海上气象传真播发及监测系统的应用

张永杰  闻俊

摘 要：气象传真是海上安全信息播发系统的重要手段之一，其通过在短波频段（3 MHz～30 MHz）上以F3C模式发射调制后的气象图片，以此向全世界范围广播播发气象分析图、气象云图、气象预报图等相关的图像气象信息。气象传真具有动态直观、激动观察的特点，能够更好的实现气象灾害的早发现、早预警，对事前水上安全同行保障和事后应急搜救均具有十分重要的作用。海上气象传真与播发监测系统的应用可以有效地构建一个自闭环验证的气象传真监测系统，实现对气象传真信息的播发检测，并对数据进行存储，方便数据统计、数据对比，完成对气象数据的更高效准确的应用，可以更好的为航海者规划最佳航线、规避航行风险提供重要参考。助力海上交通安全。

关键词：气象传真；播发监测；航线；数据分析

0 引 言

海上船舶航行安全与海洋环境密切相关，据统计80%以上的海上事故的直接或间接诱因是气象、气候的异常变化。因此，及时准确的播发海上气象、海浪等海上安全信息，是减少海难事故的有效途径。气象传真播发的海上天气分布情况、天气预报情况和警报等大量有用的海域情报，对于保证海上航行安全、选择最佳航线等方面都具有重要作用。

我国自2014年起开始规划设计重启了国内的海上无线电气象传真业务，目前已经有上海海岸电台、广州海岸电台两个气象传真播发站台，目前两个站台可以有效实现对我国承担的全球海上遇险安全系统公海責任区（如图1所示）的气象传真信息的覆盖。

近年来随着国际贸易增加，船舶数量增多，航行在我国海域范围内的船舶对于我国重新开启的海上气象传真业务也是越来越关注，期间也不断收到相关用户的反馈，比如受天气影响，受播发发信机老化影响，船端接收信号效果不稳定等等因素的影响，分辨率均无法满足船舶航线优化、特别是在恶劣海况下的避浪海域选择的精细化导航需求。这些都为气象传真播发管理单位带来了管理挑战，故此，构建一套自闭环的海上气象传真播发以及监测系统显得尤为重要。

本系统以海岸电台发信台为中心，通过在不同方向不同距离建设岸用气象传真监测接收终端，从多方向多距离上多频点上第一时间实时监测气象传真信号接收情况，并通过对收发报文数据比对，及时发现播发问题，调整发信机部署策略，有效保证电台气象传真报文的高效播发，更好地为周边海域船舶航线提供气象信息，将有利于加强我国国际履约能力。

1 系统架构

本系统通过现有的海岸电台无线电气象传真信息源推送系统进行海上气象传真信息播发。以上气象传真信息可以同时被建设的两个站点同步接收，并通过IP转换或者网络控制单元及远程控制器发送给后台分析平台的海上气象传真接收监测系统软件，具体系统构成如图2所示。系统软件对近距离以及远距离上2个监测点气象传真数据的采集、存储和打印等，以实现对海岸电台气象传真发信机播发状况及发射距离的实时监测，并可对历史数据进行统计、分析和管理。

2 气象传真岸台接收机设计

本系统设计的接收站点设计有专用的岸用版本海上气象传真接收机，其相较于传统的气象传真接收机具备有更加独立的电源模块以及完整的网络通讯单元，配合定制化的软件实现数据的实时回传，并且可以实现远程对接收频道的修改，具有更高的可操控性行。

气象传真接收机岸用版设备采用安卓操作系统进行开发，主要接收组件采用软件无线电方式进行设计开发，硬件紧凑先进，主机如图3所示，其具体结构可以如图4所示，通过10.1英寸的触摸屏进行全面操作控制，并且针对性的开发了数据上传以及存储应用，同时还支持远程频道修改的功能，对于系统检测平台的构建非常关键。

气象传真接收机基本接收原理是通过气象传真接收天线，对无线电波进行接收，然后通过FPGA（软件无线电）进行信号处理，处理过的信号获取到气象传真数据后交由ARM处理器进行数据调制，并最终通过安卓系统的主控板进行数据存储以及应用处理后分发，各个主控板之间通过串口进行通讯协议的控制，协调一致，具体原理可以如图5所示，完整的信号解析实现以及控制系统保证了整个接收机的流畅运行，并且可以实现很好的人机交互界面，方便用户实际操作。

2.1 系统功能

本系统主要设计利用岸台进行接收站点的建设，最后通过网络将接收站点的数据上传到服务器端进行汇总分析，分析结果可以通过建设的后台管理平台进行登录查看，系统具有实时性强、查询方便的特点，对管理发信机的实际发射状态可以及时发现及时处理问题。

2.2 接收站点

系统设计的接收站点目前主要是2个，通过南北两个远近距离不等的站点建设，在不通频点上测试发信台对不通频点上海上气象传真信息报文的发射信号强度进行实时采集分析，对收到的报文进行及时解析上传，构建一个自闭环的系统。

2.3 数据通讯模式

气象传真接收机通过接收天线对无线电信号进行接收，同时调制解调解析成对应的数据报文以及图片，然后将数据通过FTP网络传输到远端的服务器上。服务器对数据进行数据库存储，然后通过开放后台访问接口，并开发设计前端网站，这样用户可以通过对网站进行认证访问，对接收到的气象传真数据进行查看，并针对性的进行分析。

2.4 后台分析平台

本系统通过构建后台服务分析平台，对接收的实时数据进行存储和分析，用户则通过网站进行登录访问（如图6所示），查询当前发射接收情况，通过原发射图和接收图比对，及时改善播发效果，上报处理发现的发射问题。

3 结束语

本系统建设岸基海上气象传真信息报文接收系统，接收岸台发送的海上气象传真信息，与发送的原始报文进行比对，自闭环验证信息发送的成功率以及清晰度等，并且可以通过长期数据收集积累，验证研究气象传真发送系统的优缺点，针对性地对收发系统进行升级优化。

海上气象传真信息播发监测系统通过有效的自闭环验证手段，完善了海上气象传真播发系统，对于船舶航行安全具有非常重要的社会意义。并且可以分析发射的效率以及准确性，对于保证海上航行安全、选择最佳航线等方面都具有重要作用，社会效益显著。

参考文献

[1] 祝秋波.海上无线电气象传真系统构成机技术扩展[J].航海，2019（06）.