1、1天生桥库区水上交通安全通信系统框架设计摘 要：本文从天生桥库区自然情况及水上交通安全监管实际出发，通过技术比较选型，研究提出了以 VHF 技术与同频同播技术为基础的水上安全通信系统方案。 关键词：水上交通 安全 通信 方案 1.天生桥库区水上交通安全通信状态 1 . 1 天生桥库区自然情况 天生桥库区位于珠江流域，位于红水河上游南盘江上，处于黔、滇、桂三省（区）结合部，涉及三省（区）6 个市县、17 个乡镇近 10 万人口的少数民族。库区东西最大横距 81 公里，南北最大纵距 49.5 公里，面积 177.75 平方公里，形成了 313 公里全年可通航天然水运航道，其中140 公里为主航道。
2、这些水运航道是库区及周边群众生产、生活物资运输和出行的主要通道。 1 . 2 天生桥库区水上交通安全通信情况 近年来，实现了由广西、云南、贵州三省（区）对天生桥库区水上交通安全齐抓共管的海事监管格局。三省区海事部门建立了通信联系手册，汇集了库区航行的船舶联系人的移动电话号码，一旦发生水上险情，可以建立海事部门与船舶之间，船舶与船舶之间的联系。 天生桥库区内河水上遇险报警和安全通信基本采用公网手机，对于手机覆盖盲区，目前无任何水上遇险报警和安全通信的手段。即使在手机覆盖区，当海事部门、其他船主、亲属与遇险船只同时联系时，会出2现无法联系的情况，无法满足日常通航安全管理及应急搜救的需要。 因此，分
3、析能与搜救船舶建立应急通信的各种手段和方法，形成一套科学可行的、完整的应急通信体系，并在应急管理实践中科学运行，可以实现海事部门与遇险船舶之间以及船舶与船舶之间可靠的应急通信联系。 2.可供选择的通信技术 2 . 1 AIS 目前，在沿海及内河干线上的船舶已普遍采用 AIS 通信技术，AIS 岸基网络系统具有交通组织、船舶监控、海事调查、海上搜救、助航服务、海洋资源规划等方面功能，在保障水上交通、降低水域环境污染、强化航运反恐等方面发挥着重要的作用。但天生桥库区船舶多为自备船舶，船舶马力小、性能差，不具备安装 AIS 设备的条件。 2 . 2 无线公众移动通信 时下，无线公众移动网十分发达，其
4、信号能覆盖沿岸、内河、港口。航行其间的船舶只要配备公众移动通信网手机就能进行船岸之间的通话。但在天生桥库区海事通信中，除了通信保密方面的要求外，使用公众移动网络进行船岸通信有如下局限性。 （1）从水上安全管制要灵活、快捷、方便的客观要求着眼，对航行在库区数以千计的船舶不可能以公网自动拨号电话系统实施安全管制和调度指挥。由于公网移动电话只能进行点对点的单向通信，通信双方链路一旦建立，其他用户无法进入，没有一呼百应的特点。水上安全管制需要一点对多点、多点对多点沟通联络，做到方便调度指挥，保证协调行动。天生桥库区的遇险报警、海事救助、信息发布都不可能用一对一3的拨号电话进行。其理由很简单： 公网电话
5、不能在水运系统和动态船舶中发挥中枢神经职能作用，不能为船舶提供免费公益服务。公众网以对社会广泛服务为目的，以赢利为主要考核指标。而水上安全通信系统则以确保船舶航运安全为首要目的，以船岸通信为重点，以方便应急指挥调度为前提，以公益服务满意度为主要考核指标，在技术标准上、网络结构上、系统功能上、工作方式上相差很大。 天生桥库区位于三省区交界，众多船舶流动分散，需要有一个中枢神经系统把船与船、船与岸有机联系起来，需要对船与岸进行跨省区协调指挥，这种水运调度功能是公网移动电话无法完成的。 （2）国内公网移动通信不能完全覆盖天生桥库区。在公网移动通信所能覆盖的范围内船台能够与岸上进行通话和数据交换的范围
6、小于 10 km。公众网传输网络按行政区划分级建设和管理，在大中城市、经济发达地区和人口稠密地区网络发展速度很快，而在跨省市、地县的边缘地区形成网络末稍，是网络薄弱环节。船舶使用公网移动电话，在远离城镇地区，特别是库区中央、山区航道效果都不好，复杂的地形地貌使公网移动电话在部分地区的接入率几乎为零，这就制约了船舶对公网数字移动电话的使用。 另外，公网无线通信网由移动、联通、三家公司分别经营，从任何单独一家公司信号覆盖来看都有较大区域的盲区。而且利用公网无线通信建立指挥平台需要海事管理机构与三省区的各家移动通信运营商达成协议，降低了平台建立的可行性。 42 . 3 VHF 技术 在各种通信技术迅
7、速发展的今天，VHF 通信仍是船舶导航、避让、海事救助以及安全信息发布的重要手段，是保障船舶安全航行的必备通信方式。 （1）VHF 船岸移动通信具有国际标准，是船舶安全航行的通用通信手段。 根据国际电联（ITU）规定，水上移动业务 VHF 频段无线电话频率范围是 156-174MHz，共有同频单工频道和异频单、双工频道 55 组。其中对船舶报警、避让、海事救助以及水上管理作了相应的频率划分。世界各国都充分利用这个频率范围开展内河和近海船舶间和船岸间的无线电话通信。VHF 通信所具有的这种国际标准和全球通用性质，为不同国籍船舶的通信联络带来了便利。 VHF 通信对于保障天生桥库区航运安全其有特殊
8、意义。它其有如下功能： 船舶遇险救助及协调通信功能。对于航行在库区的各类船舶，均能受到库区 VHF 网络的监护，一旦发生危险，船舶可及时向邻近 VHF岸台或邻近船舶发出报警信号，岸台值守人员听到求救呼叫后，可立即通知海事部门组织施救。 航行安全信息广播功能。库区 VHF 通信网每天可以定时向所有船舶播发各种航行通告、气象水文预报、上下水船位信息，以及突发性灾难信息以利于船舶的安全航行。 船舶之间航行避让的必备手段。船舶彼此之间不知道对方移动5电话的号码，用 VHF 电话互通避让信息是方便可靠的手段。 （2）发达国家普遍使用 VHF 无线电话作为内河船舶安全管制的通信方式。 世界发达国家在内河航
9、运安全保障、沿海海事搜救中广泛使用 VHF 通信。从 1983 年起，德国七个内河航运航道局都建立了覆盖全国内河航道水域的 VHF 专用通信网，在全国范围内共建有 146 座 VHF 基站。德国航运管理部门通过 VHF 通信网可以监控船舶动态并将安全航行指令传递给所有船舶从而完成对莱茵河不同国籍船舶的安全通航监控。 美国于 1987 年建立了一个覆盖密西西比河、依利诺河、俄亥俄河等水系的 VHF 无线通信网，共设有 54 个基站。美国内河 VHF 无线电话网主要用于导航、安全救援、船舶动态、港站信息传递等。 因此，对于经济欠发达的天生桥库区航运，在选用通信方式时要从实际出发，尤其对 VHF 专
10、用通信网络的地位、作用要有清醒认识，对其建设应保持积极态度。 （3）VHF 通信网已在我国一些地区内河水运中发挥重要作用。 我国重视内河航运的 VHF 通信网建设，以长江为例，改革开放初期，政府就投资建设了长江专用 VHF 通信网。在宜昌至上海段共设有 17 个基站，川江航段在重庆、涪陵、万县、巫山设有 4 个基站。长江干线宜宾至上海 2800 余公里 VHF 通信已实现全线贯通、全面覆盖。长江 VHF 通信网除日常通信外，还为多起特大、重大海事救助提供了应急通信保障，为航运安全提供了大规模公益服务，如船舶遇险、海事救援、夏战洪水、冬战枯水等，年通话量逾百万分钟，为抢救人民生命财产做出了突出贡
11、献。再如，青海省的青海湖和贵德黄河段实施了 VHF 工程，青海湖水域 6VHF 有效覆盖范围达 37 公里以上，覆盖了沙岛、151 基地、渔场、二郎剑等通航水域；贵德黄河段水域有效覆盖范围达 20 公里以上，覆盖了贵德黄河旧大桥至松巴峡口的通航水域，通信信道遥控装置稳定可靠，通话效果清晰稳定。VHF 通信网在长江等内河区域的应用表明，将 VHF 技术应用于天生桥库区能够较好地发挥船舶安全监管与应急救援作用。 3.系统方案框架 3 . 1 技术选型 考虑到库区航行船舶一般较小、没有稳定电源的特点，船端宜采用便携式 VHF 通信终端手持机，该机自带高效充电电池，保证供电。为了保证对整个库区范围内船
12、舶的实时监控和船-岸间、船-船间的通话，需在库区设置多个 VHF 同播基站并进行覆盖组网；同时，需开发船舶监管岸基软件系统，通过通信控制系统，实现对所有 VHF 基站的控制和对船舶的监控调度。 通过该系统，可随时监控船舶航行的状况，实时调度指挥船舶，指导船员进行有效的操作，为船舶日常安全管理和处置应急突发事件提供一个即时沟通的平台。 3 . 2 总体方案 根据天生桥水域特点，在天生桥库区新建 8-10 座 VHF 同播基站；在南宁、百色、黔西南、曲靖的海事机构新建 4 个 VHF 通信控制中心。系统架构如图 1 所示。 根据业务开展需求，每个 VHF 基站各设置 1 个 CH16 常规守候频道
13、和1 个 CH6 信息播发频道，以及至少 1 个双工工作频道（“工”代表工作频7道） 。各控制中心功能如下： 百色海事局、黔西南地方海事局、曲靖地方海事局控制中心：三个控制中心分别控制库区三局辖区内基站，实现通信覆盖。库区内各辖区内基站通过租用传输专线或自行铺设专线的方式将语音及控制信息传输至相应辖区的海事局控制中心。 广西海事局控制中心：上述 3 个 VHF 通信控制中心的 VHF 话音信号通过公众网转接至广西海事局控制中心。 各控制中心通过租用 2Mbit/s 传输专线互联，以实现控制中心对所有基站电台的监听和使用。 3 . 3 组网方案 能实现通话的 VHF 便携式手持终端，需要有 VH
14、F 网络对监管区域的良好覆盖，既需要对监控区域的无缝覆盖，又需保证重叠覆盖区的话音质量，保证终端在不同的基站覆盖范围都能良好地工作。必须将多个基站连接起来组成同播通信系统，才能解决上述问题。由于监控区域的跨度较大，又多被河流分割，因此，采用无线技术将各基站组成同播通信系统的技术在本方案中尤其关键。 由于库区为三省交界的连续水域，船舶经常跨省区、跨基站覆盖区域航行，从便于船员操作避免频繁更换频道以及减少无线电频道资源占用角度，水上安全通信网络采用同播技术建设，各基站采用相同的工作频道，移动终端越区通话无需切换信道。同频同播系统具备组网灵活简便、覆盖范围广、可靠性高、可扩展性强、建设要求低、周期短
15、等特点，较适合水上安全指挥通信使用。 8采用有线链路作为中心链路基站和各同播基站之间的连接链路，该种方式采用集中与分布相结合的控制方式，由于没有链路带来的噪声和链路的频率干扰，是同播系统最理想的工作方式。有线链路同播系统可精密地调整基站发射功率、频率、时延、频偏，并判选出具有最佳信噪比的上行话音转发给其他基站。 考虑到天生桥库区的位于山区且跨度较大的特点，对于不适合布线的地区，可通过设备本身的无线接口连接中心链路基站和各同播基站，实现无线组网。采用无线链路特点是利用一对频点即可完成中心链路基站与各同播站的沟通，频率利用率较高。在组网时可以采用无线和有线混合的链路组网，也可以采用有线、无线链路互
16、为备份技术，自动切换，完全解决因为链路故障而中断信号的后顾之忧。无线和有线混合的链路组网模式，组网方式灵活，可以组建大型同播系统，建网范围不受限制。3 . 4 频道配置及频率规划 3 . 4 . 1 频道配置方案 在各 VHF 基站覆盖区内 CH16 作为常规守候频道，CH6 信息播发频道必须公用外，并确定一个工作频道。各 VHF 基站确定配置 2 个固定信道，其中 1 个为安全守听信道 CH16，1 个为信息播发频道 CH6，另根据需要配置 1 个工作信道，各基站采用相同的工作频道。 3 . 4 . 2 频率规划 本 VHF 系统的每个基站均配置三个信道，其中每个基站都有 CH6 信息播发频
17、道，采用单频点 156.3MHz，CH16 常规守候频道，采用单频点9156.8MHz，剩余的为工作频道，采用收发异频频点，频点需要申请。本VHF 系统每个基站需设置 VHF 信道机 3 个。 参考文献： 1夏保国.长江航运安全与 VHF 通信J.中国水运.1999（09）. 2王璇.长江船岸数据通信系统研究与开发D.武汉大学工程硕士学位论文.2004.11.3熊国炎.公众网能取代航运安全通信网吗J.中国水运.2003（12）. 4王今朝.改善长江江苏段 VHF 频道设置及使用的探讨J.航海技术.2009（04） 5王福斋， 张来保.对近海船舶能有效监控、管理的 VHF 通信系统J.中国航海.2004（01）. 6梁大为.同频同播系统组网实现技术的研究D.天津大学硕士学位论文，2006.1.
