綜合導航系統(tǒng)在25000DWT化學品船的應用

劉 軍

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

綜合導航系統(tǒng)在25000DWT化學品船的應用

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、風向風速等信息的綜合顯示及導航操作，實現(xiàn)船舶操縱的集成化、便捷化，提高導航操作效率等目的。

液體化學品船；電子海圖；綜合導航；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，便于船員培訓及操作，并滿足一人駕駛的要求。

目前普通船舶的導航系統(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航設備，讀取所需的各項導航信息，操作復雜，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航系統(tǒng)設計方案，實現(xiàn)導航系統(tǒng)的集成化，提高船舶導航系統(tǒng)操作效率，簡化導航操作，降低船員工作量。

1 普通導航系統(tǒng)方案現(xiàn)狀分析

目前主流的船舶導航系統(tǒng)都是以各個獨立導航設備組裝于駕控臺中，在駕駛室實現(xiàn)船舶的導航功能，這種導航系統(tǒng)設計，在船舶操縱過程中，需要從各個單獨導航設備儀器中讀取需要的各項導航信息，駕駛員的操作負擔大，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備儀表中，讀取信息時就得左顧右盼。

(2)導航作業(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，分散布置不同導航設備增加了駕駛員的操作負擔。

(3)報警復位。導航設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位。因不同的導航設備，報警復位的位置及界面都不一樣，駕駛員必須對各項設備的人機界面非常熟悉，才能準確做出正確回應，否則極易引起誤操作或因回復不及時導致不必要的報警。

(4)輔助操作站。因各種導航設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航設備及儀器，輔助操作站如左右翼控制臺等位置則只能安裝少數(shù)導航設備及儀器的顯示器。這種情況會導致在輔助操作站操作時，無法獲取全部的導航信息，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航設備及儀表信息，通過數(shù)據(jù)接口將各種導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航信息并進行必要的航線規(guī)劃、航向設定及報警復位等操作，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備上的操作。

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

3 優(yōu)化方案

這種綜合導航系統(tǒng)設計方案的核心是將各個導航設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航設備進行實時全面監(jiān)控及必要的操作，通過電子海圖分顯在輔助導航操作站分享完整導航信息。

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

電子海圖綜合導航系統(tǒng)單線圖如圖1所示。

圖1 電子海圖綜合導航系統(tǒng)單線圖

(1)系統(tǒng)設計。將雷達、DGPS、風向風速儀、羅經(jīng)、自動舵、測深儀、計程儀、自動識別儀等導航設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航設備的分顯。

(2)界面設計。電子海圖的人機界面設計，應集成各種導航信息綜合顯示，并在此界面中能對各種導航設備進行必要的操作。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航信息，方便船舶操縱。

綜合導航系統(tǒng)設計方案中，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航信號，也可以通過軟件設置，分配各自的控制權限，并能根據(jù)需要進行必要的操作。

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

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 電子海圖綜合導航系統(tǒng)界面圖

4.2綜合導航系統(tǒng)方案(參考價格)

(1)電子海圖系統(tǒng)

31 000美元

(2)其他導航設備

70 000美元

2個系統(tǒng)成本比較發(fā)現(xiàn)，綜合導航系統(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，設備訂購價格較少。

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

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

(4)集成系統(tǒng)的人機界面風格統(tǒng)一，操作模式一致，可降低船員學習難度，減少船員培訓時間及成本，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、風速風向儀、羅經(jīng)等導航設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個綜合導航系統(tǒng)。為充分利用綜合導航系統(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航信息，方便船員讀取船舶航行數(shù)據(jù)，操作導航設備，減輕船員工作量，降低船舶導航操作難度。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。這種綜合導航系統(tǒng)設計方案不僅簡潔高效，便于駕駛員的導航操作，也能為船廠降低成本。

2011～2012年建造交付的4艘25 000 DWT化學品船運營后反饋，此基于電子海圖計算機的綜合導航系統(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)及設計。

U675.81

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