新世纪船舶电工技术展望

周善元 林云生 辛叙坤 钱乙鸣
中国电工技术学会船舶电工专业委员会上海200032



摘要：上个世纪船舶科技发展令人瞩目，至今我国已踏入世界造船大国的行列。迈进新世纪后，根据航运发展的需要和船舶对自动化要求的提高，为船舶电工技术的发展提供了前所未有的机遇。本文对国内外造船和航运界十分关位的船舶综合自动化，综合导航系统、多功能综合通信系统等方面在新世纪的发展动向作了简单的论述。
关键词：新世纪 自动化 导航系统 通信系统 发展动向

一、引言

我同的造船工业经过上个世纪的艰苦努力和探索，特别是改革开放后二十多年的拼搏与发展，船舶科技进步令人瞩目，我国已经昂首进入世界造船大国的行列。到目前为止，我们已先后成功地建造了具有当代亢进水平的多用途船、大型冷藏集装箱船，大型穿梭油轮、汽车滚装船、成品油轮和铝合金高速水翼船等。在这些船舶上，设备的电气自动化程度、性能和技术水平己有了很大程度的提高，不少设备通过引进、消化，吸收国外先进技术，亦已达到了国际上先进国家的水平。
进入21世纪后，船舶电气自动化程度将进一步提高，船舶电工技术势必有不少新的突破，本文就船舶电气领域中与航行安全和性能关系较大，技术进少较快和具有发展前景的设备、系统及系统的发展趋势进行研讨，以期关注这些问题的船电界有关人士予以 更多的重视和支持。

二、船舶电工若干新技术的发展


1、船舶综合自动化
随着计算机技术的高度发展，带动了该技术在船舶上的日益发展和广泛应用，展望21世纪船舶自动化技术，将不断向全船综合自动化这个高层次阶段发展，船舶综合自动化，是集机仓自动化、航行自动化、机械自动化、装载自动化等于一体的多功能综合系统，该系统通常由二个工作母站、若干个分控制系统及若干个工作分站组成，通常一个工作母站设在机舱控制室另一个设在驾驶室。两个工作母站完全独立，可同时或单独操作，并互为备用。分控制系统将根据船舶的种类和自动化的程度而定，例主机遥控、机仓监测报警、电站管理、泵浦控制、液位遥测和压载控制，冷藏集装箱监控、自动导航等。所有工作母站和分控制系统采用高速传输技术组成一个综合网络系统，在网络上根据需要连接一定数量的工作分站，以达到在船舶重要部位对各设备进行监测、控制和操纵等目的。同时，其工作分站可以作为一个窗口，与船舶对外通信设备联网，借助于数据传输、电子邮件等各种通信手段，执行岸与船，船与船之间对话，进行各种信息交流。咨询，设备维护，故障诊断、资料查阅、备件查询、船舶管理等业务活动，从而最大程度地提高船舶航行的安全性、可靠性和经济性。目前德国西门子公司、挪威挪康公司、丹麦约克船舶冷冻公司等国际著名的船电产品制造厂已有较成熟的技术和相应的配套产品，并己实际应用于各类船舶。我们深信，在21世纪将会有越来越多的新建船舶配套船舶综合自动化系统。
2、一人驾驶综合导航系统
20世纪90年代，欧洲，日本等国纷纷把目光转向一人驾驶的综合导航系统。这种导航系统目前正处于开发应用的上升期，如由德国发起称为“大西洋和北海（ECDlS）试验地”的国际性计划。该计划的参与者有：德国、丹麦、芬兰、荷兰、瑞典、挪威和英国等国。德国的ATLAS公司是上述计划的主要参加者。该系统将驾驶室内的电子海图、通讯、导航等设备集中进行监视。控制，在船舶上能像飞机驾驶员一样坐在驾驶舱内操纵这套装置。它可提供正确的船位、航向、航速、雷达图象，主机速转、各类检测报警等，使船舶能自动航行于经济而安全的最佳航线上，并能自动捕捉目标和判别危险目标，实施有效的船舶避碰操作。一人驾驶综合桥楼在船舶航行时驾驶室仅需一个人操纵，可以省去其他值班人员。
3、全球海上遇险安全系统（GMDSS）
过去，船在海上的安全主要靠船上的报务员昼夜守在值班室机器旁边收听或拍发呼救信号，虽然也起到了很大作用。但毕竟工作效率低、安全可靠性差。
1976年，美国首先开始使用海事卫星通讯。1979年7月INMARSAT国际海事卫星通讯组织正式宣告成立，并营建了覆盖全球的国际海事卫星通讯系统，可向全世界提供服务，INMARSAT提供一种称为增强船群呼叫（EGC）的业务，它通过大容量、高可靠的卫星通讯信道向一群船队或指定的海区发布海情。风暴、险性等海事信息。该系统由卫星、岸站、网络协调站和船站组成。
为保障航行和生命财产的安全，我国远洋船队通过“八五”以来的技术改造，对80％以上的远洋船舶安装了GMDSS。根据新的国际SOLAS条款规定，300吨以上船舶必须装备NAVTEX接收机。另外根据国际海事组织（IMO）的规定，船舶根据航行时不同海域安装和选择相应的“EPIRB”船舶遇难自动呼救装置。
GMDSS系统当前最主要的用途是增强海上通讯能力，确保海上安全，随着移动通讯需求的日渐增大，如：航海数据、主辅机设备运行状况、船舶装卸货计划、港口及上级公司指令、医疗咨询、旅游服务、旅客私人电话等。INMARSAT还准备把服务范围扩大到陆地移动通讯和航空通讯。
4、全球定位系统GPS
GPS是美国于1973年底开始研制的供陆海空三军共同使用的一高精度卫星导航定位系统，其应用价值和科学价值已越来越引起世界各国的密切关注。GPS系统由空间星座、地面监视控制和地面接收设备三部分组成。由于GPS全球定位系统能提供全球定位、全天候。三维立体。实时连续和高精度的卫星导航定位，保密性好。成本低，使用方便，所以美国、英国、法国、德国、日本劝口拿大、瑞士、丹麦、以色列等国家均已开始大规模地研制和生产GPS的用户设备，并使其向小型化，低功耗，低成本的方向发展。目前普遍使用的差分GPS的定位精度可达到几米，GPS系统已成为船舶的主要定位设备。它在其它领域也有广泛的应用，在1991年海湾战争中，美国的制导武器准确地击穿伊拉克地下武器库及掩体的通风口，还从茫茫沙漠中准确地营救被击落的美军飞行员应归功于一项高科技成就——全球定位系统。
随着军用GPS在非军事方面的广泛应用，这项大空时代的技术立即很快用于民用航空，船舶海上航行和公路上奔驰的汽车。目前美国已有50万台GPS的销售额为19亿美元，预计2000年已达到84亿美元，第一台GPS接收器售价为3000美元，而目前的售价连200美元一台都不到。目前，我国沿海的许多小型船舶和渔船上也越来越多地使用这种GPS接收器。
5、船舶自动识别系统（AIS）
20世纪九十年代，国际海事组织（IMO）修订了SOLAS公约，在全球范围内海上航行的各类船舶完成了海难救助系统（GMDSS）的配置，对遇难船舶的及时救助、减少人员伤亡和财产损失起了积极的作用。但这仅是亡羊补牢之举，没有采取更积极的措施予防海难的发生。近年来，船舶的碰撞。各种海难事故还是屡屡发生。正是基于这些基本状况的分析，1999年国际海事组织航行安全分委会第45次会议作出决定，进一步修订soLAS公约第五章，针对航行安全和寻找海难事故原因，要求扩大设备的配备要求。其中较重要的是AIS（AUTOMATIC IDENTIFI- CATION SYSTEM），即自动识别系统。涉及AIS有关内容的SOLAS公约将通过默认程序生效，该系统的配置将在2002年7月1 日起新造船舶开始强制执行，所有从事海上航行的船舶不迟于2008年7月1日以前装备完毕。所以在未来的八年中，了解、开发、制造、安装和使用MS系统将成为船电界十分注目的课题。
AIS装置的主要功能是能够自动向有相应装置的海岸电台。其它船只及航空器提供相关信息，包括船籍、船型、位置、航向。航速、航行状态及其它相关安全的信息；也能自动接收配备该装置的船舶发出的上述信息；能监视和跟踪这些船舶，并能与岸基装置交换数据。AIS系统是由VHF、DGPS和一个通讯控制器组成。船舶位置和定时信息来自全球卫星定位系统。由AIS发出的船舶静态信息、动态信息等四类其它信息来自桥楼上的电子设备。采用AIS船台后，能在VHF范围内自动识别船只，予测准确的相遇点，予测船首最近交汇距离，识别岛后或湾内航道的船只，及时接收其它船只有关转航向、船向及航速的资料，并通过数据链作短文通讯，通过该系统的配置，为船舶的航行安全和航行管理提供了一种新型的十分有效的手段。航行于开阔水域的船舶不用VHF无线电话的通话便可自动获得来往船舶的各类信息；航行于限制水域的船舶不仅可自动获得其它船舶的信息，而且通过VTS的广播可获得各类航行信息和港口信息，这样，在最大程度上人为防止了船舶碰撞和各类海难事故的发生，为航运界带来了前所未有的安全感。AIS系统的出现标志着海上监视技术取得了革命性的进步；标志着船舶问和船岸间的信息交换进入了计算机数字通信的新时代。
为了迎接航行安全史上的又一革命性的新时代，AIS系统的开发、研制和投入实船使用，是船电界十分关注的问题。通过几年来的技术基础、国际规范和标准的准备，目前该系统已日趋成熟，不少欧洲国家的制造商陆续推出了它们的产品，其中瑞典的SAAB公司已经生产了可兼容ITU标准的AIS产品系列， R3AIS船用应答器已于1999年打入市场。我们相信，不久的将来，将会有越来越多的制造商推出它们的A1S产品，以满足日益增长的船舶市场的需要。
6、船舶航行数据记录仪（VDR）
在1999年国际海事组织（IMO）航行安全分委会第45次会议上被作为强制装载的还有船舶航行数据记录仪，VDR（VOYA6E DATA RDCORDER）。根据即将生效的SOLAS第五章的有关规定，航行在国际海域的各类船舶需在规定期限内装备航行数据记录仪。其中2002.7月1 日及以后建造的所有客船必须装备VDR，所有其它船舶不迟于2009年1月1日应装备完毕。这也是国际海事组织继装备AIS系统时的另一重大举措。为了寻找遇难船只和分析海难事故的原因，仅配备应急无线电示标仪（EPIRB）是远远不够的，必须装备VDR，它类似飞机上的“黑匣子”，借助它们进行海难调查，从失事的船舶中分析失事前后的各种状态和数据，找出失事的真正原因，并从这些原因中进行归纳总结，不断完善现有的国际公约、规则和规范，从而不断改进现有的船舶设备，日益提高船舶航行的可靠性和安全性，这就是装置VDR的最终目的。同时利用VDR的扩展功能，能运用于船员培训和主机分析，对航海人员，船舶跟踪和进一步优化将十分有益，开发船舶下载和回放功能对船东管理是非常有意义的，所以近十年内熟悉、开拓、研制VDR系统也是船电界必须重视的重大问题。
航行数据记录仪又称海上“黑匣子”，是以一种安全和可恢复的方式保持存储船舶发生事故前后一段时间的船舶位置、动态，物理状况、命令和操纵的信息。主管机关和船东应可获得包含在VDR中的信息。该信息用于任何随后的确定事故原因的调查。根据IMO和sOLAS有关决议的规定，VDR必须记录和存贮以下十五个方面的数据：日期和时间，船位、船速、航向、驾驶台声音、通信声音、雷达数据及选择的图像、深度信号，主报警信号、舵命令和响应、轮机命令和响应。船体开口状况。水密门及防火门状态。加速度及船体应力和风速及风向，且存贮时间应大于12小时。围绕VDR的设备，还需要为VDR服务的传感器。最终记录解质，再现设备和专用备用电源等配套设施。
随着VDR在船舶上强制装载日期的逼近，不少船电制造商正在积极开发、研制该装置，并取得了令人瞩目的成绩，英国凯文. 休斯公司研制的NDR2002系列的航行数据记录仪和瑞典康仕廉公生产的CONSILIUM VDR已正式推向市场。我们深信，在不远的将来，日益完善和技术成熟的航行数据记录仪将按照SOLAS规定的时间表陆续装船，投入使用。伴随着VDR、AIS系统的配置，在IMO航行安全分委会第45次会议的报告中，同时对电罗经。自动舵、雷达、转速表、计程仪、集成驾驶系统（IBS）等航行设备提出了更新更高的要求，这也需要国内外船电界在21世纪初急待重视和解决的问题。