海上安全信息气象传真播发系统方案研究_易中立

如图 3（a）所示，在近距离通信时（仿真位置选取钓鱼 岛附近水域，距离上海播发台约 350nm），A 时间段需至少 开通 8MHz 或 10MHz 频段才能确保系统可靠度在 90%以 上，B 时间段需 5MHz 频段才能确保系统可靠度在 90%以上。 即 近 距 离 通 信 时 可 选 用 “5MHz+8MHz” 频 段 或 者 “5MHz+10MHz”才能保证系统适时率在 90%以上。
信号
格式特征
起始 信号
持续 5s 或 10s 频率为 300Hz 近似方波信号
相位 信号 行同步信号 图像 信号
持续 30s，每行有 5%白信号，95%黑信号 每行图像开头有 4.5ms 白信号和 20.5ms 黑色信号组成 整幅图像大小变化的持续 475ms 每行图像信号与同步信号构成一个完整行
第 16 卷 第 8 期 2016 年 8 月
中国水运 China Water Transport
Vol.16 August
No.8 2016
海上安全信息象传真播发系统方案研究
易中立 1，王福斋 1，赵 星 1，牟学东 1，张正弘 2，钱志勇 2
（1. 交通运输部 规划研究院，北京 100028；2. 上海海岸电台，上海 201206）
如图 3（c）所示，在中/远距离通信时（仿真位置选取 黄岩岛附近水域，距离上海播发台约 1,000nm），E 时间段 需至少开通 16MHz 或 18MHz 频段才能确保系统可靠度在 90%以上，根据上海播发台 实践经验，中 远距离通信时 18MHz 电路效果优于 16MHz 电路。
（a）
（b）
（c） 图 3 不同距离上气象传真接收效果仿真图
3．信息格式
为完成气象传真图像的传输，接收机需要知道图像的开 始位置、图像参数（合作系数以及扫描线频率）以及结束时 间。为了能够进行同步接收并正确打印出气象传真图，将气 象传真图像划分成起始信号、相位信号、行同步信号、图像 信号和结束信号等五部分[8]，各组成部分的内容说明如表 1 所示。
表 1 气象传真信号内容说明
图 2 气象传真覆盖范围示意图 2．播发频段 根据 ITU 的相关规则，海上无线电气象传真的播发设有 专门的频段，规定气象传真播发业务可开设在 3~18MHz 等 专用频段内[6，7]。我国曾开设的北京气象传真广播播发频率 包括 5/8/10/14/16/18 等 MHz 等六条电路，其覆盖范围 为中国大陆及沿海近岸。本文提出的系统播发频率基于原北
如图 3（b）所示，在中距离通信时（仿真位置选取朝鲜 海峡附近水域，距离上海播发台约 550nm），C 时间段需至 少开通 10MHz、14MHz 或 16MHz 频段才能确保系统可靠 度在 90%以上，D 时间段需 8MHz 频段或 10MHz 频段才能 确保系统可靠度在 90%以上。即中距离通信时至少需要开通 10MHz 频段。同时在中距离通信时 14MHz 电路通信效果优 于 16MHz 和 18MHz 电路。
在目前国际化争端越演越烈的情况下，改进及完善我国及周 边海域的精细化海洋环境预警能力，并通过海岸电台专用频 道实时发布，对完善我国自主海洋预报服务体系、打破船舶 对国外预报及通信系统的依赖、切实履行我国海事及海洋预 报应有的职责、提升我国的海洋战略地位具有十分重要的意 义。
三、系统方案 1．总体布局 我国位于全球海上遇险安全系统（GMDSS）公海责任 区的 XI—印度洋区（图 2 红色线条范围内），海域跨度较大， 且考虑到我国的南部海域大部分地区位于亚热带和热带，热 噪声干扰大；由于纬度低，在地球磁场的作用下，天波进入 电离层后会有较大的吸收损耗。特别是在太阳黑子低年，在 南中国海海域使用较高的通信频率对适时率的改善也没有明 显作用。因此，需要多个海岸电台、多工作信道进行覆盖， 以增加覆盖的可靠度和适时率。 《国家水上交通安全监管和救助系统布局规划修编》明 确将保留天津、上海和广州三个中心台的战略发展思路[5]。 结合我国海岸电台布局及开设业务电路现状，本文提出在上 海海岸电台和广州海岸电台分别开通海上无线电气象传真播 发业务。上海播发台在近海方面应可靠覆盖我国东海，包括 钓鱼岛水域、朝鲜海峡水域等；在远海方面应有效覆盖至黄 岩岛、日本北海等重点关注水域，覆盖距离应不小于 1,200nm。广州播发台在近海方面可在东海海域包括钓鱼 岛、台湾海峡等水域与上海播发台实现交叉覆盖，并重点加 强南中国水域的覆盖，覆盖距离不小于 1,200nm。我国气象 传真播发系统覆盖范围如图 2 所示。
综上分析，在近距离通信应确保开通 5MHz 频段电路， 在中距离通信时应确保开通 10MHz 频段和 14MHz 频道电 路，在中/远距离通信时应确保开通 16MHz 或 18MHz 频段 电路。根据上海海岸电台播发经验，在远距离通信时 18MHz 频段通信效果优于 16MHz。
同理，以广州播发台为例，在近、中、远距离上设置仿 真点进行计算，计算结果亦是如此。因此，本文建议我国海 上无线电气象传真系统采用 5/10/14/18MHz 等 4 个频段 的专用频点。
收稿日期：2016-06-10 作者简介：易中立（1985-），男，硕士，交通运输部规划研究院工程师，注册安全工程师，主要从事水上交通安全、通
信领域规划研究、可行性研究、设计及后评价等咨询工作。
第8期
易中立等：海上安全信息气象传真播发系统方案研究
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（4）海事卫星 我国海事卫星通过北京关口站将特定安全信息（含气象 信息等）经卫星以广播方式向船舶终端播发，播发对象可以 是一定地理范围内的，也可以是按群组划分的。通过海事卫 星广播方式接收气象警告信息具有接收范围广，信号稳定， 误码率低等特点。缺点在于费用较高且接收的气象信息为大 范围内的天气形势，船舶无法对局部航行区域的气象海况信 息进行分析。 （5）无线电气象传真 气象传真系统是通过无线电系统传输气象图像或文字信 息的系统。该系统由于采用 HF 频段进行无线传输，船舶通 过选择合适的接收频率可以实现全海域范围内接收气象传真 信息（目前频率的选择可以通过气象传真接收机自动对各频 道信号进行电平分析，自动选择接收频率）。 气象传真包含的气象信息非常丰富，不仅提供地面、高 空、海洋的各种气象、水文的实况分析资料，而且还提供气 压形势、海面状况及其它物理量的短、中期预报图，对提高 天气预报时效和预报服务质量起了很大的作用。利用气象传 真接收机，船舶可以直观地、全方位地、多层次地了解海洋 环境及预测海洋环境的变化，并及时获得海上天气情况分布、 天气预报和台风预报等大量有用的海洋气象情报，这对于保 障海上航行安全、选择最佳航线具有重要的参考意义。世界 许多国家气象部门通过其海岸电台向各大洋区定时发布气象 传真图。 上海海岸电台组织多家航运单位就海上气象预报业务需 求召开了通信业务座谈会，根据各航运单位代表反馈意见， 95%以上国际航行船舶和 75%以上国内航行船舶通过气象 传真获取气象信息，大多数船舶都提出了对我国开通气象传 真业务的希望，调研情况如图 1 所示。
按照相关国际公约的规定，各国相继开设了气象传真业 务，据统计，目前全球共设有气象传真播发台 22 座，几乎 覆盖了世界各地的海洋。目前大部分的远洋船舶都配备了气 象传真接收机，用于接收海况预报、天气预报的图像形式的 气象信息。
2．业务需求 随着科学技术的高度发展，目前船舶在航海中有多种多 样的手段来接收航海气象信息： （1）NAVTEX 我国共设有五座英文 NAVTEX 播发台，在 518KHz 频 率用英语通过窄带直接印字报方式，定时对船舶播发包括了 航行警告、气象报告和警告、安全通告等主要内容的海上安 全信息[3]。使凡装有 NAVTEX 接收机的船舶，每日在规定时 间能接收英文播发的航行警告、气象报告、气象警告、搜救 通知等海上安全信息。但由于中频信号传输固有特性的限制， NAVTEX 可靠的接收距离约为 100~200nm。 （2）SSB 语音气象信息 我国部分海岸电台还开通了 SSB 海上安全信息语音播 发电路，在 SSB 电路上定时播发气象及安全信息，在台风或 海上气象恶劣时段，开展气象信息播发和航行警告，船舶通 过选择合适的接收频率可以实现全海域范围内接收。该方式 最大的优点在于覆盖范围广、服务免费等特点，但该方式只 是简单语音气象预报，具有直观性较差，不便于船方进行长 时间天气和海况的分析的固有缺点。 （3）VHF 安全通信系统 VHF 安全通信系统可定时或非定时向 A1 海区船舶播发 气象警告和气象预报，是各单位辖区航行警告播发的主要手 段。VHF 工作频段为 156~174MHz，其覆盖范围约 25nm， 大范围、长时间的沿海气象警告需要通过 NAVTEX 等其他方 式进行统一播发。
图 1 船舶使用气象传真统计图
综上，海上无线电气象传真是目前船舶接收气象信息的 重要方式，尤其是国际航线船舶，绝大部分船舶也正是以此 为最重要获取气象和海况信息的技术手段。从未来发展趋势 看，日本发布的相关预报，由于缺乏中国海域实测数据，预 报准确率因难以验证而得不到进一步提高，例如日本播发的 48h 温带气旋强度预报准确近 69%[4]。我国自主播发的海洋 环境预警信息则可以通过大量实测数据不停验证、数值模式 不停改进和优化，预报精度及准确度将得到不断提升。因此，
摘 要：为保障船舶航行安全，提升国际履约能力，根据国际相关标准规范的要求，结合我国实际情况，提出了海
上无线电气象传真播发系统的建设方案，并用 VOACAP 对该方案进行了仿真验证。结果表明，在可靠度 REL≥90%
时，系统在近距离上可以有效覆盖我国东海，包括钓鱼岛水域、朝鲜海峡、台湾海峡水域等；在中远距离上可有效
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中国水运
第 16 卷
京气象传真广播播发频率进行优化。 此外，短波信号通过天波传播，受电离层、环境等因素
影响较大，单条电路在覆盖范围内的适时率约为 70%，为保 证较高的适时率（90%或以上），应适当增加冗余电路。本 文以上海播发台为例，分别在近、中、远距离上设置仿真点， 计算气象传真接受效果如图 3 所示。