劉德洪

1光纖介紹

光纖的應(yīng)用發(fā)展異常迅猛。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球的光纖年需求量不下1億芯km， 2007年為1.2億芯km，并且每年還在以全球平均5%，發(fā)展中國家平均10%的速度增長。特別是高清有線電視的普及和3G技術(shù)的推廣，使得全球鋪設(shè)光纜的工作異常繁忙，截至2007年10月，歐洲的3G普及率達(dá)到10%。光纖到戶（FTTH）工作也在迅速開展，目前，歐美、非洲和中東等地區(qū)正大規(guī)模進(jìn)行光纜鋪設(shè)工作?？梢灶A(yù)測，2009年全球光纖消耗量應(yīng)接近2億。2007年11月，中國網(wǎng)通發(fā)布信息稱，將投資150億元實現(xiàn)在北方10個省區(qū)大中城市實施FTTH項目。

光纖在各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，陸上通信、跨洋通信及航空業(yè)等都在推廣使用光纖。然而，光纖在船舶上的應(yīng)用還遠(yuǎn)未得到很好的發(fā)展。目前，光纖僅在科學(xué)考察船和軍用艦船上少量使用，商用船舶的使用基本空白。因此，為盡快提高船舶科技水平，確保航行安全，提升航運(yùn)經(jīng)濟(jì)效率和船員文化生活質(zhì)量，節(jié)約材料，降低船舶建造成本，有必要在船舶上大力推廣光纖的應(yīng)用。

2船舶應(yīng)用光纖的可行性分析

2.1光纖在通信方面應(yīng)用的優(yōu)點

光通信比起電纜通信有許多優(yōu)點：

（1）通信容量大。理論上，一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖可以同時傳輸億路語音，實際應(yīng)用可達(dá)24萬路。一根光纜含有幾十甚至上百根光纖（如96芯光纜），如考慮復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用，其通信容量之大是驚人的。

（2）抗干擾性強(qiáng)。光信號在傳輸時僅在纖芯內(nèi)部進(jìn)行，不同光纖芯線之間幾乎不會相互串?dāng)_。光纖通信不受電磁干擾，耐腐蝕，可撓性強(qiáng)。例如，中國長飛光纖光纜有限公司生產(chǎn)的光纖包層直徑為125 m，光纖彎曲半徑為15 mm時，其彎曲附加損耗小于0.05 dB，完全滿足甚至優(yōu)于ITU-T推薦的技術(shù)規(guī)范；在光纖彎曲不小于25 mm時，其彎曲衰耗可忽略不計?？垢蓴_、帶寬大等特點適于數(shù)字通信方式。

（3）體積小，重量輕，便于施工和維護(hù)。這些優(yōu)點非常適于在艦船上應(yīng)用。

（4）節(jié)約大量金屬材料。據(jù)推算，使用 km光纜可節(jié)約150 t銅和500 t鋁（或鉛），而我國制造光纖的二氧化硅材料非常豐富。

（5）成本低，價格便宜。光纖的成本比銅纜低很多。普通雙絞3號銅纜的價格為0.5元/（芯m），5號銅纜為1.3元/（芯m），銅價為8萬元/t，且每年以30%~60%的速度持續(xù)漲價。光纜的價格為80元/（芯km）， 相當(dāng)于0.08元/m。目前，每芯光纖的價格僅為3號銅纜雙絞線的1/3，5號線銅纜的1/8。

除上述幾方面外，光通信還有其他一些優(yōu)點，如通信距離長、傳輸損耗小等。當(dāng)然，光通信也有其不足的地方。如不易直接將光放大，分路耦合不方便，耐高溫性差，彎曲半徑不能太小等。 但是，隨著光通信技術(shù)的快速發(fā)展，這些問題都將得到解決。此外，還有設(shè)備價格問題，如耦合器的使用量較多會帶來系統(tǒng)安裝成本的上升，但隨著光通信事業(yè)的不斷發(fā)展，特別是FTTH的發(fā)展，這些元器件將會被大批量生產(chǎn)，屆時價格會更便宜，使用也會更方便。

2.2光纖產(chǎn)量豐富，使用技術(shù)成熟

目前，國際上光纖產(chǎn)品技術(shù)非常成熟，如我國長飛光纖光纜有限公司就可以生產(chǎn)出近40種光纜，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于陸上和部分海上通信，產(chǎn)品性能適應(yīng)于陸上、海上、民用和軍用需要，完全可滿足船舶應(yīng)用需要。我國是生產(chǎn)光纖光纜的大國，長飛光纖光纜有限公司的光纖產(chǎn)量居全球第2位，光纜產(chǎn)量居全球第5位，占國際市場40%的份額，是我國唯一能夠生產(chǎn)預(yù)制棒的企業(yè)。目前該公司正在試驗大尺寸的預(yù)制棒，如果試驗成功，僅1根200 mm×的預(yù)制棒可連續(xù)拉出長達(dá) km的光纖。

目前，光纖的使用技術(shù)成熟，在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和PON，EPON，GPON，GEPON，F(xiàn)TTH，F(xiàn)TTB等方面均已得到廣泛應(yīng)用。

2.3船舶應(yīng)用光通信材料的可行性

按照IMO以及相應(yīng)船旗國政府要求，船舶設(shè)備（包括船舶通信設(shè)備）都需要進(jìn)行檢驗，合格后方能發(fā)放相應(yīng)證書。目前，各國船舶檢驗機(jī)構(gòu)主要按照IEC 60945及其所引證的IMO大會A.694(17)決議《海上航行與無線電通信設(shè)備和系統(tǒng)試驗方法及試驗結(jié)果要求》對無線電產(chǎn)品進(jìn)行檢驗。

目前，市場上許多種類的光纖、光纜均可以達(dá)到使用要求，甚至超出其他一些國際組織的標(biāo)準(zhǔn)和試驗要求，包括瑞士通用公證行（SGS）有關(guān)環(huán)保方面的要求以及UL 1581對電纜線和軟線試驗的參考標(biāo)準(zhǔn)等。因此，光通信材料和設(shè)備在船上應(yīng)用完全可行。

3光纖在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的必要性

（1）船舶數(shù)量大，應(yīng)用光通信前景廣闊。40年來，全球船舶運(yùn)營量發(fā)展非常迅速，2003年達(dá)到25萬億tkm。就國際貿(mào)易運(yùn)輸船舶而言，截至2005年1月，全球登記貿(mào)易船舶總數(shù)為艘，總計總噸。僅2007年，全球新造船訂單接近艘。近年來，全球船舶運(yùn)輸量每年都以7.8%左右的速度增長。隨著發(fā)展中國家高速公路的建設(shè)，大大拉近內(nèi)陸與沿海的距離，促進(jìn)船舶工業(yè)大發(fā)展。此外，由于能源的逐漸緊缺和船舶運(yùn)輸?shù)墓?jié)能特點，進(jìn)一步促進(jìn)船舶運(yùn)輸業(yè)發(fā)展。截至2008年底，我國國際航行船舶達(dá)艘，全國船舶登記數(shù)量為25萬艘，其中海船2萬艘?？梢姡诖邦I(lǐng)域推廣使用光通信前途光明。

（2）現(xiàn)代化船舶對通信系統(tǒng)的依賴性不斷增加。

①船舶航行安全和經(jīng)濟(jì)航運(yùn)系統(tǒng)，包括客船船長決策支持系統(tǒng)所需要的信息采集、傳輸和響應(yīng)所要求的報警信號的采集與傳輸?shù)?。雖然對這些系統(tǒng)所提出的部分信號檢測與采集屬于非強(qiáng)制性要求，但對于國際航行船舶來說，如果船舶不符合這些建議要求，在接受港口國檢查時很可能由此引起船舶被滯留。

②目前，國際航運(yùn)界正在研究開發(fā)駕駛臺綜合導(dǎo)航系統(tǒng)（IBS）。IBS是集成船舶信息探測和信息操作并能進(jìn)行集中控制的綜合系統(tǒng)，包括航路執(zhí)行、航行安全、通信、機(jī)艙控制和保安信息等。雖然目前還沒有專門的IBS設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 且IBS對船舶來說也是非強(qiáng)制性的，但各船級社已經(jīng)為船舶提供選擇性的船級符號，這些船級符號表示該船舶配備了支持單人操縱的IBS。

③通過海事衛(wèi)星對船舶進(jìn)行陸上控制，包括對航行狀態(tài)的控制、船舶故障的遠(yuǎn)程診斷和故障排除等，也需要大量的船舶與陸地間數(shù)據(jù)和圖像的信息交換。

④船舶監(jiān)測和報警信號不斷增多。如國際社會要求客滾船安裝前后艙門、水密門開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測設(shè)備；海上劫持事件的多發(fā)及其影響的加大迫使航運(yùn)界在船舶前后甲板、船中等部位安裝監(jiān)視和報警裝置。

⑤對于油船，利用光纖傳輸冷光源代替防爆燈對船艙進(jìn)行照明，可以減少防爆燈因為電線漏電或燈泡損壞而使油船起火爆炸的危險。

⑥光纖應(yīng)用是船上文化生活建設(shè)的需要。為提高船員和旅客的文化生活質(zhì)量，可以為船員和旅客提供Internet和CATV服務(wù)。

4艦船的光纖應(yīng)用情況

現(xiàn)有資料表明，除少量科學(xué)考察船、軍艦和水上居住船艇已經(jīng)應(yīng)用光纖外，商船上應(yīng)用光纖通信幾乎空白。

我國的科學(xué)考察船已經(jīng)利用光纖作為船舶駕駛臺和機(jī)艙的信號檢測傳輸媒介，這為船舶應(yīng)用光通信技術(shù)提供了很好的例證，要傳輸大量信號必須使用光纜。

一些船舶已經(jīng)對部署以光纖為信道的EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，并得到實際應(yīng)用，主要用于提供視頻監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)、文檔、郵件及數(shù)據(jù)庫等服務(wù)。

另外，可以通過船載衛(wèi)星信號接收裝置將衛(wèi)星信號輸入局端設(shè)備，進(jìn)而通過光分路器（若干）分別進(jìn)入若干個網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），每個ONU再為若干部電視機(jī)、電話或電腦服務(wù)。

除上述監(jiān)控系統(tǒng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)外，郵件、論壇、網(wǎng)站、文件系統(tǒng)，電話業(yè)務(wù)系統(tǒng)和VOD視頻點播系統(tǒng)等都可應(yīng)用光纖技術(shù)。在實際應(yīng)用上，這些系統(tǒng)可以整合成EPON服務(wù)部署。由于光通信系統(tǒng)元器件體積很小，整個中央處理器的體積僅有密碼箱那么大，方便船舶安裝使用。

在歐洲的阿姆斯特丹等港口城市，已經(jīng)有一些水上居住船艇布置了光通信系統(tǒng)，其主要基于FTTH概念，當(dāng)船舶靠岸時用來與城市的高速網(wǎng)絡(luò)（City Net）相連接。

5結(jié)論與建議

鑒于光纖的應(yīng)用有諸如成本低、維護(hù)簡單、易擴(kuò)展和兼容性好、安全性強(qiáng)、抗干擾及保密性強(qiáng)等優(yōu)點，在全球多個領(lǐng)域全面推廣應(yīng)用光學(xué)技術(shù)的今天，作為科學(xué)技術(shù)領(lǐng)先的船舶工業(yè)，在光學(xué)發(fā)展和應(yīng)用方面也應(yīng)該跟上時代步伐。光纖在船舶上應(yīng)用不但會降低船舶建造成本，還可減少污染，節(jié)約大量金屬材料。研究表明，在安全和使用性能方面，光通信材料和設(shè)備完全可以滿足各方面的標(biāo)準(zhǔn)和要求。在對船舶信號源的監(jiān)測傳輸和處理要求不斷增加的今天，只有利用光通信技術(shù)，才能更好地達(dá)到這些要求，從而確保船舶安全航行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營。此外，為提高船員和旅客的文化生活水平，也有必要在船上部署衛(wèi)星通信和互聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)。因此，光纖在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用是必要和可行的。建議：

（1）大型客船和集裝箱船率先安裝光纖系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)所有國際運(yùn)輸船舶采用光通信技術(shù)。

（2）光通信運(yùn)營商在建設(shè)陸上基站時，應(yīng)考慮將基站建到港口地區(qū)，并且在實施FTTH工程時，對客運(yùn)碼頭和大型集裝箱碼頭實施光纖到泊位（FTTB）工程，便于船舶在靠港時與該城市的網(wǎng)絡(luò)連接。

（3）進(jìn)一步組織力量，對已經(jīng)部署光通信的現(xiàn)有船舶使用情況及惡劣氣候條件下光通信接口的狀況進(jìn)行可靠性調(diào)查，以便提出改進(jìn)措施。

（4）進(jìn)一步研究適于船舶應(yīng)用的光通信器件，特別是在使用方便性和可靠性方面進(jìn)行深入的調(diào)查研究。

（作者系交通運(yùn)輸部海事局原副局長、第9和第10屆全國政協(xié)委員）