小型LNG船通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

王連佳，何金平，王炳軒，張 龍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300457)

1 通信系統(tǒng)構(gòu)成

通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了船舶內(nèi)部工作指令傳達(dá)、船與船之間通信、船與陸地之間通信等功能，系統(tǒng)包含內(nèi)部通信系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)、助航系統(tǒng)。通過(guò)有線和無(wú)線通信保證船舶日常生產(chǎn)和安全航行。

2 內(nèi)部通信系統(tǒng)

2.1 自動(dòng)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)的電話通信業(yè)務(wù)和相關(guān)業(yè)務(wù)。此系統(tǒng)由程控交換機(jī)(PABX)、主配線架、各種類型電話終端、電話電纜和其他相關(guān)設(shè)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(jī)將與衛(wèi)星通信系統(tǒng)相連，通過(guò)衛(wèi)星鏈路完成與陸地之間的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。PABX程控交換機(jī)將接入本船的廣播/告警系統(tǒng)，完成啟動(dòng)電話廣播功能。

2.2 聲力電話系統(tǒng)

按照CCS有關(guān)規(guī)范要求為L(zhǎng)NG船提供內(nèi)部通信及應(yīng)急聯(lián)絡(luò)服務(wù)的聲力電話系統(tǒng)。采用船用無(wú)源增音式聲力電話機(jī)，在無(wú)任何外部電源供給的情況下可作為船舶應(yīng)急通信聯(lián)絡(luò)設(shè)備使用[2]。

無(wú)源增音：聲力電話機(jī)系無(wú)源增音式聲力電話機(jī)，無(wú)須外接DC24V電源和機(jī)內(nèi)電池，只需順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈發(fā)電機(jī)搖柄，既發(fā)出呼叫訊號(hào)，可供聲力電話機(jī)增音通話10min以上，且話音響亮清晰，通話音量與自動(dòng)電話機(jī)基本相同。在機(jī)艙等高噪聲場(chǎng)合配接頭戴式受話器和閃光分鈴器或閃光燈鈴組使用。系統(tǒng)可接DC24V電源，通話時(shí)無(wú)須再搖發(fā)電機(jī)。

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(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，此系統(tǒng)由廣播主機(jī)、控制話站、揚(yáng)聲器、電纜和其他相關(guān)材料組成。采用A/B雙機(jī)系統(tǒng)：每個(gè)系統(tǒng)均可單獨(dú)控制100%的外圍設(shè)備。此冗余方式主要用于海洋石油領(lǐng)域；每個(gè)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(shè)備；通過(guò)DDSI雙系統(tǒng)接口確?？刂圃捳就瑫r(shí)連接到2個(gè)子系統(tǒng)，2個(gè)子系統(tǒng)完全隔離以保證在任何情況下至少有1套設(shè)備在工作。廣播系統(tǒng)功能設(shè)置如表1所示。

表1 廣播系統(tǒng)功能設(shè)置表 Tab.1 Function setting table of broadcasting system

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

船上將建設(shè)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(jī)、硬盤錄像系統(tǒng)、控制終端系統(tǒng)、流媒體轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)性、高速響應(yīng)、高清晰、大范圍、穩(wěn)定運(yùn)行等特性，此系統(tǒng)主要用于對(duì)船舶的主要工藝裝置區(qū)、主要電氣設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情或確認(rèn)生產(chǎn)工藝狀態(tài)等；能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的高清晰監(jiān)控和每個(gè)細(xì)節(jié)的錄像。

在中控室建立監(jiān)控中心安裝系統(tǒng)服務(wù)器主機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的全局管理。同時(shí)，通過(guò)局域網(wǎng)，任意一臺(tái)PC通過(guò)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(yùn)輸船屬于危險(xiǎn)品生產(chǎn)區(qū)域，具有很高的防爆要求，船上所安裝的電器設(shè)備必須具備EX II BT5以上的防爆標(biāo)準(zhǔn)(中控室內(nèi)安裝的攝像機(jī)可采用非防爆機(jī)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(jī)均采用EX II CT6防爆等級(jí)的一體化防爆攝像儀。

2.5 通用報(bào)警

參照“CCS”及“SOLAS”有關(guān)規(guī)范安裝一套通用報(bào)警系統(tǒng)用于通用緊急報(bào)警，以接入廣播系統(tǒng)，使報(bào)警信號(hào)通過(guò)廣播揚(yáng)聲器覆蓋全船。警報(bào)板采用大規(guī)模集成電路及微處理技術(shù)，可產(chǎn)生多種報(bào)警信 號(hào)[3]?？山尤氲男盘?hào)有通用報(bào)警信號(hào)、手動(dòng)報(bào)警信號(hào)、火警信號(hào)、棄船報(bào)警信號(hào)。

2.6 局域網(wǎng)系統(tǒng)

船上配備1套局域網(wǎng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)船舶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，此局域網(wǎng)可以通過(guò)衛(wèi)星通信系統(tǒng)連接到中海油內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。船舶網(wǎng)絡(luò)使用衛(wèi)星系統(tǒng)以太網(wǎng)接口作為船舶網(wǎng)關(guān)及上聯(lián)主干出口，以交換機(jī)作為主干交換設(shè)備，用戶終端計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)能夠提供高速穩(wěn)定的船舶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換，同時(shí)，交換機(jī)設(shè)備可以提供網(wǎng)絡(luò)管理功能，并且具備良好的可擴(kuò)容性。

3 外部通信系統(tǒng)

3.1 GMDSS無(wú)線組合臺(tái)

①單邊帶系統(tǒng)。船上配備1套500W中/短波單邊帶(MF/HF SSB)系統(tǒng)，此系統(tǒng)將作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的備份設(shè)備確保LNG運(yùn)輸船對(duì)基地及其他船舶的通信暢通，不致因衛(wèi)星設(shè)備或其他原因造成通信聯(lián)系中斷。此系統(tǒng)包括MF/HF SSB收發(fā)信機(jī)單元、DSC終端單元、電源單元和天線單元。系統(tǒng)設(shè)備安裝位置為無(wú)線組合臺(tái)內(nèi)部。

該系統(tǒng)的供電方式為：應(yīng)急220V AC 和24V DC電源同時(shí)供電，當(dāng)220V AC電源故障時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)接DC 24V電源工作。該系統(tǒng)將提供與GPS系統(tǒng)聯(lián)接的接口。

②衛(wèi)星通信C終端。Inmarsat-C終端是全球海上遇險(xiǎn)和安全系統(tǒng)GMDSS中重要且必須配備的設(shè)備。該系統(tǒng)是Inmarsat于1980年提供的一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)雙向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可以用于日常通信，提供雙向電文、數(shù)據(jù)、E-mail、數(shù)據(jù)報(bào)告、單個(gè)尋呼、群呼、遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)采集等服務(wù)[4]。

Inmarsat-C系統(tǒng)具有體積小、價(jià)格低、速度快、通信費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)及全球覆蓋等特點(diǎn)，已廣泛用于海上通信[5]。該系統(tǒng)完全符合或超過(guò)Inmarsat-C SOLAS/GMDSS標(biāo)準(zhǔn)(包括CN114、IEC1097-4、IEC945和CE等標(biāo)準(zhǔn))。

③無(wú)線組合臺(tái)(電臺(tái)框架)。船上配備1臺(tái)無(wú)線組合臺(tái)，主要用于A3海區(qū)。它結(jié)合了MF/HF控制單元和Inmarsat-C終端，另外還配置了2個(gè)鍵盤及打 印機(jī)。

④應(yīng)急電源系統(tǒng)(DC24V Power Supply)。配備電池充電器和直流24V鎳鎘電池共1套，此系統(tǒng)具有電壓、電流檢測(cè)功能，作為GMDSS系統(tǒng)設(shè)備(VHF-FM、NAVTEX、GPS、SSB等設(shè)備)備用電源，要求GMDSS設(shè)備必須在交流電斷電時(shí)，能用電池工作1h以上。

3.2 VHF-FM無(wú)線電系統(tǒng)

根據(jù)DSS的相關(guān)要求，為了便于LNG運(yùn)輸船與周圍船只之間進(jìn)行語(yǔ)音通信，在LNG運(yùn)輸船上需配備1套VHF-FM海上無(wú)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(yīng)單元、天線及手持對(duì)講機(jī)(本質(zhì)安全類型，密封防水)等。收發(fā)信機(jī)的電源單元將會(huì)自動(dòng)把交流220V轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?4V。萬(wàn)一主電源斷開，直流24V電源塊至少能夠維持系統(tǒng)1h的運(yùn)作。

3.3 UHF-FM移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)

FM移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)要求用于在所有可操作性區(qū)域和所有LNG運(yùn)輸船的外部區(qū)域，以基站或?qū)χv機(jī)的形式提供移動(dòng)通信信道。該系統(tǒng)主要包括超高頻中繼臺(tái)、超高天線和一定數(shù)量的手持對(duì)講機(jī)。

FM移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)提供1套UHF-FM的設(shè)備，須垂直安裝在LNG運(yùn)輸船上，有全向傳播的特點(diǎn)。

3.4 NAVTEX接收機(jī)

LNG運(yùn)輸船配備1套NAVTEX 接收機(jī)，它可以自動(dòng)接收海事安全信息。信息包括以下幾種：沿海導(dǎo)航、氣象警告、冰情報(bào)告、搜索和援救告警、預(yù)報(bào)信息、飛機(jī)領(lǐng)航信息、遠(yuǎn)距離無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)信息。

3.5 應(yīng)急無(wú)線電示位標(biāo)

船上配備1套緊急示位標(biāo)(EPIRB)設(shè)備，符合GMDSS和IMO的要求。應(yīng)急無(wú)線電示位標(biāo)包括一個(gè)發(fā)射器、一個(gè)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(biāo)完全密封防水，能漂浮在水面工作，即使到達(dá)20m的水深處也不會(huì)受到任何損害。在船舶遇險(xiǎn)時(shí)，通過(guò)人工激活，緊急示位標(biāo)會(huì)在5s之內(nèi)開始運(yùn)行，如果是自由漂浮類型的話，能夠在水面漂浮時(shí)自動(dòng)進(jìn)入工作模式。緊急示位標(biāo)的電池能保存很長(zhǎng)一段時(shí)間，每4年進(jìn)行一次更換，工作溫度為-20～55℃。

3.6 雷達(dá)應(yīng)答器

船上配備一定數(shù)量的雷達(dá)應(yīng)答器(SART)，分別安裝在救生艇上。雷達(dá)應(yīng)答器的工作頻段在9GHz，通過(guò)詢問(wèn)任意的海上和天空雷達(dá)的9GHz頻段來(lái)產(chǎn)生一系列的響應(yīng)信號(hào)。雷達(dá)應(yīng)答器上清晰地注明了檢測(cè)、工作步驟和電池的有限期限。溫度范圍為： -20～55℃。

3.7 應(yīng)急雙向?qū)χv系統(tǒng)

出于應(yīng)急求救的目的，在LNG船需配備一套應(yīng)急雙向?qū)χv機(jī)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)配備包括一定數(shù)量的對(duì)講機(jī)及配套的充電座(每個(gè)救生艇配備一個(gè)對(duì)講機(jī))。該設(shè)備用于救生艇之間及救生艇和主船之間通信，符合GMDSS及SOLAS的要求。該對(duì)講機(jī)能夠設(shè)置工作在VHF-FM的16個(gè)頻道或者其他頻道。發(fā)射器的RF輸出功率為1～5W。該對(duì)講機(jī)自身含有電源，在發(fā)射和接收比為1∶9的基礎(chǔ)上能夠維持正常工作8h以上，并且提供充電座。

3.8 衛(wèi)通F站

一套Inmarsat－F站系統(tǒng)配備在LNG運(yùn)輸船上，該系統(tǒng)已經(jīng)是GMDSS的標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備，主要提供PSTN移動(dòng)電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然緲I(yè)務(wù)。

3.9 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

船上配備一套衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，船舶在停泊及航行過(guò)程中能夠收看衛(wèi)星電視節(jié)目，使船員及時(shí)了解外界信息，豐富船員的文化生活。該系統(tǒng)主要包括一套自動(dòng)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(jī)等。

3.1 0 KU波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)

為了解決LNG運(yùn)輸船在海上作業(yè)期間電話、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)回傳到陸地的問(wèn)題，為L(zhǎng)NG運(yùn)輸船架設(shè)計(jì)了一套KU波段動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其最大帶寬可達(dá)2Mbps，使船舶在作業(yè)和航行期間能保持不間斷數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)電話、網(wǎng)絡(luò)、傳真的目的。

海上船載站選用KU波段動(dòng)中通天線。LNG運(yùn)輸船上的衛(wèi)星天線系統(tǒng)首先根據(jù)自身船位信息計(jì)算出對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星所需的方位角及仰角信息。天線控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)相關(guān)信息鎖定并穩(wěn)定跟蹤該衛(wèi)星。衛(wèi)星Modem進(jìn)行調(diào)制解調(diào)并通過(guò)該設(shè)備集成的網(wǎng)絡(luò)交換功能引出網(wǎng)絡(luò)功能。話音及傳真采用VOIP設(shè)備接出中繼，該設(shè)備與衛(wèi)星Modem連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行傳輸。

3.1 1 氣象站系統(tǒng)

在采油LNG運(yùn)輸船配備一套氣象站系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要提供實(shí)時(shí)的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度和氣壓信息，并為船舶的生產(chǎn)提供必要的氣象服務(wù)。該系統(tǒng)的組成包括中心處理單元、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、溫度濕度傳感器、氣壓傳感器、顯示單元、風(fēng)向風(fēng)速顯示單元、顯示軟件。

4 助航系統(tǒng)

4.1 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)

AIS(Automatic Identification System)全稱為自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，是近幾年以來(lái)國(guó)際海事組織(IMO)、國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)(IALA)、國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)共同研究選擇的船舶必須安裝的設(shè)備之一[6]。按照國(guó)際海事組織最新通過(guò)的海上安全公約有關(guān)修正案中的要求，所有300總噸及以上的國(guó)際航行船舶、500總噸及以上的非國(guó)際航行船舶和所有客船，均應(yīng)按要求配備1臺(tái)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)[7]。

配備一套AIS系統(tǒng)，包括AIS主機(jī)、GPS天線、VHF天線、工控機(jī)、專用軟件(電子海圖)等。船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)集航行信息采集處理、無(wú)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(dòng)態(tài)結(jié)合船名、呼號(hào)、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由高頻(VHF)頻道向附近水域船舶及岸臺(tái)廣播，使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶的動(dòng)靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)和采取必要避讓行動(dòng)，對(duì)船舶安全有很大幫助。

4.2 通導(dǎo)預(yù)警終端系統(tǒng)

配備一套通導(dǎo)預(yù)警終端系統(tǒng)，接入AIS系統(tǒng)，以電子海圖為基礎(chǔ)，對(duì)特殊區(qū)域內(nèi)海底管線及船舶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；可通過(guò)船舶位置數(shù)據(jù)信息、預(yù)警區(qū)域及電子海圖等實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與船舶、船舶與管線之間的避碰。

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，具有ABS、BV、NV等證書。具體技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 霧笛系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表 Tab.2 Technical parameters of fog whistle system

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(jī)動(dòng)作、操作手段等船舶航行信息，還可以記錄雷達(dá)數(shù)據(jù)、駕駛臺(tái)聲音、通信聲音、火災(zāi)報(bào)警、GPS、計(jì)程儀、風(fēng)速風(fēng)向等信息[8]，為海事調(diào)查和仲裁提供了科學(xué)的法律依據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文是對(duì)小型LNG運(yùn)輸船通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析。區(qū)別于以往船舶通信系統(tǒng)局部的、單一的、獨(dú)立的監(jiān)控和管理，以海洋石油301船為實(shí)體，通過(guò)對(duì)船舶內(nèi)部通信系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)、助航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探索，設(shè)計(jì)一套完善的小型LNG運(yùn)輸船舶通信系統(tǒng)以滿足LNG船舶對(duì)自動(dòng)化和安全性的較高要求。方案提出的系統(tǒng)能夠?qū)⒐ぷ髦噶顪?zhǔn)確、迅速地傳達(dá)，以保證日常生產(chǎn)和安全航行。該通信系統(tǒng)的研究成果可運(yùn)用到實(shí)際建造中，對(duì)后續(xù)船舶建造也具有很好的借鑒意義?！?/p>