調(diào)制器選擇和檢測(cè)。信息調(diào)制單元將信息采集單元傳送來的數(shù)字信號(hào)按照國際規(guī)范調(diào)制成模擬信號(hào)。中央控制單元負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，包括發(fā)信機(jī)、調(diào)制單元等設(shè)備的控制。

（3）信息播發(fā)系統(tǒng)

信息播發(fā)系統(tǒng)位于上海通信中心發(fā)信臺(tái)，包括信號(hào)匹配單元、配線架單元、發(fā)信機(jī)、天線矩陣設(shè)備等，主要是將信息調(diào)制與控制系統(tǒng)調(diào)制后的氣象圖像編碼信號(hào)，經(jīng)過發(fā)信機(jī)調(diào)制成短波信號(hào)并進(jìn)行功率放大輸出。

（4）系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程示意圖如圖4所示：

①象臺(tái)生成每日要發(fā)的氣象圖文件，并經(jīng)過專線用FTP的方式將圖推送至海岸電臺(tái);

②調(diào)制系統(tǒng)采集到氣象圖數(shù)據(jù)后，首先讀取圖像數(shù)據(jù)，然后按照WMO-386國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將信號(hào)調(diào)制成CPFSK模擬信號(hào)，并最終以1.9kHz的中心頻率輸出;

③調(diào)制系統(tǒng)輸出的1.9kHz載頻信號(hào)，經(jīng)過PCM線路傳輸至發(fā)信臺(tái)，發(fā)信機(jī)經(jīng)過調(diào)制后把信號(hào)變成3MHz–30MHz的短波信號(hào)，并進(jìn)行功率放大輸出。

④短波信號(hào)通過電離層傳輸至船載氣象傳真接收機(jī)，進(jìn)行圖像恢復(fù)后打印輸出或硬盤存儲(chǔ)。

3 無線電氣象傳真系統(tǒng)建設(shè)過程中關(guān)注的幾個(gè)問題

（1）氣象傳真系統(tǒng)播發(fā)的氣象圖種類和格式必須與國際接軌，以符合切實(shí)履行國際公約的大國形象。配備不同型號(hào)接收機(jī)的船舶在覆蓋范圍內(nèi)航行時(shí)，能通過自動(dòng)選擇接收頻率接收到最佳圖片。

（2）氣象圖命名規(guī)則必須協(xié)調(diào)一致。一方面，信息調(diào)制與控制系統(tǒng)必須根據(jù)氣象臺(tái)提供的命名規(guī)則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摸圖、自動(dòng)播發(fā)功能;另一方面，每天播發(fā)的第一幅圖為時(shí)刻表，船舶用戶會(huì)根據(jù)這張時(shí)刻表選擇需要接收的圖片，為避免產(chǎn)生歧義和誤導(dǎo)，氣象圖命名規(guī)則必須嚴(yán)謹(jǐn)。

（3）為保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全，在信息源、信息調(diào)制與控制系統(tǒng)（包括服務(wù)器、調(diào)制解調(diào)器等）、公網(wǎng)專線、發(fā)信機(jī)等軟、硬件方面考慮主備兩套互用;在信息存儲(chǔ)方面增加專用磁盤陣列，考慮雙硬盤同步備份保存，操作臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器間實(shí)時(shí)同步保存;在網(wǎng)絡(luò)安全方面，根據(jù)國家信息安全等級(jí)保護(hù)的要求，配置必要的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，做好相應(yīng)的防護(hù)措施。

（4）考慮IP控制系統(tǒng)整合，將不同品牌的發(fā)信機(jī)同時(shí)接入氣象傳真IP控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，既可保證氣象傳真播發(fā)萬無一失，又能兼顧對(duì)發(fā)信機(jī)的科學(xué)使用，有利于延長發(fā)信機(jī)使用壽命。

（5）定制開發(fā)海上無線電氣象傳真在線APP系統(tǒng)，用戶通過手機(jī)客戶端軟件，實(shí)時(shí)獲得包括氣象傳真云圖、氣象信息、航行警告在內(nèi)的各類海上安全信息，為航運(yùn)用戶提供更為便捷和多樣化的服務(wù)。

4 無線電氣象傳真系統(tǒng)技術(shù)擴(kuò)展建議

鑒于當(dāng)前我國周邊海域海洋活動(dòng)急劇增加等因素，國家相關(guān)部門對(duì)于海上無線電氣象傳真系統(tǒng)開放業(yè)務(wù)極為重視。海岸電臺(tái)要在技術(shù)裝備上做好保障，進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)功能，建議從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）建設(shè)無線電氣象傳真信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)氣象傳真信號(hào)覆蓋范圍，科學(xué)布局設(shè)立3～5個(gè)信號(hào)監(jiān)測(cè)站，配備相應(yīng)播發(fā)頻率的接收機(jī)，對(duì)播發(fā)狀態(tài)及效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并把接收信號(hào)傳送至中控臺(tái)，和中控臺(tái)整合，形成一體化播發(fā)及信號(hào)中控管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（2）進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能。在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)任務(wù)統(tǒng)計(jì)模塊、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊及故障診斷模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)管理運(yùn)維科學(xué)化和信息化水平。

（3）進(jìn)一步提高主備系統(tǒng)自由切換功能。增加主、備用調(diào)制器的雙機(jī)熱備輔助硬件，使得雙機(jī)熱備不需要人工參與操作。

（4）開發(fā)氣象傳真服務(wù)微信公眾號(hào)。微信公眾號(hào)包含現(xiàn)有氣象傳真APP功能，用戶可直接關(guān)注公眾號(hào)，實(shí)時(shí)便捷查閱氣象云圖及航行警告等其他海上安全信息，能夠更好地服務(wù)船舶用戶、服務(wù)港航單位、服務(wù)國家海洋戰(zhàn)略。

5 結(jié)束語

可以預(yù)見，待海上無線電氣象傳真業(yè)務(wù)正式開放，將填補(bǔ)我國航海保障領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，有效提高我國航海保障服務(wù)水平和履約能力，大力提升海事大國話語權(quán)和主動(dòng)權(quán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 祝秋波. 淺談海上無線電氣象傳真系統(tǒng). 中國新通信，2016.5.

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