劉 軍

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

綜合導(dǎo)航系統(tǒng)在25000DWT化學(xué)品船的應(yīng)用

劉 軍

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

開發(fā)電子海圖計算機強大的信息綜合、信息處理及顯示功能，將各種導(dǎo)航儀器的信號集成到電子海圖計算機上，通過電子海圖系統(tǒng)在重要的駕駛操作站上實現(xiàn)船位、船速、水深、航道、風(fēng)向風(fēng)速等信息的綜合顯示及導(dǎo)航操作，實現(xiàn)船舶操縱的集成化、便捷化，提高導(dǎo)航操作效率等目的。

液體化學(xué)品船；電子海圖；綜合導(dǎo)航；系統(tǒng)集成

0 引言

隨著海運的發(fā)展，不僅對船舶的安全和避碰要求越來越高，而且要求船舶操縱更加簡單高效，操縱站布置更加合理便捷，人機界面簡明友好，便于船員培訓(xùn)及操作，并滿足一人駕駛的要求。

目前普通船舶的導(dǎo)航系統(tǒng)通常采用雷達、測深儀、計程儀、GPS、羅經(jīng)等獨立系統(tǒng)設(shè)備配置，在船舶操縱過程中，需要同時監(jiān)視并操作各種不同導(dǎo)航設(shè)備，讀取所需的各項導(dǎo)航信息，操作復(fù)雜，工作量大，對操作能力及注意力要求很高，通常需要至少2名駕駛員才能完成基本船舶駕駛操作。本文探討一種基于電子海圖計算機的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計方案，實現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的集成化，提高船舶導(dǎo)航系統(tǒng)操作效率，簡化導(dǎo)航操作，降低船員工作量。

1 普通導(dǎo)航系統(tǒng)方案現(xiàn)狀分析

目前主流的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)都是以各個獨立導(dǎo)航設(shè)備組裝于駕控臺中，在駕駛室實現(xiàn)船舶的導(dǎo)航功能，這種導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計，在船舶操縱過程中，需要從各個單獨導(dǎo)航設(shè)備儀器中讀取需要的各項導(dǎo)航信息，駕駛員的操作負擔(dān)大，其不足之處如下：

(1)信息讀取。駕駛員在操縱船舶過程中需要不斷關(guān)注船舶航向、航速、水深、船位、舵角及主機轉(zhuǎn)速等信息，這些信息在駕控臺不同位置的不同設(shè)備儀表中，讀取信息時就得左顧右盼。

(2)導(dǎo)航作業(yè)。在船舶駕駛過程中，駕駛員需要操作各種不同的設(shè)備，如操舵裝置、電子海圖、雷達、計程儀、測深儀、自動識別儀等，分散布置不同導(dǎo)航設(shè)備增加了駕駛員的操作負擔(dān)。

(3)報警復(fù)位。導(dǎo)航設(shè)備在運行過程中可能會出現(xiàn)一些報警及系統(tǒng)故障，如偏航報警、探頭信號丟失報警、失電故障等，駕駛員需要對這些報警和故障做出確認或復(fù)位。因不同的導(dǎo)航設(shè)備，報警復(fù)位的位置及界面都不一樣，駕駛員必須對各項設(shè)備的人機界面非常熟悉，才能準(zhǔn)確做出正確回應(yīng)，否則極易引起誤操作或因回復(fù)不及時導(dǎo)致不必要的報警。

(4)輔助操作站。因各種導(dǎo)航設(shè)備及儀器的顯示器數(shù)量有限，只能在主操作站及駕控臺集中大部分導(dǎo)航設(shè)備及儀器，輔助操作站如左右翼控制臺等位置則只能安裝少數(shù)導(dǎo)航設(shè)備及儀器的顯示器。這種情況會導(dǎo)致在輔助操作站操作時，無法獲取全部的導(dǎo)航信息，從而產(chǎn)生船舶操縱的安全隱患。

2 解決思路

隨著船舶電子海圖系統(tǒng)功能的日漸強大，利用電子海圖計算機可以集成多種導(dǎo)航設(shè)備及儀表信息，通過數(shù)據(jù)接口將各種導(dǎo)航信息及必要操作功能集中在電子海圖計算機人機頁面中。在同一界面中就能讀取所有導(dǎo)航信息并進行必要的航線規(guī)劃、航向設(shè)定及報警復(fù)位等操作，在一處電子海圖界面上就能完成以前需要在五六種不同設(shè)備上的操作。

這個方案的實現(xiàn)，在前期的船舶技術(shù)規(guī)格書談判及方案設(shè)計時就要充分考慮到電子海圖系統(tǒng)計算機的信號集成、人機界面設(shè)計，還要充分協(xié)調(diào)其他導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信號格式及控制權(quán)限等，匹配電子海圖計算機的技術(shù)接口，在電子海圖計算機中實現(xiàn)各種導(dǎo)航信息的綜合顯示，集中操作。

3 優(yōu)化方案

這種綜合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計方案的核心是將各個導(dǎo)航設(shè)備及儀器的信息集成在電子海圖綜合界面，并在電子海圖界面中能對各導(dǎo)航設(shè)備進行實時全面監(jiān)控及必要的操作，通過電子海圖分顯在輔助導(dǎo)航操作站分享完整導(dǎo)航信息。

為詳細說明此方案，本文以25 000 DWT化學(xué)品船的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)為例，詳述此綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的組成。

電子海圖綜合導(dǎo)航系統(tǒng)單線圖如圖1所示。

圖1 電子海圖綜合導(dǎo)航系統(tǒng)單線圖

(1)系統(tǒng)設(shè)計。將雷達、DGPS、風(fēng)向風(fēng)速儀、羅經(jīng)、自動舵、測深儀、計程儀、自動識別儀等導(dǎo)航設(shè)備信號接入電子海圖計算機信號輸入模塊，通過信號輸入模塊整合到電子海圖計算機中顯示，同時取消這些獨立導(dǎo)航設(shè)備的分顯。

(2)界面設(shè)計。電子海圖的人機界面設(shè)計，應(yīng)集成各種導(dǎo)航信息綜合顯示，并在此界面中能對各種導(dǎo)航設(shè)備進行必要的操作。顯示界面盡量模擬真實儀表，界面圖如圖2所示。

(3)設(shè)備配置。為提高系統(tǒng)可靠性，電子海圖系統(tǒng)有2臺互為備用的計算機組成，任何1臺計算機出現(xiàn)故障，綜合導(dǎo)航系統(tǒng)均能正常工作。為了最大化利用此系統(tǒng)的綜合顯示功能，在駕駛室兩翼次級操作站各布置1臺電子海圖計算機分顯，方便駕駛員在兩翼分享完善的導(dǎo)航信息，方便船舶操縱。

綜合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計方案中，X波段雷達、S波段雷達、2臺DGPS、自動識別系統(tǒng)、計程儀、測深儀等通過信號接口將信號送到電子海圖計算機處理器。電子海圖計算機有4臺工作站：1臺主工作站，1臺備用工作站，2臺輔助工作站。主工作站與備用工作站互為備用，1臺出現(xiàn)故障，另1臺能自動備用，這種冗余配置，可以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。4個工作站都能共享所有的導(dǎo)航信號，也可以通過軟件設(shè)置，分配各自的控制權(quán)限，并能根據(jù)需要進行必要的操作。

基于電子海圖的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)不僅節(jié)省各個導(dǎo)航設(shè)備的分顯裝置，還能充分利用電子海圖計算機的強大集成及編輯功能，更加形象化顯示導(dǎo)航信息，給船員提供直觀友好的導(dǎo)航工作界面。

4 成本比較

4.1獨立系統(tǒng)方案(參考價格)

(1)雷達

30 000美元

(2)計程儀

15 000美元

(3)測深儀

15 000美元

(4)DGPS

10 000美元

(5)羅經(jīng)

20 000美元

(6)電子海圖

30 000美元

圖2 電子海圖綜合導(dǎo)航系統(tǒng)界面圖

4.2綜合導(dǎo)航系統(tǒng)方案(參考價格)

(1)電子海圖系統(tǒng)

31 000美元

(2)其他導(dǎo)航設(shè)備

70 000美元

2個系統(tǒng)成本比較發(fā)現(xiàn)，綜合導(dǎo)航系統(tǒng)較獨立系統(tǒng)便宜。

5 綜合方案優(yōu)勢

(1)綜合方案與獨立方案相比，設(shè)備訂購價格較少。

(2)省掉計程儀、測深儀、風(fēng)向風(fēng)速儀、羅經(jīng)等設(shè)備分顯，可節(jié)省電纜、電源設(shè)備和空間，減小控制臺尺寸，減少設(shè)備保管、施工等工作量。

(3)綜合導(dǎo)航系統(tǒng)方案是由1個廠家打包，降低了各個系統(tǒng)之間的技術(shù)接口不匹配的風(fēng)險，減少了設(shè)計、調(diào)試的工作量。

(4)集成系統(tǒng)的人機界面風(fēng)格統(tǒng)一，操作模式一致，可降低船員學(xué)習(xí)難度，減少船員培訓(xùn)時間及成本，便于船隊人員輪換及交接。

6 結(jié)論

本方案將X波段雷達、S波段雷達、DGPS、AIS、計程儀、測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、羅經(jīng)等導(dǎo)航設(shè)備的信號送到電子海圖計算機，通過主控臺的2臺電子海圖計算機實現(xiàn)信號的處理及顯示，組成1個綜合導(dǎo)航系統(tǒng)。為充分利用綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)顯示優(yōu)勢，在駕駛室左右翼輔助操作站各配置電子海圖分顯1臺，分享全部導(dǎo)航信息。另外，在電子海圖計算機界面中通過仿真圖形直觀、綜合的實時顯示全部導(dǎo)航信息，方便船員讀取船舶航行數(shù)據(jù)，操作導(dǎo)航設(shè)備，減輕船員工作量，降低船舶導(dǎo)航操作難度。為增強系統(tǒng)可靠性，采用主電子海圖計算機加上備用電子海圖計算機的冗余配置。這種綜合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計方案不僅簡潔高效，便于駕駛員的導(dǎo)航操作，也能為船廠降低成本。

2011～2012年建造交付的4艘25 000 DWT化學(xué)品船運營后反饋，此基于電子海圖計算機的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、界面簡潔、操作方便，得到駕駛員的好評。

[1]中國船舶工業(yè)總公司.船舶實用設(shè)計手冊(電氣分冊)[M]. 北京:國防工業(yè)出版社，2004.

2014-04-25

劉軍(1974-)，男，工程師，從事船舶生產(chǎn)及設(shè)計。

U675.81

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