55m交通應(yīng)急指揮船電氣設(shè)計特點

戴小丹

摘要：本文介紹了55m交通應(yīng)急指揮船電力系統(tǒng)和信息交互系統(tǒng)的設(shè)計特點。將VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)、船岸視頻會議功能融入到信息化指揮系統(tǒng)中，從而提高船舶的應(yīng)急救援和執(zhí)法能力。

關(guān)鍵詞：交通應(yīng)急指揮船;電力;信息通信

中圖分類號：U665.12? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper describes the design characteristics of electric power system and information interaction system of the 55m traffic safety emergency command boat. The VSAT satellite network， 5G network and ship-shore video conferencing functions are integrated into the information command system so as to improve the boat's emergency rescue and law enforcement capabilities.

Key Words： Traffic safety emergency command boat; Electric Power; Communication

1前言

隨著船舶智能化技術(shù)的發(fā)展，船舶電力系統(tǒng)及全船信息化管理系統(tǒng)的智能設(shè)計逐步突顯。電站的可靠性和穩(wěn)定性是船舶生命力的有力支撐，強大的信息交互能力是船舶實現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮、調(diào)度的有力保障，也是現(xiàn)代執(zhí)法船的重要特征之一。

隨著粵港澳大灣區(qū)的建設(shè)，珠海海洋經(jīng)濟進(jìn)入快速發(fā)展的道路。為了提升珠海海域交通和海洋漁業(yè)執(zhí)法保障能力，促進(jìn)海洋經(jīng)濟發(fā)展，珠海急需建造具備一定抗風(fēng)等級、質(zhì)量穩(wěn)定、具有船岸信息交互等現(xiàn)代化通信手段的執(zhí)法船。

下面介紹珠海55m交通應(yīng)急指揮船的電氣設(shè)計特點。

2電氣設(shè)計特點

2.1船舶主要參數(shù)

本船工作區(qū)域為近海航區(qū)，依據(jù)中國船級社《海上高速船入級與建造規(guī)范》（2015）及2017年修改通報和中華人民共和國海事局《國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2011）及2016年修改通報進(jìn)行設(shè)計。

55m交通應(yīng)急執(zhí)法船是目前珠海市最大噸位的海上應(yīng)急指揮、海上搶險救援和消防多功能船，主要任務(wù)是承擔(dān)珠海市管轄海域執(zhí)行巡邏、維護(hù)治安、指揮、應(yīng)急、救助、消防、反走私等任務(wù)。本船配備了先進(jìn)的船岸信息交互等現(xiàn)代化通信設(shè)備，進(jìn)一步加強珠海海域海上執(zhí)法管理力度，大幅度提升了粵港澳大灣區(qū)水上交通安全監(jiān)管與應(yīng)急救援能力，為粵港澳大灣區(qū)保駕護(hù)航。

本船的主要參數(shù)如下（表1）：

2.2電力系統(tǒng)設(shè)計特點

（1）本船電力系統(tǒng)采用：

交流：三相三線絕緣系統(tǒng)、單相雙線絕緣系統(tǒng);

直流：雙線絕緣系統(tǒng);

交流電源電壓：400V/220V， 50Hz;

直流電源電壓：DC24V;

電站總功率：300kW。

一般情況下，本船運行1臺發(fā)電機組，可以滿足船舶航行、進(jìn)出港

工況下的設(shè)備用電需求，另一臺備用;使用消防水炮時，2臺發(fā)電機并車運行，為全船用電設(shè)備提供電力。

（2）發(fā)電機參數(shù)（表2）：

（3）消防功能：

為了增強執(zhí)法能力，在保持船舶主要參數(shù)及發(fā)電機功率不變的情況下，船東增加了預(yù)算，將本船的消防能力提升到一個新的水平：

（A）首主水炮射程由約60m提高到約80m，泡沫罐約5m3;駕駛甲板尾部左右舷各增加1門副炮，泡沫罐約5m3，射程約60m;機艙增設(shè)1套水炮泵。

（B）首、尾部水炮獨立運行，帶泡沫的消防水源由通過變頻調(diào)速尾部水炮系統(tǒng)的泡沫泵和水泵提供。

（4）全船用電情況（表3）：

（5）電站管理系統(tǒng)（PMS）：

由于增加消防水泡后電站工況變得復(fù)雜，為了確保電站的可靠性和穩(wěn)定運行，配置一套電站管理系統(tǒng)（PMS）對電站進(jìn)行管理。PMS系統(tǒng)功能情況如下：

（A）使用水炮時，2臺發(fā)電機組并車運行，為全船用電設(shè)備提供電力。

首、尾水炮同時使用時，暫停使用廚房設(shè)備及住艙空調(diào)，此時發(fā)電機負(fù)荷率為～87%，滿足使用要求;起動水炮時，設(shè)有重載問詢。當(dāng)發(fā)電機剩余功率不足以起動水炮時，可在駕控臺手動強制切斷全部空調(diào)負(fù)載和廚房設(shè)備;當(dāng)水炮起動并正常使用時，可視情況再次使用部分空調(diào)負(fù)載。

（B）為保證不同工況下電站的可靠運行和主要設(shè)備的起動、使用，配電系統(tǒng)設(shè)有四級卸載功能（表4）：

手動控制位置設(shè)置在駕控臺，自動控制由配電板PMS執(zhí)行。

2.3船岸信息交互通信系統(tǒng)設(shè)計特點

船岸信息交互通信系統(tǒng)，主要包括：衛(wèi)星光電取證系統(tǒng);視頻會議系統(tǒng);5G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。通過利用VSAT衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)船舶網(wǎng)絡(luò)接入和船岸視頻會議功能。

2.3.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)

（1）總體構(gòu)架

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)地市遠(yuǎn)端站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星傳輸與部、省、市的固定站連接;地市遠(yuǎn)端站包括固定站、車載站（動中通、靜中通）和衛(wèi)星便攜站等類型。

系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖，如圖1所示：

（2）主要技術(shù)指標(biāo)

信道數(shù)量：同時支持網(wǎng)管和業(yè)務(wù)雙通道;

調(diào)制解調(diào)方式：BPSK、QPSK、8PSK、16APSK、16QAM;

數(shù)據(jù)速率：最高速率≧10Mbps;

工作模式：至少支持網(wǎng)橋和路由兩種工作模式;

網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議：支持IPv4和IPv6協(xié)議;

監(jiān)控：具備本地參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示功能，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，遠(yuǎn)控接口支持

LAN/RS232/RS485可選;

數(shù)據(jù)接口：具備網(wǎng)口和RS422接口;

具備網(wǎng)管代理和業(yè)務(wù)接入控制功能，主要包括：具有IP QoS保障功能;具有IP

數(shù)據(jù)壓縮功能;具有TCP協(xié)議加速功能，TCP加速性能≧70%（無誤碼）。

（3）主要功能

通過一體化船載通信天線，將衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)化為IP業(yè)務(wù)信號，并配合岸基5G網(wǎng)絡(luò)，為船舶提供有線、無線的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。終端可為手機、電腦、IP攝像頭等基于IP的終端設(shè)備。

系統(tǒng)具有以下主要功能：

（A）寬帶網(wǎng)絡(luò)接入：通過標(biāo)準(zhǔn)Ku波段動中通系統(tǒng)配置，單船帶寬可滿足寬帶接入，可提供船舶各類信息，如圖像、視頻、語音、數(shù)據(jù)等的回傳需求;并可通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入公網(wǎng)，實現(xiàn)各類APP、專網(wǎng)應(yīng)用等功能;

（B）無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋：通過船上無線AP的布放，可將無線信號覆蓋到工作和娛樂

（C）區(qū)域，使操作人員在Wi-Fi覆蓋區(qū)域方便的接入網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行各類網(wǎng)絡(luò)操作;

（D）SIP語音電話：網(wǎng)絡(luò)通話服務(wù)可以支持網(wǎng)絡(luò)電話功能，在船上可直接撥打外線電

（E）話，在海上也能享受到陸地固話一樣的高音質(zhì)通話服務(wù);

（F）視頻會議：通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)船岸的視頻會議功能;

（G）光電取證和視頻監(jiān)控圖像實時傳輸：通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)光電取證和視頻監(jiān)控圖像實時

（H）傳輸至指揮中心。

（4）系統(tǒng)具體構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：衛(wèi)星信號接收部分;岸基5G網(wǎng)絡(luò)接收部分;Wi-Fi無線覆蓋部分;SIP語音電話部分;視頻會議部分;船內(nèi)局域網(wǎng);光電取證和視頻監(jiān)控部分。

（1） 衛(wèi)星信號接收部分

衛(wèi)星傳輸部分包括天線和天線控制器：

（A）衛(wèi)星天線單元由天線、功放和LNB組成，并集成了衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，完成衛(wèi)星信號的發(fā)射和接收。船上使用船載天線，隨著船舶移動可自動跟蹤衛(wèi)星，保證天線的信號接收質(zhì)量。本船方案中選用1臺1.0米船載VSAT天線和6W功放配置以支持?jǐn)U展Ku頻段應(yīng)用;

（B）天線控制器可以為無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和船舶辦公局域網(wǎng)提供數(shù)據(jù)接口。選用船東確認(rèn)的衛(wèi)星資源和主站進(jìn)行配置，為船舶提供上網(wǎng)服務(wù);5G信號覆蓋范圍以外地區(qū)，可通過本衛(wèi)星實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和上網(wǎng)，確保本船與指揮中心的雙向音視頻通信。

（2）岸基5G網(wǎng)絡(luò)接收部分

當(dāng)船舶能接收到岸基5G網(wǎng)絡(luò)時，通過開通運營商的上網(wǎng)服務(wù)，為本船提供5G網(wǎng)絡(luò)接入，作為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的補充;在近岸有5G信號覆蓋的區(qū)域，優(yōu)先使用5G網(wǎng)絡(luò)，無5G信號的海域自動切換到VSAT網(wǎng)絡(luò)。

（3）Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋部分

在船上設(shè)置適量的無線AP信號發(fā)生器。系統(tǒng)廣播無線信號，無線終端接入網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)行認(rèn)證上網(wǎng)，并對終端行為進(jìn)行管理，控制用戶的行為以確保工作用戶優(yōu)先使用無線網(wǎng)絡(luò)。

5G路由采用華為設(shè)備，主要參數(shù)如下：

無線速率：雙頻并發(fā)，1167Mbps;

無線頻段：2.4GHz&5GHz，支持5GHz優(yōu)選;

無線類型：內(nèi)置雙頻Wi-Fi天線，配備4顆信號放大器;

CPU：巴龍5000多模芯片、凌霄雙頻Wi-Fi芯片;

網(wǎng)口：1個Wan/Lan自適應(yīng)千兆網(wǎng)口、1個千兆Lan口、1個SIM卡安裝槽（Nano-SIM）;

外接天線2個5G天線擴展接口;

適用網(wǎng)絡(luò)：5G/4G;

4G傳輸速率：1.6Gbps/150Mbps;

5G傳輸速率：2.33Gbps/1.25Gbps;

網(wǎng)絡(luò)頻段：5G全網(wǎng)通、4G全網(wǎng)通;

功耗：﹤24W;

AC/DC：AC：100-240V 50Hz/60Hz，DC： 12V/2A。

（4）SIP語音電話部分

在船上放置SIP語音電話，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)連接至運營商主站服務(wù)器，通過對接移動運營商機房網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)國內(nèi)船岸電話功能。

（5）視頻會議部分

視頻會議系統(tǒng)采用華為TE40-1080高清視頻會議終端一體機，內(nèi)置攝像頭和麥克風(fēng)，支持智能語音呼叫和Wi-Fi無線互聯(lián)。用于船舶與指揮中心之間通過5G無線網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行實時視頻會議。

船舶衛(wèi)星端站分配固定IP給船上視頻會議主機設(shè)備，通過總部多點MCU的終端設(shè)備，由總部主會場邀請呼叫，或者分會場（包括軟件終端）呼入，實現(xiàn)船岸視頻會議互通。

通過視頻信號線輸入接口，將光電取證和視頻監(jiān)控的圖像信號，連接至視頻會議主機中，實現(xiàn)圖像實時傳輸至岸上視頻會議方并在大屏幕中顯示，也可通過專用的操作鍵盤手動將光電取證和視頻監(jiān)控的視頻信號接入到大屏幕顯示屏。

（6）船內(nèi)局域網(wǎng)部分

為了方便船內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連通，實現(xiàn)文件管理、文件共享、打印機共享等功能，在每個房間布置有線網(wǎng)口，通過網(wǎng)線匯聚到VSAT系統(tǒng)交換機，組成船內(nèi)局域網(wǎng)。

（7）光電取證和視頻監(jiān)控部分

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示：

光電取證和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要目標(biāo)是信息獲取功能。在執(zhí)行任務(wù)中，根據(jù)目標(biāo)運動特征，進(jìn)行可疑目標(biāo)分析;具有遙控攝錄、證據(jù)收集等功能;具有電視監(jiān)視功能，可實時監(jiān)視錄取本船附近、甲板、重要艙室的視頻圖像。

（A）光電取證設(shè)備

光電取證設(shè)備，由高性能電視攝像系統(tǒng)、紅外熱像儀、激光照明器、圖像識別跟蹤系統(tǒng)、兩軸轉(zhuǎn)臺、圖像壓縮系統(tǒng)、陀螺伺服穩(wěn)定、操縱設(shè)備等部分組成，其主要功能如下：

（a）具有可見光和紅外雙模圖像攝錄功能，可全天時全天候工作，清晰、實時、穩(wěn)定地在指定的范圍內(nèi)搜索、獲取目標(biāo)圖像，搜索范圍可設(shè)定，也可通過操縱指向器進(jìn)行人工搜索;

（b）穩(wěn)定地在指定的范圍內(nèi)搜索、獲取目標(biāo)圖像，搜索范圍可設(shè)定，也可通過操縱指向器進(jìn)行人工搜索;

（c）具備對目標(biāo)的跟蹤能力、識別能力;

（d）具有穩(wěn)像功能和自動調(diào)光、自動對焦的功能，采用高隔離度穩(wěn)定平臺;

（e）對攝像機輸出的數(shù)字視頻圖像進(jìn)行壓縮，并可通過網(wǎng)絡(luò)傳出

（B）視頻監(jiān)控設(shè)備

視頻監(jiān)控的硬盤錄像機和控制鍵盤布置于駕駛室駕控臺上。一臺帶電動翻轉(zhuǎn)折疊的顯示器安裝在駕駛室頂，另一臺監(jiān)視器布置在監(jiān)控臺;艙外球機和艙內(nèi)攝像機分別布置本船甲板區(qū)域及機艙、辦案室等重要艙室，駕駛室和監(jiān)控室均可觀察全船重要部位的情況。

（C）其它設(shè)備

（a）為提升船員的精神生活，本船增設(shè)了投屏設(shè)備，把電視機的娛樂資源拓展至手機，使電視機的娛樂功能變得更加強大和更具個性化;

（b）將光電取證交換機的視頻信號連接至視頻會議顯示頻，并增設(shè)了控制鍵盤，使光電取證的視頻信號直接接入視頻會議系統(tǒng)，優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省了成本，空間布置也更加靚麗;

（c）工作和娛樂完美結(jié)合，把視頻會議的大顯示屏用電視機屏幕來替代，一屏兩用，節(jié)約成本。

3結(jié)束語

55m交通應(yīng)急執(zhí)法船根據(jù)現(xiàn)代海上公務(wù)執(zhí)法船的需求，對電力系統(tǒng)及信息化交互系統(tǒng)等方面進(jìn)行升級設(shè)計：電站的管理采用先進(jìn)的智能管理和人工強制干預(yù)相結(jié)合的方式，提高了電站使用的靈活性、可靠性和穩(wěn)定性，為應(yīng)急指揮船執(zhí)行任務(wù)提供可靠和穩(wěn)定的電力保障;利用強大的網(wǎng)絡(luò)通信，使之具有遠(yuǎn)程視頻會議、遠(yuǎn)程指揮調(diào)度的功能，配置上滿足廣東省應(yīng)急管理廳關(guān)于省地級市應(yīng)急管理信息化建設(shè)的要求，為未來接入廣東省應(yīng)急指揮信息網(wǎng)預(yù)留了接口，提高了船舶的整體性能和先進(jìn)性。

該船已順利試航及交付使用，各項性能優(yōu)秀，各方反饋相當(dāng)滿意，打造了300t級精品執(zhí)法船型的典范。