小型LNG船通訊系統(tǒng)方案設計

王連佳，何金平，王炳軒，張 龍，徐漸晗

小型LNG船通訊系統(tǒng)方案設計

王連佳1，何金平1，王炳軒1，張 龍1，徐漸晗2

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司，天津 300457. 2. 中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131）

按照LNG運輸船對自動化程度及安全性的要求，需提供LNG運輸船及船只之間、船與陸地之間的有線及無線的通訊系統(tǒng)。本文以小型LNG運輸船為應用目標，設計一套完整的自動化通訊系統(tǒng)，來滿足小型LNG運輸船的通訊需求。該方案提出的通訊系統(tǒng)能夠將工作指令準確、迅速的傳達，保證日常生產(chǎn)和安全航行，對船舶通訊系統(tǒng)詳細設計提供指導。

LNG船舶 通訊系統(tǒng) 方案設計

0 引言

船舶自動化程度及通訊技術對船舶正常航行有著非常重要的作用。目前，對船舶通訊的要求已不僅僅局限于局部的、單一的、獨立的監(jiān)控和管理，而是對大范圍、多層次、集中式的系統(tǒng)提出了更高要求。本研究針對某小型LNG船，開展方案設計研究，實現(xiàn)該船-船和船-岸通訊功能，保證其日常生產(chǎn)與安全航行。

1 通訊系統(tǒng)構成

通訊系統(tǒng)實現(xiàn)船舶內(nèi)部工作指令的傳達、船與船之間通訊、船與陸地之間通訊等功能，系統(tǒng)包含內(nèi)部通訊系統(tǒng)、外部通訊系統(tǒng)、助航系統(tǒng)。通過有線和無線通訊保證船舶日常生產(chǎn)和安全航行。

2 內(nèi)部通訊系統(tǒng)

2.1 自動電話系統(tǒng)

船上配備1套PABX程控交換系統(tǒng)，本系統(tǒng)將提供本船、岸站及全球范圍內(nèi)電話通訊業(yè)務和相關業(yè)務。此系統(tǒng)由程控交換機（PABX），主配線架，各種類型電話終端，電話電纜和其它相關設備和材料組成。電話終端安放在工作和休息區(qū)域內(nèi)，特殊區(qū)域安裝防水、防爆電話[1]。

PABX程控交換機將與衛(wèi)星通訊系統(tǒng)相連，通過衛(wèi)星鏈路完成與陸地之間的語音業(yè)務。PABX程控交換機將接入本船的廣播/告警系統(tǒng)，完成啟動電話廣播功能。

2.2 聲力電話系統(tǒng)

按照CCS有關規(guī)范要求，為LNG船提供內(nèi)部通訊及應急聯(lián)絡服務的聲力電話系統(tǒng)。采用船用無源增音式聲力電話機，在無任何外部電源供給的情況，可作為船舶應急通訊聯(lián)絡設備使用[2]。

2.3 廣播系統(tǒng)

配備一套廣播系統(tǒng)，此系統(tǒng)在海洋石油領域有廣泛應用。此系統(tǒng)由廣播主機、控制話站、揚聲器、電纜和其它相關材料組成。采用A/B雙機系統(tǒng)：每個系統(tǒng)均可單獨控制100%的外圍設備。此冗余方式主要用于海洋石油領域；每個系統(tǒng)均配備100%的控制部件（控制板、放大器等）以控制100% 的外圍設備；通過DDSI雙系統(tǒng)接口確?？刂圃捳就瑫r連接到兩個子系統(tǒng)；兩個子系統(tǒng)完全隔離以保證在任何情況下至少有一套設備在工作。廣播系統(tǒng)功能設置如下表：

表1 廣播系統(tǒng)功能設置表

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

船上將建設1套高清CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由：前端攝像機、硬盤錄像系統(tǒng)、控制終端系統(tǒng)、流媒體轉發(fā)系統(tǒng)及傳輸線纜等組成。

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為安全生產(chǎn)重要的輔助手段，具有實時性、高速響應、高清晰、大范圍、穩(wěn)定運行等幾個必要條件，此系統(tǒng)主要用于對船舶的主要工藝裝置區(qū)、主要電氣設備運行情況進行監(jiān)視，以便及時發(fā)現(xiàn)險情或確認生產(chǎn)工藝狀態(tài)等；能夠實現(xiàn)對監(jiān)視現(xiàn)場的高清晰和每個細節(jié)的監(jiān)視、錄像，不僅可以監(jiān)視現(xiàn)場發(fā)生的各種事件，現(xiàn)場的一些儀表信息、操作細節(jié)也能被很好的拍攝下來并記錄。

在中控室建立監(jiān)控中心，安裝系統(tǒng)服務器主機，可實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的全局管理。同時通過局域網(wǎng)，任意一臺PC通過安裝客戶端軟件均可作為分控端使用和操作監(jiān)控系統(tǒng)。

LNG運輸船屬于危險品生產(chǎn)區(qū)域，具有很高的防爆要求，所以船上所安裝的電器設備必須具備EX II BT5以上的防爆標準（中控室內(nèi)安裝的攝像機可采用非防爆機型）。

由于生產(chǎn)區(qū)全部為防爆區(qū)域，生產(chǎn)區(qū)安裝的所有攝像機均采用EX II CT6防爆等級的一體化防爆攝像儀。

2.5 通用報警

參照“CCS”及“SOLAS”有關規(guī)范安裝一套通用報警系統(tǒng)，用于通用緊急報警系統(tǒng)，以接入廣播系統(tǒng)，使報警信號通過廣播揚聲器覆蓋全船。警報板使用大規(guī)模集成電路及微處理技術，可產(chǎn)生多種報警信號[3]。

2.6 局域網(wǎng)系統(tǒng)

船上配備1套局域網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶內(nèi)部網(wǎng)絡通訊，此局域網(wǎng)可以通過衛(wèi)星通訊系統(tǒng)連接到內(nèi)部網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)。

船舶網(wǎng)絡使用衛(wèi)星系統(tǒng)以太網(wǎng)接口作為船舶網(wǎng)關及上聯(lián)主干出口，以交換機作為主干交換設備，用戶終端計算機接入網(wǎng)絡交換機中。

3 外部通訊系統(tǒng)

3.1 無線電通訊系統(tǒng)

3.1.1 GMDSS無線組合臺

1）單邊帶系統(tǒng)

船上配備1套500 W中/短波單邊帶（MF/HF SSB）系統(tǒng)，此系統(tǒng)將作為衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的備份設備，確保LNG運輸船對基地及其他船舶的通訊暢通，不致因衛(wèi)星設備或其他原因造成的通訊聯(lián)系中斷。系統(tǒng)包括MF/HF SSB收發(fā)信機單元、DSC終端單元、電源單元和天線單元組成。系統(tǒng)設備安裝位置為無線組合臺內(nèi)部。

該系統(tǒng)將提供與GPS系統(tǒng)聯(lián)接接口。

2）衛(wèi)星通訊C終端

Inmarsat-C終端是GMDSS（全球海上遇險和安全系統(tǒng)）中重要而且必須配備的設備。該系統(tǒng)是INMARSAT于1980年提供的一種存儲轉發(fā)雙向數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，可以用于日常通訊，提供雙向電文、數(shù)據(jù)、E-mail、數(shù)據(jù)報告、單個尋呼、群呼、遙控遙測數(shù)據(jù)采集等服務[4]。

Inmarsat-C系統(tǒng)具有體積小、價格低、速度快、通訊費用低、運營時間長及全球覆蓋等特點，已廣泛用于海上通訊[5]。

3）無線組合臺(電臺框架)

船上配備一臺無線組合臺，主要適用于A3海區(qū)。它結合了MF/HF控制單元和Inmarsat-C終端，另外還有兩個鍵盤及打印機。

4）應急電源系統(tǒng)(DC24 V Power Supply)

配備電池充電器和直流24 V鎳鎘電池共一套，此系統(tǒng)具有電壓、電流檢測功能。作為GMDSS系統(tǒng)設備（VHF-FM， NAVTEX ， GPS， SSB等設備）備用供電。

3.1.2 VHF-FM無線電系統(tǒng)

DSS的相關要求，為了便于LNG運輸船與周圍的船只之間進行話音通訊，在LNG運輸船上配備1套VHF-FM海上無線電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括VHF發(fā)射器(內(nèi)置DSC功能)、接收器、電源供應單元、天線及手持對講機(本質(zhì)安全類型，密封防水)等。收發(fā)信機的電源單元將會自動地把交流220 V轉變?yōu)橹绷?4 V。萬一主電源斷開，直流24 V電源塊至少能夠維持系統(tǒng)一個小時運作。

3.1.3 UHF-FM移動無線電系統(tǒng)

FM移動無線電系統(tǒng)要求用于在所有可操作性區(qū)域和所有LNG運輸船的外部區(qū)域，以基站或對講機的形式提供移動通訊信道。該系統(tǒng)主要包括超高頻中繼臺、超高天線以及一定數(shù)量的手持對講機。

FM移動無線電系統(tǒng)提供1套UHF-FM設備，安裝在LNG運輸船上。垂直安裝，有全向傳播的特點。室外天線安裝在高處，室內(nèi)天線安裝在各層甲板，能夠在特定的環(huán)境下適合用作業(yè)的需求。

3.1.4 NAVTEX接收機

LNG運輸船配備一套NAVTEX 接收機，它可以自動接收海事安全信息。信息包括以下幾種：沿海導航，氣象警告，冰情報告，搜索和援救告警，預報信息，飛機領航信息，遠距離無線導航系統(tǒng)信息。

3.1.5 應急無線電示位標

船上配備1套緊急示位標（EPIRB）設備，符合GMDSS和IMO的要求。應急無線電示位標包括一個發(fā)射器，一個緊急電源，一根天線，一套安裝架和一套釋放裝置。該緊急示位標完全密封防水，能漂浮在水面工作。即使到達20米的水深處也不會受到任何損害。在船舶遇險時，通過人工激活，緊急示位標會在5秒鐘之內(nèi)開始運行，如果是自由漂浮類型的話，能夠在水面漂浮時自動進入工作模式。

3.1.6 雷達應答器

船上配備一定數(shù)量的雷達應答器（SART），分別安裝在救生艇上。雷達應答器的工作頻率在9 GHz，通過詢問任意的海上和天空雷達的9 GHz頻段來產(chǎn)生一系列的響應信號。

3.1.7應急雙向對講系統(tǒng)

出于應急求救的目的，在LNG船需配備1套應急雙向對講機系統(tǒng)。整個系統(tǒng)配包括一定數(shù)量的對講機以及配套的充電座（每個救生艇配備1個對講機）。該設備用于救生艇之間，救生艇和主船之間通訊，符合GMDSS及SOLAS的要求。該對講機能夠設置工作在VHF-FM的16頻道或者其它頻道。發(fā)射器的RF輸出功率位1～5瓦。該對講機自身含有電源，有一充電電池和一鋰電池，確保在發(fā)射和接收比為1：9的基礎上，能夠維持正常的工作8小時以上，并且提供充電座。

3.1.8 衛(wèi)通F站

一套Inmarsat－F站系統(tǒng)將配備在LNG運輸船上，該系統(tǒng)已經(jīng)是GMDSS的標準配置設備，主要提供PSTN移動電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然緲I(yè)務。

3.1.9 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

船上配備1套衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶在停泊及航行過程中收看衛(wèi)星電視節(jié)目，使船員及時了解外界信息，豐富船員的文化生活。該系統(tǒng)主要包括1套自動跟蹤衛(wèi)星電視接收天線、一定數(shù)量的衛(wèi)星電視接收機等。建設的移動衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，接收同步軌道衛(wèi)星中星6B 20套電視信號。

3.1.10 KU波段衛(wèi)星通訊系統(tǒng)

為了解決LNG運輸船在海上作業(yè)期間電話、網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)回傳到陸地網(wǎng)絡，為LNG運輸船架設一套KU波段動中通衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，最大帶寬可達2Mbps，使船舶在作業(yè)和航行期間保持不間斷的數(shù)據(jù)通訊，以實現(xiàn)電話、網(wǎng)絡、傳真目的。

海上船載站選用KU波段動中通天線。LNG運輸船上的衛(wèi)星天線系統(tǒng)首先根據(jù)自身船位信息計算出對準衛(wèi)星所需的方位角及仰角信息。天線控制系統(tǒng)會根據(jù)相關信息鎖定并穩(wěn)定跟蹤該衛(wèi)星。衛(wèi)星Modem進行調(diào)制解調(diào)并通過該設備集成的網(wǎng)絡交換功能引出網(wǎng)絡功能。話音及傳真采用VOIP設備接出中繼，該設備與衛(wèi)星Modem連接，通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的形式進行傳輸。

3.1.11氣象站系統(tǒng)

在LNG運輸船配備1套氣象站系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要提供實時的風向、風速、溫度、濕度和氣壓信息。為船舶的生產(chǎn)提供必要的氣象服務。該系統(tǒng)的組成包括：中心處理單元，風向風速傳感器，溫度濕度傳感器，氣壓傳感器，顯示單元，風向風速顯示單元，顯示軟件。

4 助航系統(tǒng)

4.1 船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）

AIS（Automatic Identification System）全稱自動識別系統(tǒng)，是近幾年以來國際海事組織（IMO）、國際航標協(xié)會（IALA）、國際電信聯(lián)盟（ITU）共同研究選擇的船舶必須安裝的設備之一[6]。國際海事組織最新通過的海上人命安全公約有關修正案中的要求，所有300總噸及以上的國際航行船舶，和500總噸及以上的非國際航行船舶，以及所有客船，應按要求配備一臺自動識別系統(tǒng)（AIS）[7]。

配備1套AIS系統(tǒng)，包括AIS主機，GPS天線、VHF天線、工控機，專用軟件（電子海圖）等。船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）能夠集航行信息采集處理、無線電數(shù)據(jù)傳輸、電子海圖信息系統(tǒng)于一體，配合全球定位系統(tǒng)（GPS）將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動態(tài)結合船名、呼號、吃水及危險貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻（VHF）頻道向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近海面所有船舶的動靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動，對船舶安全有很大幫助。

4.2 通導預警終端系統(tǒng)

配備一套通導預警終端系統(tǒng)，接入AIS系統(tǒng)，以電子海圖為基礎，對特殊區(qū)域內(nèi)海底管線及船舶進行實時監(jiān)控；可通過船舶位置數(shù)據(jù)信息，預警區(qū)域及電子海圖等實現(xiàn)平臺與船舶、船舶與管線之間避碰。

4.3 霧笛系統(tǒng)

配備一套霧迪系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足SOLAS 1960和SOLAS 1974規(guī)則要求，滿足IMO 1972 要求。具體技術參數(shù)如下：

霧笛系統(tǒng)技術參數(shù)表

技術參數(shù)參數(shù)要求 電源AC220 V 霧笛控制方式自動、手動、電動 聲級（1m）至少138 dB 氣源壓力0.6～1.0Mpa 可聽距離至少1.5海里

4.4 船載航行數(shù)據(jù)記錄儀（VDR）

配備一套船載航行數(shù)據(jù)記錄儀VDR系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以保存用于事故原因分析的船舶位置、速度、狀況、主機動作、操作手段等船舶航行信息。還可以記錄雷達數(shù)據(jù)、駕駛臺聲音、通訊聲音、火災報警、GPS、計程儀、風速風向等信息[8]，為海事調(diào)查和仲裁提供了科學的法律依據(jù)。該系統(tǒng)符合國際海事組織（IMO）A.861(20)決議性能標準，同時滿足IEC61996、IEC60945和IEC61162等多項國際標準的要求，獲得中國船級社（CCS）型式認可證書。

5 結語

本文是對小型LNG運輸船通訊系統(tǒng)的設計分析，區(qū)別于以往船舶通訊系統(tǒng)局部的、單一的、獨立的監(jiān)控和管理，本文通過船舶內(nèi)部通訊系統(tǒng)、外部通訊系統(tǒng)、助航系統(tǒng)的設計探索，設計一套完善的小型LNG運輸船舶通訊系統(tǒng)，以滿足LNG船舶對自動化和安全性的較高要求。方案提出的通訊系統(tǒng)能夠將工作指令準確、迅速的傳達，保證日常生產(chǎn)和安全航行。該通訊系統(tǒng)研究成果可運用到實際建造中，同時對后續(xù)船舶建造具有很好的借鑒意義。

[1] 船舶通訊導航技術介紹[A]. 中國造船工程學會. 2011船舶電氣及通訊導航技術發(fā)展論壇論文集[C]. 中國造船工程學會: 中國造船工程學會, 2011: 5.

[2] 中國船級社. 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[3] 中國船級社. 氣體燃料動力船檢驗指南[S]. 2010.

[4] IEC 61097-4-2012, 全球海上遇險和救助系統(tǒng)(GMDSS). 第4部分: INMARSAT-C船載地面站和INMARSAT增強群呼叫(EGC)設備. 操作和性能要求、測試方法和要求的試驗結果[S]. 2012.

[5] 康紅霞, 李興林. INMARSAT-C全球移動目標監(jiān)控管理系統(tǒng)[J]. 信息系統(tǒng)工程, 1999(06):40.

[6] 宋志凱. 船舶AIS關機監(jiān)測系統(tǒng)在內(nèi)河水域的應用[A]. 中國航海學會內(nèi)河海事專業(yè)委員會. 2020年海事管理學術年會優(yōu)秀論文集[C]. 中國航海學會內(nèi)河海事專業(yè)委員會, 2020: 4.

[7] 王振洲, 王宇, 蔣慶朝. AIS在漁船上的應用與展望[J]. 數(shù)字通信世界, 2019(01): 157-158+49.

[8] 陳峰, 高麗浚, 于智勇. VDR新規(guī)解析及應用[J]. 廣東造船, 2018, 37(03): 89-91+88.

Scheme Design of Communication System for Small LNG Carrier

Wang Lianjia1, He Jinping1, Wang Bingxuan1, Zhang Long1, Xu Jianhan2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China. 2. CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co., Ltd. Tianjin 300131, China）

U653

A

1003-4862（2021）11-0061-04

2021-04-21

王連佳（1988-），男，工程碩士，工程師。研究方向：船舶機電設備管理。E-mail: wanglj60@cnooc.com.cn