【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）天津海事局蓬萊航標(biāo)站遙測(cè)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)-軟件工程

中圖分類號(hào)： 學(xué)校代碼： 10055 密級(jí)： 公開 碩 士 專 業(yè) 學(xué) 位 論 文 天津海事局蓬萊航標(biāo)站遙測(cè)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) of 文摘要 I 中文摘要 航標(biāo)是保障船舶安全、經(jīng)濟(jì)航行的重要設(shè)施，對(duì)發(fā)展水上交通運(yùn)輸、海洋資源開發(fā)、漁業(yè)捕撈、國防建設(shè)和維護(hù)國家主權(quán)均起著重要作用。中國海事局為進(jìn)一步提高航標(biāo)管理自動(dòng)化水平和航標(biāo)助 航效能，提出并制定了 全國沿海航標(biāo)遙測(cè)、遙控建設(shè)指導(dǎo)原則，為全國沿海航標(biāo)管理開啟了智能化、信息化建設(shè)的新篇章。 本論文遵循軟件工程思想，結(jié)合北方海區(qū)煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)航標(biāo)信息化系統(tǒng)進(jìn)行研究。 本文以煙臺(tái)航標(biāo)處蓬萊航標(biāo)站航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的開發(fā)需求為背景，嚴(yán)格遵守軟件工程思想，對(duì)現(xiàn)有的航標(biāo)的管理、使用等進(jìn)行調(diào)查分析，從功能和性能兩個(gè)方面明確系統(tǒng)的用戶需求，圍繞系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等方面展開設(shè)計(jì)工作，最后對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)效果進(jìn)行了必要的描述。 該系統(tǒng)目前已經(jīng)在海事系統(tǒng) 得到了應(yīng)用，并 且得到了用戶的好評(píng)。用戶通過該系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控本轄區(qū)航標(biāo)狀態(tài)，還可以有針對(duì)性的相關(guān)航標(biāo)做出預(yù)防性維修。 關(guān)鍵字 ： 航標(biāo)助航 ， 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，微波通訊 I to is to as as a in of of of of a on of of on to On of of at of in of of in by 錄 錄 中文摘要 . I . 一章 緒論 . 1 第一節(jié) 研究的背景 . 1 第二節(jié) 研究的意義 . 2 第三節(jié) 論文的研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) . 3 論文的研究內(nèi)容 . 3 論文的組織結(jié)構(gòu) . 4 第二章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 . 5 第一節(jié) 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) (. 5 第二節(jié) 遠(yuǎn)程測(cè)控終端單元（ . 7 第三節(jié) 系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù) . 8 第四節(jié) 本 章小結(jié) . 9 第三章 系統(tǒng)的需求分析 . 10 第一節(jié) 蓬萊航標(biāo)站現(xiàn)狀分析 . 10 導(dǎo)航設(shè)備配置 . 10 通訊狀況 . 13 第二節(jié) 用戶需求分析 . 13 管理站結(jié)構(gòu)需求 . 13 監(jiān)控站結(jié)構(gòu)需求 . 14 終端站結(jié)構(gòu)需求 . 14 第三節(jié) 系統(tǒng)功能分析 . 15 目錄 航標(biāo)處監(jiān)控基站 . 16 航標(biāo)站監(jiān)控基站 . 18 終端站功能 . 18 通訊功能 . 20 第四節(jié) 系統(tǒng)可行性分析 . 22 技術(shù)可行性 . 22 經(jīng)濟(jì)可行性 . 22 操作可行性 . 23 第五節(jié) 開發(fā)環(huán)境 . 23 下位機(jī)開發(fā)環(huán)境 . 23 上位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境 . 23 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 . 23 第六節(jié) 本章小結(jié) . 24 第四章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 25 第一節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 . 25 第二節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 26 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) . 26 通訊鏈路 . 27 第三節(jié) 監(jiān)測(cè)基站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 28 航標(biāo)處監(jiān)測(cè)基站 . 28 航標(biāo)站監(jiān)測(cè)基站 . 29 第四節(jié) 端站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 燈塔終端站 . 31 燈樁終端站 . 33 第五章 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) . 36 第一節(jié) 運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)原理 . 36 燈質(zhì)檢測(cè) . 36 目錄 V 供電參數(shù)檢測(cè) . 37 雷達(dá)應(yīng)答器檢測(cè) . 38 第二節(jié) 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) . 39 硬件電路可靠性設(shè)計(jì) . 39 工作模式安全性設(shè)計(jì) . 40 第三節(jié) 監(jiān)控終端設(shè)計(jì) . 40 燈塔終端站 . 40 燈樁終端站 . 53 第四節(jié) 操作站設(shè)計(jì) . 60 第五節(jié) 本章小結(jié) . 72 第六章 總結(jié)與展望 . 73 第一節(jié) 主要工作 . 73 第二節(jié) 展望 . 73 參考文獻(xiàn) . 75 致謝 . 77 個(gè)人簡歷 . 78 第 一 章 緒論 1 第 一 章 緒論 第一節(jié) 研究 的 背景 在宣示國家主權(quán)、海洋船舶運(yùn)輸、港口基礎(chǔ)建設(shè)、海洋資源開發(fā)等方面航標(biāo)助航系統(tǒng)作為保障船舶安全、經(jīng)濟(jì)航行的重要設(shè)施具有十分重要的作用。 水上航運(yùn)系統(tǒng)市交通運(yùn)輸系統(tǒng)中很重要的一部分 1。航標(biāo)作為保證航運(yùn)安全的重要設(shè)施，其數(shù)字化、高效化、智能化是提升通航環(huán)境的必要條件 2。 設(shè)一套具有高度信息資源共享功能的船 舶導(dǎo)助航系統(tǒng)充分整合信息資源，建立及時(shí)、有針對(duì)性、可定制化的信息發(fā)布機(jī)制和技術(shù)平臺(tái)，使其具有快速及時(shí)、有效發(fā)布航行動(dòng)態(tài)、航行警告、船舶航行動(dòng)態(tài)、氣象海況等信息的功能， 是實(shí)現(xiàn)助航設(shè)施管理現(xiàn)代化、提高航標(biāo)助航效能，促進(jìn)海洋事業(yè)快速健康發(fā)展的必然需求。本文以這一需求為目標(biāo)，對(duì) 船舶導(dǎo)助航系統(tǒng)的基礎(chǔ)系統(tǒng) 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)建設(shè)方案及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。 國家海事局 在大力發(fā)展 船舶交通服務(wù)（ 統(tǒng)、船舶通用自動(dòng)識(shí)別（ 系統(tǒng)的同時(shí)，十分重視航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)建設(shè)， 中國海事局先后提出并制定了 全國沿海航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)原則、 海區(qū)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步明確了 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)所應(yīng)達(dá)到的基本技術(shù)要求 3。航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)與 統(tǒng)信息融合和應(yīng)用技術(shù)的研究，也已處于起步階段。 現(xiàn)有航標(biāo)多數(shù)不具備遙測(cè)遙控功能，同時(shí)由于海洋地理位置的特殊性更沒有預(yù)留通訊接口。一套航標(biāo)是由航標(biāo)燈、能源供給模塊等組成，盡管單體設(shè)備技術(shù)總體上是成熟的，然而受裝配工藝限制各單元功能組合后整體技術(shù)水平不高，抗風(fēng)、抗冰等能力不強(qiáng)。更為嚴(yán)重 的是每個(gè)單元組合后的接口處存在縫隙，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行浸水、潮氣、鹽霧等腐蝕造成航標(biāo)不能正常工作。航標(biāo)的工作狀態(tài)是單體的，一旦發(fā)生走位、熄滅、被撞、漂失等并不易被發(fā)現(xiàn)。 航標(biāo)管理人員的定期巡檢并不能保證航標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，航標(biāo)設(shè)施正常運(yùn)行基本依賴于人的道德素質(zhì)高低。與陸地相比海上設(shè)備更容易遭到破壞和盜竊，除第 一 章 緒論 2 巡檢工作及時(shí)到位外，技術(shù)革新必不可少。陸地上的燈塔（樁）在建設(shè)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)、供電、內(nèi)外部設(shè)備等都有考慮，然而附屬設(shè)備對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作質(zhì)量也有很大影響。蓄電池等供電能力、市電系統(tǒng)的避雷保護(hù)、帷幕的起降都是航標(biāo)正常運(yùn) 行的不確定因素，這些都依賴于日常的維護(hù)保養(yǎng)及時(shí)性、準(zhǔn)確性。 顯然，目前的航標(biāo)系統(tǒng)并不能滿足安全航行的要求，并不能滿足現(xiàn)代化航運(yùn)的要求，并不能滿足 “ 數(shù)字航道 ” 的要求。所以必須利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)建立一套高智能、高效率的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng) 4。無線通訊技術(shù)、 理信息系統(tǒng)）技術(shù)、 球定位技術(shù)、 控制器單元）技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展為解決上述問題帶來了新的思路與方法 5。 隨著電子技術(shù)、無線電等通訊技術(shù)的發(fā)展國外一些 航運(yùn)大國不僅建立起了國家級(jí)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，為其航標(biāo)管理降低了運(yùn)行陳 本、改進(jìn)了管理模式，而且隨著新的通訊導(dǎo)航及計(jì)算機(jī)監(jiān)控等高技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，迅速提高了海洋管理當(dāng)局的服務(wù)和監(jiān)管水平 6。 第二節(jié) 研究 的 意義 當(dāng)前海事系統(tǒng)再用航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)、 統(tǒng)、 統(tǒng)由于在建設(shè)之初各系統(tǒng)既有特定的功能、區(qū)域劃分和用途取向，且由不同的廠家進(jìn)行開發(fā)和建設(shè) 7，這就決定了各系統(tǒng)間信息應(yīng)用、信息處理方式的獨(dú)立性，無法形成系統(tǒng)間的信息共享。 根據(jù)我國沿海航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)、 統(tǒng)、 統(tǒng)實(shí)際建設(shè)情況分析可知， 統(tǒng)、 統(tǒng)由國外成套引進(jìn)，而沿海航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)作為 船舶 導(dǎo)助航系統(tǒng)的基礎(chǔ)系統(tǒng)均為 國內(nèi)企業(yè)在遵循海區(qū)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求下進(jìn)行自主研發(fā) 8，與 統(tǒng)、 統(tǒng)建設(shè)相比，具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此以航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)建設(shè)為基礎(chǔ)，探索建立一套具有涵蓋航標(biāo)智能化管理、 統(tǒng)信息共享功能的信息處理平臺(tái)，以提升海事管理、海事服務(wù)科學(xué)技術(shù)水平，是保障我國海洋事業(yè)健康發(fā)展的必然需要。 第 一 章 緒論 3 第 三 節(jié) 論文 的 研究內(nèi)容 與組織結(jié)構(gòu) 論文的研究內(nèi)容 依據(jù)信息化、智能化、一體化的最新海事管理理念，研究建立具有實(shí)時(shí)功能的助航設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程維護(hù)、故障報(bào) 警、海況基礎(chǔ)信息監(jiān)測(cè)等功能的航標(biāo)管理信息管理平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)航標(biāo)管理現(xiàn)代化、信息化， 管理系統(tǒng)融合為一體，提升海事監(jiān)管、服務(wù)水平，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，涉及電子、通信、衛(wèi)星定位、數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)當(dāng)今前沿科學(xué)技術(shù)。本文著眼于 船舶導(dǎo)助航系統(tǒng) ，重點(diǎn)探討其基礎(chǔ)系統(tǒng) 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)理念，航標(biāo)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法 ， 以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程處理故障、提高作業(yè)效率、降低運(yùn)行成本的目標(biāo)。 本論文主要研究內(nèi)容具體可以歸結(jié)為： 基于低功耗處理器技術(shù)、無線中繼通訊組網(wǎng)技術(shù)的航標(biāo)燈器數(shù)據(jù) 采集控制平臺(tái)的開發(fā)； 基于多級(jí)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信息發(fā)布平臺(tái)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開發(fā)； 基于以太網(wǎng)技術(shù)的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊接口技術(shù)的開發(fā)； 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能有： 信息監(jiān)測(cè) 測(cè)控系統(tǒng)周期采集航標(biāo)及輔助設(shè)備運(yùn)行狀況，建立相關(guān)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫，為管理部門監(jiān)視航標(biāo)設(shè)備工作狀態(tài)、分析設(shè)備故障原因提供基礎(chǔ)信息； 遠(yuǎn)程維護(hù) 管理人員利用系統(tǒng)的遙控功能對(duì)航標(biāo)設(shè)備進(jìn)行遙控測(cè)試，確認(rèn)航標(biāo)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從而減少巡檢次數(shù)，延長巡檢周期；利用遠(yuǎn)程維護(hù)功能對(duì)航標(biāo)能源供給系統(tǒng)定期充放電，實(shí)現(xiàn)蓄電池的定期維護(hù)，延長其使用壽命； 故障報(bào)警 系統(tǒng)依據(jù)預(yù)置參數(shù)與自動(dòng)采集的航標(biāo)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)航標(biāo)故障。在提示監(jiān)控人員的同時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理程序，縮短設(shè)備失效時(shí)間，提高故障應(yīng)急反應(yīng)能力和航標(biāo)設(shè)備正常率。 數(shù)據(jù)發(fā)布 第 一 章 緒論 4 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng) 據(jù)庫，采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持多種數(shù)據(jù)交換協(xié)議，同時(shí)系統(tǒng)上位軟件提供 能，支持對(duì) 遠(yuǎn)程訪問。遙測(cè)遙控系統(tǒng)的多種數(shù)據(jù)接口為與 系統(tǒng)的信息共享提供了可能，為實(shí)現(xiàn)海事管理 信息化、智能化、一體化 奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 論文的組 織結(jié)構(gòu) 論文內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu) 為 ： 第一章是緒論 。 這一章 對(duì) 論文研究的背景、 意義 和 研究內(nèi)容 等做了簡要的介紹。 第二章是系統(tǒng)開發(fā)的理論基礎(chǔ)。 這一章 對(duì) 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 的概念、開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了簡要的闡述。 第 三 章是系統(tǒng)的 需求分析 。 這一章 從功能需求和性能需求兩個(gè)方面，對(duì) 航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng) 進(jìn)行了需求分析，同時(shí)進(jìn)行了可行性分析。 第四章是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 這一章 從系統(tǒng)的 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 、 控制柜硬件組成、監(jiān)控軟件組態(tài) 等多個(gè)方面，對(duì) 蓬萊航標(biāo)站航標(biāo)遙測(cè)遙控 系統(tǒng)展開了設(shè)計(jì)工作。 第五章是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 這一章 對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行了簡 要的闡述和介紹。 第六章是總結(jié)與展望。 這一章 對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié)，并 對(duì)后續(xù)研究工作進(jìn)行了展望。 第 二 章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 5 第 二 章 相關(guān) 關(guān)鍵技術(shù)概述 助航用航標(biāo)由于具有分布面積分散、工作條件 惡劣 、維護(hù)作業(yè)復(fù)雜、維修條件苛刻等特點(diǎn)，因此其測(cè)控系統(tǒng)具有鮮明的特征。 結(jié)合 蓬萊航標(biāo)站所轄燈塔、燈樁、浮標(biāo)的分布情況、工作狀況 ，以及當(dāng)前 監(jiān)控 系統(tǒng) 的開發(fā)與應(yīng)用情況，明確了 蓬萊航標(biāo)站遙測(cè)遙控系統(tǒng) 在開發(fā)時(shí)所需的理論基礎(chǔ)；從開發(fā)技術(shù)上明確了系統(tǒng)開發(fā)所需的技術(shù)支撐為 低功耗控制器技術(shù)、無線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)及具有開放性的 可視化工業(yè)組態(tài)平臺(tái) 技術(shù)。 第一節(jié) 數(shù)據(jù)采集 與監(jiān)控系統(tǒng) (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，也叫做 統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。 統(tǒng)是一個(gè)硬件和軟件結(jié)合的系統(tǒng)，被用于遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。監(jiān)控諸如油井、天然氣管線、供暖換熱、供水管線等，在油氣、市政、能源計(jì)量等行業(yè)應(yīng)用廣泛 9。 在 統(tǒng)中操作站（上位 機(jī)）用通信方法去下位機(jī)（智能儀表或 集數(shù)據(jù)，并將控制信號(hào)送至下位機(jī)，經(jīng)下位機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。與以模擬信號(hào)直接傳輸為基礎(chǔ)的 工控機(jī)相比，可節(jié)省大量的線纜，并提高系統(tǒng)精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)管控一體化，是現(xiàn)代測(cè)量控制技術(shù)的一大進(jìn)步。 在 統(tǒng)中為保證數(shù)據(jù)完整性、提高系統(tǒng)可靠性操作站一般進(jìn)行 1:1冗余配置，主從操作站熱備運(yùn)行 ， 如圖 示。在系統(tǒng)正常時(shí)，由主操作站行使控制權(quán)，主操作站將所有采集到的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息通過通訊接口傳送給 后備操作站， 后備 操作站此事可暫時(shí)充當(dāng)顯示終端。一旦主操作站發(fā)生故障， 后備操 作站按預(yù)定的時(shí)間間隔從動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)、作出判斷，并立即接管主操作站的控制權(quán)，執(zhí)行監(jiān)控功能。待主操作站故障排除、恢復(fù)正常工作后，后備操作站又將控制權(quán)交回主操作站，并確保無數(shù)據(jù)丟失 10。 第 二 章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 6 圖 操作站冗余熱備系統(tǒng) 通訊總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見的有星形、樹形、環(huán)形（如圖 示），以環(huán)形為最佳 11。因環(huán)形總線上所管的每一個(gè)現(xiàn)場裝置，都可從兩個(gè)方向與主機(jī)相遇，所以環(huán)形總線上的任意一點(diǎn)如果因故障斷開，都對(duì)通訊不構(gòu)成破壞。但在采用無線通訊技術(shù)組網(wǎng)時(shí)，環(huán)形總線因通訊方向的不受控性并不適用 5。 圖 現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 以無線電作為傳輸介質(zhì)組成的 統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)分為兩部分，即上位機(jī)經(jīng) 與無線收發(fā)器連接，現(xiàn)場裝置（下位機(jī)）經(jīng) 訊接口與從站的無線收發(fā)器連接?，F(xiàn)場裝置與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊經(jīng)由數(shù)傳電臺(tái)實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)采用分時(shí)制脈沖編碼技術(shù)，在一條信道上與各現(xiàn)場裝置傳送不同的控制信號(hào)與數(shù)據(jù)，為了使各個(gè)數(shù)據(jù)從站的數(shù)據(jù) 不致混淆，在系統(tǒng)中需定義一個(gè)協(xié)議，其原則是：主站以廣播方式呼叫，呼叫數(shù)據(jù)包中包含從站的 ，于是相應(yīng)的從站將數(shù)據(jù)送回給主站 12。現(xiàn)場裝置通過標(biāo)準(zhǔn)串行口 數(shù)傳電臺(tái)通訊。其典型結(jié)構(gòu)如圖 示。 第 二 章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 7 圖 數(shù)傳從站與主站 第二節(jié) 遠(yuǎn)程測(cè)控終端單元（ 遠(yuǎn)程測(cè)控終端（ 構(gòu)成遙測(cè)遙控系統(tǒng)的核心裝置。通常由指令控制器及數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、數(shù)據(jù)通訊部分、電源部分及輔助部件與柜體等五個(gè)部分組成。 無統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般來說符合下列技術(shù)特征的控制設(shè)備，均可稱之為 標(biāo)準(zhǔn)的編程語言環(huán)境； 極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，工作溫度 70，環(huán)境濕度 5% 95% 極強(qiáng)的抗電磁干擾能力； 多種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議 ； 豐富的通信接口、支持多種通信方式（比如數(shù)傳電臺(tái)、 )、通信距離長； 大容量存儲(chǔ)能力； 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)； 靈活互相兼容的開放式接口。 與常用的可編程控制器 比 司 常具有優(yōu)良通訊能力和更大存儲(chǔ)容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計(jì)算功能 13。低功耗 適用于各種有低功耗要求的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)記錄的各種應(yīng)用領(lǐng)域，其順應(yīng)了當(dāng)今 品發(fā)展的趨勢(shì) , 適用于小型化高性能低功耗的用戶需求 14，低功耗一體式 構(gòu)如圖 示 。 第 二 章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 8 圖 一體式 構(gòu)圖 低功耗 型 用于 “ 四遙 ” 應(yīng)用的各種領(lǐng)域，包括：環(huán)境監(jiān)測(cè)能源調(diào)度管理等應(yīng)用領(lǐng)域。它具有梯形圖邏輯功能及靈活可靠的 I/O 和通信端口，智能化易于使用。 低功耗型 有三種工作模式，通信模式掃描模式睡眠模式。通過三種工作模式使 到非常低的功率消耗。 第 三 節(jié) 系統(tǒng)開發(fā)的 關(guān)鍵技術(shù) B/S 結(jié)構(gòu)的全稱是 叫做瀏覽器 /服務(wù)器模式，是隨著 在 件中 B/S 結(jié)構(gòu)的 戶端有逐漸替代基于遠(yuǎn)程桌面方 案的客戶端的趨勢(shì)。 統(tǒng)由于站點(diǎn)多、分布廣等特點(diǎn)造成了其系統(tǒng)維護(hù)困難， B/S 結(jié)構(gòu)的 戶端不需要安裝任何專門的軟件，也幾乎不需要和系統(tǒng)有關(guān)的軟件維護(hù)，這使得系統(tǒng)的擴(kuò)展變得非常容易。 B/S 結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)中的三個(gè)要素（數(shù)據(jù)、行為、功能）進(jìn)行分離，形成了前端客戶層、中間應(yīng)用層以及后端設(shè)計(jì)隔離和服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)了可移植的邏輯表達(dá)。 第 二 章 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)概述 9 B/S 結(jié)構(gòu)是真正的三層結(jié)構(gòu)。其 在 統(tǒng)應(yīng)用時(shí) 優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）不必對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行專 用的客戶端組態(tài)，同時(shí)在系統(tǒng)的用戶端也不需要增加任何代碼。在 統(tǒng)中一 般都有將 作界面直接發(fā)布成 界面的專用軟件，在系統(tǒng)升級(jí)或擴(kuò)展時(shí)使用 B/S 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)只需少量的操作即可完成 戶端界面的升級(jí)更新。 用戶只需會(huì)使用現(xiàn)行的主流瀏覽器 即可。 這樣就既節(jié)約了開發(fā)系統(tǒng)的時(shí)間，也大大地減少了系統(tǒng)出錯(cuò)的可能性，降低了使用單位對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。 （ 2）系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)方式比較簡單。 統(tǒng)建設(shè)周期依賴于現(xiàn)場設(shè)備的 投運(yùn) 時(shí)間，由于現(xiàn)場站點(diǎn)、設(shè)備多是分批分期上馬，這也就造成了 擴(kuò)展、 升級(jí) 周期長。簡單意味著故障點(diǎn)少，這一點(diǎn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要，而 B/S 結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)正好 體現(xiàn)出了這方面的優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)一個(gè)使用軟件的 海事單位 來說如果其系統(tǒng)管理員需要在每部安裝軟件客戶端的電腦之間來回奔波維護(hù)， 不僅 工作 效率 量極其低下 而且維護(hù)成本 高昂 ，這都令人難以接受。 基于 B/新升級(jí) ，即使相隔 “ 萬水千島 ” 也可完成系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)、升級(jí)和共享。 （ 3）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠，并可進(jìn)行擴(kuò)展和移植，并可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密的安全性管理。 另外 ， B/S 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，還體現(xiàn)在于它的界面風(fēng)格統(tǒng)一，具有統(tǒng)一的語言模式和傳輸協(xié)議，能夠使資源更加優(yōu)化，系統(tǒng)的管理更加簡單可靠。 第 四 節(jié) 本章小 結(jié) 本章 簡要地介紹了在開發(fā) 蓬萊航標(biāo)站航標(biāo)遙測(cè)遙控 系統(tǒng) 之前需要了解和掌握的一些 基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)。 系統(tǒng)后續(xù)的需求分析和設(shè)計(jì)工作，將圍繞基礎(chǔ)理論， 通過 完成下位組態(tài)、 借助 B/S 結(jié)構(gòu) 、 術(shù)等來進(jìn)行 上位設(shè)計(jì) 。 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 10 第 三 章 系統(tǒng) 的 需求分析 系統(tǒng)的需求分析是按照工程思想進(jìn)行 系統(tǒng) 開發(fā)的一個(gè)重要的基本步驟。通過需求分析，可以確定用戶對(duì)系統(tǒng)在功能上、性能上的要求。如果沒有需求分析就設(shè)計(jì)和開發(fā) 監(jiān)控 系統(tǒng)的行為是難以理解的。 第一節(jié) 蓬萊航標(biāo)站 現(xiàn)狀分析 導(dǎo)航設(shè)備配置 航標(biāo)是航行標(biāo)志的簡稱，指標(biāo)示航道方 向、界限與礙航物的標(biāo)志，包括過河標(biāo)、沿岸標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)、過渡導(dǎo)標(biāo)、首尾導(dǎo)標(biāo)、側(cè)面標(biāo)、左右通航標(biāo)、示位標(biāo)、泛濫標(biāo)和橋涵標(biāo)等。是幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物與表示警告的人工標(biāo)志。 航標(biāo)對(duì)支持水運(yùn)、漁業(yè)、海洋開發(fā)和國防建設(shè)等具有重要作用。隨著航運(yùn)的發(fā)展天然標(biāo)志如山峰、島嶼等漸漸不能滿足船舶航行的需要，航標(biāo)就是在這種情況下逐步發(fā)展起來的。航標(biāo)設(shè)置在通航水域及其附近，用以表示航道、錨地、礙航物、淺灘等，或作為定位、轉(zhuǎn)向的標(biāo)志等等。航標(biāo)也用以傳送信號(hào)，如標(biāo)示水深，預(yù)告風(fēng)情，指揮狹窄水道交通等。永久性航標(biāo)的位置、特征、燈質(zhì)、信號(hào)等都載入各國出版的航標(biāo)表和海圖。 視覺航標(biāo)能使駕駛?cè)藛T通過直接觀測(cè)迅速辨明水域，確定船位，安全航行，是使用最多最方便的航標(biāo)。目視航標(biāo)常常顏色鮮明，以便白天觀測(cè)；發(fā)光的目視航標(biāo)可供日夜使用。常見的目視航標(biāo)有燈塔、立標(biāo)、燈樁、浮標(biāo)、燈船和各種導(dǎo)標(biāo)。燈塔是設(shè)置在重要航道附近的塔型發(fā)光航標(biāo)。立標(biāo)是設(shè)置在岸邊或淺灘上的固定航標(biāo)，標(biāo)身為桿形、柱形或桁架形。發(fā)光的立標(biāo)稱燈樁，發(fā)光射程比燈塔近得多。浮標(biāo)是用錨碇泊水中的航標(biāo)，用以表示航道、淺灘、礙航物等；發(fā)光的稱燈浮標(biāo)。燈船是作為航標(biāo)使用的專用船舶，裝有發(fā)光設(shè)備，作 用與燈塔相同，錨碇于難以建立燈塔之處，一般不能自航。 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 11 煙臺(tái)航標(biāo)處負(fù)責(zé)龍口至威海沿海水域的航標(biāo)管理工作，下設(shè)龍口航標(biāo)站、蓬萊航標(biāo)站、煙臺(tái)航標(biāo)站、成山頭航標(biāo)站等基層管理站，本文以蓬萊航標(biāo)站為例，具體分析導(dǎo)航設(shè)備配置情況。 表 出了 煙臺(tái)航標(biāo)處蓬萊航標(biāo)站 重點(diǎn)航標(biāo)設(shè)施的設(shè)備配置情況。 表 蓬萊航標(biāo)站主要航標(biāo)設(shè)施設(shè)備配置表 序號(hào) 站點(diǎn)名稱 主燈 備燈 雷達(dá)應(yīng)答器 1 北隍城燈塔 21 300 海標(biāo) 大竹山燈塔 46 300 3 猴磯島燈塔 00新裝 4 老北山燈塔 400 155 5 北長山燈塔 400 300 6 小竹山燈塔 500 300 7 鵲咀燈樁 300 8 珍珠門香爐礁燈樁 155 9 打連島燈樁 300 10 西北嘴燈樁 300 11 南隍城香爐礁燈樁 155 12 低角燈樁 300 13 蓬萊港進(jìn)口左燈樁 155 14 蓬萊港進(jìn)口右燈樁 155 15 牛砣子燈樁 300 16 廟咀燈樁 300 17 呂家壩子燈樁 300 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 12 表 設(shè)備供電及通訊狀況表 序號(hào) 站點(diǎn)名稱 主供電電源 輔助供電電源 通訊 1 北隍城燈塔 220電 2105， 495 型柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組各 1 臺(tái) 甚高頻電話 2 大竹山燈塔 1080W 太陽能電池 195 型柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組 1 臺(tái) 移動(dòng)電話 3 猴磯島燈塔 太陽能電池 195 型柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組 1 臺(tái) 甚高頻電話 4 老北山燈塔 220電 蓄電池 組 甚高頻電話 5 北長山燈塔 960W 太陽能電池 195 型柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組 1 臺(tái) 無 6 小竹山燈塔 960W 太陽能電池 無 無 7 鵲咀燈樁 200W 太陽能電池 無 無 8 珍珠門香爐礁燈 樁 1000 型電池 7 塊 無 無 9 打連島燈樁 200W 太陽能電池 無 無 10 西北咀燈樁 200W 太陽能電池 無 無 11 南隍城香爐礁燈 樁 1000 型電池 7 塊 無 無 12 低角燈樁 200W 太陽能電池 無 無 13 蓬萊港進(jìn)口左燈 樁 200W 太陽能電池 無 無 14 蓬萊港進(jìn)口右燈 樁 200W 太陽能電池 無 無 15 牛砣子燈樁 200W 太陽能電池 無 無 16 廟咀燈樁 200W 太陽能電池 無 無 17 呂家壩子燈樁 200W 太陽能電池 無 無 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 13 通訊狀況 蓬萊航標(biāo)站所轄航標(biāo)設(shè)施，以蓬萊航標(biāo)站辦公地點(diǎn)為中心呈扇型分布，分布半徑除北隍城燈塔、南隍城香爐礁燈樁最遠(yuǎn)達(dá)到 38 海里外，其余均在 18 海里范圍內(nèi)，航標(biāo)布設(shè)地理位置相對(duì)集中。根據(jù)北方海區(qū)煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控工程可行性研究報(bào)告中，無線通訊測(cè)試報(bào)告所提供的：在接收天線掛高25 米（蓬萊航標(biāo)站），天線增益 12發(fā)射天線掛高 3 米，天線增益 12射機(jī)發(fā)射功率 5W，兩點(diǎn)距離 18 海里條件下， 230M 載波信號(hào)場強(qiáng)達(dá) 信號(hào)場強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)，在北隍城、大竹山燈塔分別建立兩個(gè)無線中繼站，無線通訊系統(tǒng)即可有效覆蓋蓬萊航標(biāo)站所轄航標(biāo)設(shè)施布設(shè)海域。 第二節(jié) 用戶 需求分析 由于煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)具有分布區(qū)域廣，日常維護(hù)困難的特點(diǎn)，在系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)中，必須堅(jiān)持以下設(shè)計(jì)原則： 系統(tǒng)必須安全可靠、人機(jī)界面友好，便于管理人員掌握和操作； 系統(tǒng)軟、硬件均采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于維護(hù)、硬件設(shè)備更換及軟件系統(tǒng)升級(jí)。 監(jiān)控 設(shè)備在故障狀況下，不能影響航標(biāo)設(shè)備的正常運(yùn)行。 管理站 結(jié)構(gòu)需求 煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)不僅要對(duì)上百個(gè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)（終端站）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，同時(shí)又要具有航標(biāo)設(shè)備信息查詢和在線分析能力，特別是在系統(tǒng)建設(shè)完成后，航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)將作為航測(cè)信息系統(tǒng)的子系統(tǒng)，為航測(cè)信息系統(tǒng)提供航標(biāo)設(shè)備運(yùn)行信息及所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)的總體功能要求可以歸納為以下四個(gè)方面： 1. 系統(tǒng)規(guī)模 煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)應(yīng)具有與現(xiàn)場上百個(gè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)（終端站）實(shí)現(xiàn)無縫連接的能力，并在此基礎(chǔ)上 ，建立航標(biāo)遙測(cè)、遙控 實(shí)時(shí) 信息數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 14 2. 系統(tǒng)功能 煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、打印以及對(duì)航標(biāo)設(shè)備進(jìn)行遙控操作的功能。 3. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性 煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)應(yīng)具有通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，把關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的手工錄入數(shù)據(jù)，經(jīng)處理存入實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫中的能力，方便地實(shí)現(xiàn)航標(biāo)信息的更新與管理。 4. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的開放性 煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)、遙控系統(tǒng)應(yīng)具有通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，與其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相連接的能力，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享。 監(jiān)控站結(jié)構(gòu)需求 在煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)中，航標(biāo)處監(jiān)測(cè)基站、航標(biāo)站監(jiān)測(cè)基站的基本功能是相同的，所不同的只在于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理范圍和權(quán)限，以及因此而產(chǎn)生的系統(tǒng)硬件資源配置的差別，因此，保證系統(tǒng)軟、硬件的一致性，以便系統(tǒng)具有以下技術(shù)特性： 操作模式：航標(biāo)處監(jiān)測(cè)基站、航標(biāo)站監(jiān)測(cè)基站的操作模式相同，便于航標(biāo)設(shè)備管理人員掌握和使用。 配置模式：航標(biāo)處監(jiān)測(cè)基站、航標(biāo)站監(jiān)測(cè)基站的系統(tǒng)硬件配置模式相同，便于進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：系統(tǒng)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于航標(biāo)處監(jiān)測(cè)基站及各航標(biāo)站監(jiān)測(cè)基站數(shù)據(jù)庫中，形成分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性 。 數(shù)據(jù)接口：系統(tǒng)操作、維護(hù)數(shù)據(jù)接口與系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)接口完全獨(dú)立，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)接口只提供數(shù)據(jù)查詢功能，保護(hù)系統(tǒng)免遭計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒和人為的惡意侵襲，提高系統(tǒng)的免疫力和安全性。 終端站結(jié)構(gòu)需求 終端站直接安裝于航標(biāo)設(shè)備現(xiàn)場，并由其具體實(shí)施系統(tǒng)的遙測(cè)、遙控功能，因此，針對(duì)航標(biāo)設(shè)備特殊的工作環(huán)境，終端站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除需要具有航標(biāo)設(shè)備的檢測(cè)、控制功能外，還必須具備以下技術(shù)條件。 第 三 章 系統(tǒng)的 需求分析 15 工作溫度 根據(jù)煙臺(tái)航標(biāo)區(qū)轄區(qū)海域的氣候變化情況，航標(biāo)終端站必須滿足 65工作環(huán)境溫度變化的要求。 抗腐蝕性 海上鹽霧對(duì) 電子設(shè)備具有極強(qiáng)的腐蝕性，因此，終端站硬件系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的防腐、防潮、防水浸能力。 工作能耗 航標(biāo)設(shè)備大多依賴于太陽能電池或蓄電池供電，因此，終端站必須是一個(gè)低能耗系統(tǒng)。 第三節(jié) 系統(tǒng)功能 分析 根據(jù)煙臺(tái)航標(biāo)處航標(biāo)設(shè)施的分布狀況、現(xiàn)行航標(biāo)設(shè)備管理體制、系統(tǒng)建設(shè)條件和系統(tǒng)建設(shè)