在船舶交通量觀測系統中激光傳感器數據傳輸方式的探討

摘要：本文對基于激光傳感器的船舶交通量觀測系統中激光傳感器數據傳輸的方式做了探討，介紹了系統中激光傳感器數據傳輸的三種方式及傳輸效果。
　　關鍵詞：船舶交通量 激光傳感器數據 無線傳輸 有線傳輸 光纖傳輸
　　概述
　　基于激光傳感器的船舶交通量觀測系統，以激光傳感器作為船舶數據的采集手段，實現船舶特征識別；以多激光傳感器在航船舶通行檢測系統為基礎，采用多源數據融合和機器學習方法實現船舶特征辨識和自適應誤差控制；研究基于形態分類方法和時空數據連續特征提取的拖船隊檢測，實現對船舶交通量的全天候自動船舶交通流量統計。
　　由于系統中選用了兩臺不同型號的激光傳感器作為船舶特征信息的采集，它們采用的數據接口各異。因此，需選用不同的傳輸方式獲取其數據信息。通過對三種方案的實踐和比較，最終得到了合適的傳輸方案。
　　激光傳感器數據的傳輸
　　1、激光傳感器
　　激光傳感器船舶交通量觀測系統由數據采集子系統、數據處理子系統和輔助子系統三個部分組成。數據采集子系統中的激光傳感器通過自身激光頭的旋轉，對物體進行短時間的線掃描，從而實現對被測物截面的二維掃描，可實時采集航道上的目標圖像。數據采集子系統主要由兩臺激光傳感器組成。
　　2、激光傳感器數據的傳輸
　　傳輸方案一：
　　傳輸方案：本方案為最初設計的傳輸方案，設計基于設備簡單、造價低廉、安裝方便的原則。 具體方案如下：1號激光器采用以太網的無線傳輸，2號激光器由于沒有網絡接口，采用了通訊電纜RS422方式傳輸。
　　本案優點：具有安裝簡單，造價低廉的優點。
　　不足之處：由于系統的安裝地點在野外環境下，距離機房的直線距離約有250米左右，采用以太網傳輸的1號激光器經常出現不定時的中斷，數據傳輸不能滿足系統要求。而2號激光器的掃描頻率較高，數據傳輸量大，串口的通訊速率最高要求是達到115.2K波特率，而2號激光器用38.4K的傳輸速率，無法滿足數據傳輸量的需求，會出現數據積壓或丟包的現象。

針對方案一中出現的不足之處，我們設計了方案二。
　　傳輸方案二：
　　為滿足系統需求，克服和解決方案一中所出現數據傳輸的實時性和穩定性的問題，本案在方案一的基礎上，對傳輸線路進行了改進。
　　傳輸方案：改進后的傳輸方案二，1號激光器數據傳輸采用以太網的有線傳輸方式；2號激光器則采用了電纜線接MOXA高速數據轉換卡的方式，示意圖如下：
　　傳輸效果：在改進后的方案二中，1號激光器的數據傳輸的實時性和穩定性得到了明顯改善，數據傳輸中斷的現象得到了解決，滿足了系統的需求。采用了電纜線接MOXA高速數據轉換卡的2號激光器，傳輸速率可達500K波特率，激光器的數據能夠全部獲取，無丟失現象，每秒獲取的數據為37～38條，也滿足了傳輸量的需求。
　　不足之處：由于當前的傳輸距離有250米左右，而網線的適合傳輸距離在100米以內比較合適。而且，普通網線僅適合作為室內傳輸線，在室外環境下，對傳輸線的強度、耐老化、信號屏蔽、防雷擊等都有較高的要求，因此本方案如作為長期室外傳輸線并不適合。
　　為增強本系統的適應性，減少各種外界環境因素對本系統的影響，有利于系統的產品化實施，我們設計了傳輸方案三。

　　傳輸方案三：
　　傳輸方案：本案是在方案二的基礎上，采用一條光纖替代數據線和電纜線的傳輸。
　　本案優點：
　　（1）傳輸距離遠，可達數公里至數十公里；
　�。�2）適合野外環境，強度高、耐老化，由于是光傳播，因此不受周圍環境對信號的干擾，也不受雷電等惡劣環境的影響；
　　（3）傳輸帶寬大，可使用一條線路傳輸2臺設備的數據，簡化了系統部署；
　　（4）具有穩定性好，傳輸距離遠，傳輸帶寬大等優點，為整個系統的產品化的實施提供了有利條件。
　　探討
　　1、三種傳輸方案的比較
　　2、結論
　　方案一的數據傳輸方法，雖然具有線路安裝簡單、造價低的優點，但由于受傳輸距離和安裝環境等因素的影響，無線傳輸易出現不定時的中斷，無法滿足系統的實時性和穩定性的要求。同時，由于2號機的數據傳輸量較大，采用通訊電纜RS422方式的傳輸方式，無法滿足數據傳輸量的需求，系統易出現數據積壓或丟失的現象。
　　改進后的方案二傳輸的數據量可達到500K波特率，同時，數據傳輸的實時性和穩定性得到了改善，數據傳輸中斷的現象得以解決，滿足了激光傳感器對船舶交通量觀測系統的需求。
　　方案三的帶寬達到了100M，且具有傳輸距離遠、不受野外環境因素的影響、穩定性好的優點，是目前基于激光傳感器船舶交通量觀測系統數據傳輸的最佳傳輸方案。

　　傳輸方案三：
　　傳輸方案：本案是在方案二的基礎上，采用一條光纖替代數據線和電纜線的傳輸。
　　本案優點：
　�。�1）傳輸距離遠，可達數公里至數十公里；
　�。�2）適合野外環境，強度高、耐老化，由于是光傳播，因此不受周圍環境對信號的干擾，也不受雷電等惡劣環境的影響；
　�。�3）傳輸帶寬大，可使用一條線路傳輸2臺設備的數據，簡化了系統部署；
　�。�4）具有穩定性好，傳輸距離遠，傳輸帶寬大等優點，為整個系統的產品化的實施提供了有利條件。
　　探討
　　1、三種傳輸方案的比較
　　2、結論
　　方案一的數據傳輸方法，雖然具有線路安裝簡單、造價低的優點，但由于受傳輸距離和安裝環境等因素的影響，無線傳輸易出現不定時的中斷，無法滿足系統的實時性和穩定性的要求。同時，由于2號機的數據傳輸量較大，采用通訊電纜RS422方式的傳輸方式，無法滿足數據傳輸量的需求，系統易出現數據積壓或丟失的現象。
　　改進后的方案二傳輸的數據量可達到500K波特率，同時，數據傳輸的實時性和穩定性得到了改善，數據傳輸中斷的現象得以解決，滿足了激光傳感器對船舶交通量觀測系統的需求。
　　方案三的帶寬達到了100M，且具有傳輸距離遠、不受野外環境因素的影響、穩定性好的優點，是目前基于激光傳感器船舶交通量觀測系統數據傳輸的最佳傳輸方案。