征文展示▏杨鲲：基于救助打捞的实时监测关键技术研究与应用

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一、概况

因气候异常变化，强台风、强冷空气等自然灾害频繁袭击我国沿海，加之涉海活动增多，水上作业安全风险几乎与涉海活动量同步增长，导致海上突发事件频发，水上遇险人员、遇险船舶的数量及污染事件不断增加，海上发生重大溢油污染的风险越来越大，群体性遇险突发事件常有发生。海洋测绘应当进一步发挥专业优势，将科研与救助打捞业务紧密结合，切实提高处置海上重大突发事件的能力，对保障人民群众生命财产安全，促进国民经济健康发展，构建和谐社会，维护我国的国际形象具有重要的作用。

二、主要研究内容和解决的关键问题

针对我国大型海洋救捞工程施工和海上施工项目管理的智能化和信息化实际需求，研究大型海洋救捞工程施工协同作业的网络化远程监控技术和海上施工项目管理自动化信息系统，在此基础上，综合应用水声定位技术、GPS技术、网络技术、遥测技术和远程信息传输技术，实现多层次、多功能、不限地点、不限节点的综合性施工信息的数据共享、远程访问和遥控指挥。

主要包括以下几个方面的研究内容：

⒈ 基于无线传感器的多网络融合技术

采用水声通信、AIS（船舶自动识别系统）、无线电数据链、无线网桥、电力线通信调制解调器、无线接入等，可以建立水下定位网、无线局域网、有线局域网等多类型异构网络，既有单船网络，又有多船网络。各个网络在一定的网络调度与控制策略驱动下，实现所在网络的区域管理、数据聚合、状态监控与维护等一系列功能，并要求具备坚固性、可移动性、易于安装性和灵活性的特点。以施工现场指挥部为中心、以船为单位的核心无线局域网络，并通过各子网络下的基站或主控设备，将各子网络中的传感器信息汇总至主服务器，以实现针对无线传感器网络的多网远程监控与调度。为避免船舶之间传输意外中断，建立备份无线电数据链，保障施工作业顺利进行。

⒉ 施工监控平台的系统结构和访问策略设计与实现技术

对监控信息平台的主服务器来说，主要有两种访问请求：一种是施工现场的无线局域网（内网），通过无线网桥实现，普通船、主船、现场指挥部之间的往来频繁数据且数据量大，不允许有大的时延和丢包现象；另一种是现场指挥部和陆地指挥部之间的广域网（外网），彼此之间只有少量数据的推送和命令传输，虽然允许存在秒级的时间延迟，但要求数据量尽量要小，避免带宽太窄造成的数据延迟和堵塞丢包现象，满足断点数据传输。内网和外网对数据的要求不同，其访问主服务器的界面和权限也不同。

⒊ 作业现场综合信息的多层次数据结构建设技术

施工现场数据可分为三个层次：即主服务器、作业船舶和传感器设备，每个层次只能相应权限数据。传感器数据可通过串口、网口、无线电等多种手段汇总到所在船舶的计算机，然后通过工区的无线局域网传送给主服务器。主服务器将所有数据汇总后，根据权限在作业船舶层次进行数据实时更新并共享。共享的信息，既包括气象信息、船舶动态、工程进度等施工信息，也包括作业船舶和水下目标物的三维位置信息、实测水文信息、计划航线路由等。

作业船舶起到承上启下的作用，通过数据采集交互界面将船上所有传感器的数据汇总，上传主服务器，并接收其他船舶的各种信息及主服务器的调度命令，与其他船舶在统一远程指挥下合作完成复杂的施工任务。

任意作业船只可以实时显示所有与偏移量相关的可视链接，关注船舶、设备之间的位置关系及运动轨迹；可以访问特定救捞目标，随时将视频监控点和作业监控点的图像和数据调入会议中进行讨论和指挥；在施工过程中，可以对打捞作业过程中缆索的受力状态进行实时监控，实时掌握沉船的稳性、浮态、沉船坐底吸附力等关键信息，实时了解沉船的起浮状态等，实现对沉船及水下作业装备的全方位、多角度的实时监控。

⒋ 基于无线宽带网络的现场多媒体调度技术

即网络协作模式和协同作业技术，共享工程进展，满足远程协调指挥、远程会议、远程施工决策的要求。建立陆地指挥部、现场指挥部监控中心与项目现场之间实时监控跟踪和双向即时沟通，并支持由上而下的多级指挥，构建跨区域、大范围的监控网络，实现二级监控、遥控指挥、联动作业、集中管理和资源共享，消除信息孤岛，实现现场操作层、监控管理层、陆地决策层在统一的信息平台上协同工作及分层次应用。

调度系统以进度计划作为项目管理的主线之一，分配组织项目的船舶、人工、材料、设备等资源，提高决策效率，指导打捞作业过程，避免打捞力量的过度冗余配置，减少人员、装备和能源消耗。无线遥控装置，可以远程控制其系统，可以大大节省工作人员数量、提高工作效率，实现自动化作业。

⒌ 多元数据的时间同步技术

在严格要求数据实时性的救捞现场，时间是唯一能够融合所有异步数据流的因素，要保证数据传输的实时性、确定性、稳定性，满足可靠的数据融合和精确的目标跟踪，无线传感器网络通信系统必须要实现精确时间同步的能力。也要解决传感器网络节点较多及能量和带宽的限制，单跳同步误差的累加、时钟偏移与漂移同时补偿、同步机制的拓扑性能、同步收敛速度等，采用协作同步机制和分步式一致全网同步机制，消除数据传输过程中的信息延迟与丢失。

三、小结

救助打捞技术正在向大吨位、大深度、信息化、智能化方向发展，计算机辅助手段已经在打捞工程中大量使用。通过通过先进的水下监测及救捞信息传输技术的构建，能够进行抢险打捞现场（包括水下作业现场）测量数据的实时采集、传输及跟踪管理，大幅提高了现场决策效率与救捞成功率。多个层次之间通畅的通信网络系统和综合信息平台系统，完善了救助打捞的决策通信指挥系统，提高了决策的效率和及时性。研究构建的监测系统已经在渤海湾“碧海行动”、韩国“世越号”沉船打捞、以及桑吉号油轮前期工作等多个工程中得到了应用，取得了很好的效果。

【作者简介】杨鲲，男，1996年毕业于武汉测绘科技大学大地测量专业，成绩优异的高级工程师，注册测绘师、山东科技大学兼职教授、研究生导师，中国测绘学会海洋测绘专业委员会副主任委员、天津测绘学会副理事长。现任交通运输部天津水运工程科学研究院勘察设计院副院长、水运工程测绘技术中心主任、海洋工程勘察处处长，天科院专家委员会委员。2014年入选天津市“131”创新型人才培养工程第一层次人选，曾获天津市五一劳动奖章、全国交通系统青年岗位能手，为财政部、科技部、交通部、海洋局等政府采购和科技奖励专家库成员。

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