曹春 董政 俞震宇

摘 要：長江數(shù)字航道通過不斷的建設發(fā)展，電子航道圖在長江干道的實際應用中已經(jīng)越發(fā)的重要，因此，在未來的發(fā)展中長江航道的數(shù)據(jù)交換與通信協(xié)議將會發(fā)揮出更重要的作用。本研究通過對長江航道的現(xiàn)有的資源進行規(guī)劃分析，探究長江航道信息網(wǎng)絡中的實際需求，并以此為根據(jù)設計出可行的數(shù)據(jù)交換模式以及通訊協(xié)議平臺，以保證能夠進行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測及分析。

關鍵詞：長江航道;數(shù)字航道;數(shù)據(jù)交換;通信協(xié)議;設計研究

1 長江航道數(shù)據(jù)資源分析

1.1 規(guī)劃研究路線

數(shù)據(jù)資源規(guī)劃研究工作具有一定的復雜性且需要在全局工作統(tǒng)籌的狀態(tài)下進行[1]。本研究根據(jù)長江航道信息公共服務職能為方向對其主要業(yè)務、數(shù)據(jù)過程進行整理，以此獲得長江航道核心業(yè)務中的數(shù)據(jù)構成，并將數(shù)據(jù)作為重心實現(xiàn)航道資源的管理。長江航道數(shù)據(jù)資源規(guī)劃研究技術路線如圖1所示。

1.2? 資源規(guī)劃分析

本研究依據(jù)長江航道具體的職能劃分以及戰(zhàn)略規(guī)劃，通過“職能范圍—業(yè)務流程—詳細活動”對長江航道的核心業(yè)務進行詳細的整理分析，以此完成對長江航道相關數(shù)據(jù)資源的策劃[2]。

（1）從現(xiàn)在的長江航道局的職能為切入點，整理與業(yè)務相關的制度與詳細的數(shù)據(jù)內(nèi)容等，并對長江航道相關業(yè)務進行全局統(tǒng)籌，將長江航道中的資源規(guī)劃進行職能范圍的劃分。

（2）羅列出關于業(yè)務的所有活動，并以此作為業(yè)務的主要結構，建立起長江航道業(yè)務系統(tǒng)，其中包含職能范圍、業(yè)務流程、詳細活動。

（3）對于已經(jīng)明確的業(yè)務模型及相關活動進行對應的數(shù)據(jù)分析，鑒別航道中的與主要業(yè)務相關的數(shù)據(jù)因素，強調不同管理組織之間的聯(lián)系性以及業(yè)務數(shù)據(jù)的交流能力，并確定數(shù)據(jù)信息的來源。

（4）對長江航道的信息資源與系統(tǒng)框架的現(xiàn)狀以及目前存在的具體問題進行分析，為長江航道數(shù)據(jù)資源規(guī)劃的制定提供方向以及目標。

（5）依據(jù)航道數(shù)據(jù)相關的理論對涉及到長江航道核心業(yè)務的主要元素進行重構，以構建更優(yōu)秀的數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)。

2? 長江航道數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡分析

信息化建設的主要基礎便是網(wǎng)絡信息化技術，依靠規(guī)范、統(tǒng)一、穩(wěn)定的網(wǎng)絡信息平臺，以滿足電子航道系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化航道建設的需求[3]。本研究項目依據(jù)長江航道的管理發(fā)展的現(xiàn)有情況進行詳細的網(wǎng)絡信息化分析[4]。

目前隨著長江航道的信息化建設，所覆蓋區(qū)域不斷增加，對于情況較為復雜的航道而言，急需加大網(wǎng)絡信息化的進程，以此為長江航道的信息化建設奠定堅實的基礎。從目前的進展情況而言長江航道網(wǎng)絡建設需要符合以下幾個要求：

（1）具有跨網(wǎng)傳輸性。長江航道中管理組織的位置較為分散，在日常工作中各個組織之間的數(shù)據(jù)傳輸需要跨越局域網(wǎng)進行傳輸。

（2）組織覆蓋較廣。各組織之間的工作位置是沿長江航道上的各個省市地區(qū)進行設置的，地域分布較為廣泛。

（3）網(wǎng)絡服務對象受眾面較多。長江航道中所使用的網(wǎng)絡需要能夠有效的完成交通運輸部門、運輸平臺的數(shù)據(jù)傳輸交換，并且與其它組織能夠保持較好的通訊，此外，網(wǎng)絡服務還要面對社會中各企事業(yè)單位、社會企業(yè)以及公眾提供電子航道地圖、信息等服務。

（4）多種網(wǎng)絡模式相結合。電子航道系統(tǒng)的建立與管理需要以航道信息數(shù)據(jù)作為支持，如航道水文、水位、航標狀態(tài)、航道實際情況等相關信息。航道數(shù)據(jù)信息的采集通常由航道終端設備提供，因此，數(shù)據(jù)采集的及時性應建立在長江航道信息平臺數(shù)據(jù)傳輸能力的快捷、高校等特性上，在實際工作中通過有線、無線、移動等多種網(wǎng)絡模式可以更好的為平臺提供支持。

在實際的長江航道服務中根據(jù)其服務對象的不同可以將其劃分為兩類，即主要面向于公眾的數(shù)字系統(tǒng)、面向于長江航道的數(shù)字系統(tǒng)操作人員所使用的系統(tǒng)[5]。服務系統(tǒng)分類概況如表1所示。

3? 長江航道數(shù)據(jù)交換與通信協(xié)議的設計研究

3.1 相關數(shù)據(jù)分類

為了在實際應用中更好的對系統(tǒng)進行管理及維護，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換采取管理數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)分離的模式：

（1）管理數(shù)據(jù)。在此模式中包含有詳盡的終端信息、環(huán)境信息以及通訊信息等內(nèi)容，在進行管理時這些內(nèi)同將即時有效的反饋至相關操作或維護人員手中，以此保障信息傳輸交換的準確性。

（2）業(yè)務數(shù)據(jù)。長江航道中業(yè)務數(shù)據(jù)主要用于將用戶所需要的數(shù)據(jù)進行收集整合，然后傳輸至終端設備供外界使用。

3.2 數(shù)據(jù)交換傳輸模式

針對不同的系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換模式，其數(shù)據(jù)交換模式可分為兩種，即管理與業(yè)務數(shù)據(jù)并行、管理與業(yè)務數(shù)據(jù)分離兩種：

（1）管理與業(yè)務數(shù)據(jù)并行。長江航道管理及業(yè)務數(shù)據(jù)通過終端傳輸至數(shù)據(jù)交換平臺，然后通過平臺進行統(tǒng)一的分析，之后將結果傳輸至應用平臺，最后管理員便可以通過應用平臺獲得詳細的業(yè)務數(shù)據(jù)。管理與業(yè)務數(shù)據(jù)并行示意圖如圖2所示。

（2）管理與業(yè)務數(shù)據(jù)分離。終端管理中所獲得的數(shù)據(jù)是由各區(qū)域終端設備將數(shù)據(jù)傳輸至交換平臺，并由平臺進行分析處理;航道業(yè)務相關數(shù)據(jù)則無需通過數(shù)據(jù)交換平臺處理直接傳輸至應用平臺完成所需的數(shù)據(jù)交換。管理與業(yè)務數(shù)據(jù)分離示意圖如圖3所示。

3.3 通信協(xié)議設計

對長江航道的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的設計需要建立在整體數(shù)據(jù)的交換過程中，以此確保數(shù)據(jù)的傳輸以及信息管理的有效實施。本研究將根據(jù)長江航道數(shù)據(jù)資源規(guī)劃為依托構建全航道數(shù)據(jù)系統(tǒng)，使用美國國家標準學會（ANSI）標準中數(shù)據(jù)格式編碼BER-TLV數(shù)據(jù)結構作為規(guī)范，編制適用于長江航道信息收集以及數(shù)據(jù)交換的TAG-LENGTH-VALUE數(shù)據(jù)通訊格式，并使用TAG-LENGTH-VALUE中TAG值相關規(guī)范進行長江航道數(shù)據(jù)交換中的元素劃分[6]。

通常情況下數(shù)據(jù)通信傳輸使用的協(xié)議是由TCP、UDP、SMS單獨或進行組合而成，而長江航道信息服務終端與長江航道數(shù)據(jù)交換平臺中使用的傳輸協(xié)議是SOAP協(xié)議以及WSDL接口。

4 長江航道數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡及其測試平臺設計

4.1 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡設計

為了確保長江航道中數(shù)據(jù)業(yè)務的穩(wěn)定運行以及滿足工作運行的需要，更好的為長江航道局提供服務，本研究將分別對網(wǎng)絡信息傳輸平臺的內(nèi)外業(yè)務網(wǎng)絡進行分析[7]。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)結構示意圖如圖4所示。

內(nèi)部業(yè)務網(wǎng)絡是長江航道中的核心網(wǎng)絡構架，是由長江航道局局域網(wǎng)絡、下屬機構中的局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)信息采集終端專用網(wǎng)絡、長江航道互聯(lián)網(wǎng)絡所構成。長江航道區(qū)域內(nèi)航道中的終端采集設備將使用有線、無線或是移動網(wǎng)絡進行連接，而航道動態(tài)數(shù)據(jù)信息的采集將與二級單位進行連接、視頻圖畫的采集則與三級單位進行連接。

外部業(yè)務網(wǎng)絡是長江航道管理機構中不同組織所涉及的工作內(nèi)容。各個組織結構之間通過網(wǎng)絡進行連接并保持各自獨立的外部網(wǎng)絡。此外，在對長江航道的規(guī)劃中建立相應的外部服務網(wǎng)能夠更好的面向社會提供用戶所需的服務。

各級組織的外部業(yè)務網(wǎng)絡均使用多層次的網(wǎng)絡架構而成，并通過設備、通訊網(wǎng)絡以及用戶接收終端完成與內(nèi)網(wǎng)的阻隔。當內(nèi)外部業(yè)務網(wǎng)絡需要進行數(shù)據(jù)交換時可以使用移動儲存設備進行二者的連接交換，以此確保各網(wǎng)絡的安全性[8]。

4.2 數(shù)據(jù)交換測試平臺功能開發(fā)

長江航道數(shù)據(jù)交換測試平臺主要用于實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測與結果采集分析。數(shù)據(jù)的收集UI界面由標題、地理信息系統(tǒng)界面以及功能區(qū)構成[9]。分析界面由標題、元素列表以及顯示內(nèi)容區(qū)域，用于相關的協(xié)議分析的編輯與管理。顯示界面區(qū)域的每一條項目均表示需要進行分析的協(xié)議。協(xié)議分析界面如圖5所示。

5 結論

通過長江數(shù)字航道不斷的建設發(fā)現(xiàn)，智能航道具有龐大的數(shù)據(jù)信息所構成，數(shù)據(jù)的復雜、多樣以及廣泛性是以往所不能比擬的。因此，長江航道的數(shù)據(jù)交換與通訊協(xié)議的設計以及測試需要具有規(guī)范性，通過對長江航道的現(xiàn)有的資源進行規(guī)劃分析建立起能夠保障數(shù)據(jù)實時監(jiān)測及分析的網(wǎng)絡信息平臺，對水文工作的建設具有重要的意義。

參考文獻：

[1]王壘. 內(nèi)河航道智能航標系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].湖北工業(yè)大學，2019.

[2]聞光華，曾科偉，周孝羽，聞豪，何碧艷.LoRa無線技術在長江重慶航道的應用研究[J].中國新通信，2018，20（21）：106-107.

[3]卞寧，張中建，王德軍，毛雄磊.低功耗廣域網(wǎng)絡在長江數(shù)字航道應用中的思考[J].中國水運.航道科技，2018（02）：43-48.

[4]宋濤. 控制河段通行信號揭示系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控設計與實現(xiàn)[D].重慶大學，2018.

[5]杜梓平.基于無線傳感網(wǎng)絡的航道水下數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)[J].艦船科學技術，2018，40（04）：118-120.