張?jiān)栖?，鄒明雷，肖 云，田雪蓮，張 銘，倪 敏，吳志東

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適應(yīng)數(shù)字化航道運(yùn)行模式的駕控集成研究

張?jiān)栖?，鄒明雷2，肖 云1，田雪蓮1，張 銘3，倪 敏4，吳志東5

（1. 長(zhǎng)江南京航道局，南京 210011；2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223；3.長(zhǎng)江上海航道處，上海，200010；4.長(zhǎng)江南京航道處，南京 210011；5.武漢理工船舶股份有限公司，武漢 430070）

為適應(yīng)數(shù)字化航道運(yùn)行模式，針對(duì)南京航道局船舶現(xiàn)存的問(wèn)題，提出建設(shè)可靠異構(gòu)船舶信息網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化設(shè)計(jì)駕控布局及駕控設(shè)備集成的建議，期望對(duì)后續(xù)航道局船舶駕控集成提供幫助。

數(shù)字化航道 駕控布局 船舶信息網(wǎng)絡(luò) 駕駛設(shè)備集成

0 引言

隨著長(zhǎng)江數(shù)字化智能航道系統(tǒng)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)江南京航道局監(jiān)管指揮中心已實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江數(shù)字航道圖、航段視頻監(jiān)控、水位遙測(cè)及航標(biāo)管理等一系列功能，并與下屬各類船舶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，極大地提高了水域航行的安全性。但由于傳感器和數(shù)字終端的新裝，以及歷年船舶部分系統(tǒng)持續(xù)升級(jí)引起的控制設(shè)備不斷增加，導(dǎo)致船舶駕控安裝的設(shè)備越來(lái)越多，給船舶操縱和設(shè)備管理帶來(lái)許多問(wèn)題。因此，通過(guò)對(duì)南京航道局下屬幾款類型船舶的調(diào)查，經(jīng)綜合分析，提出了為適應(yīng)數(shù)字化航道運(yùn)行模式下的船舶駕駛室控制集成化設(shè)計(jì)思路。

1 現(xiàn)狀分析

南京航道局下屬船舶以航標(biāo)船和測(cè)量船為主，其代表性船型為30米A型、B型航標(biāo)船。以30米A型為例，為適應(yīng)數(shù)字航道系統(tǒng)需求，駕控臺(tái)額外配置有專用AIS系統(tǒng)、專用長(zhǎng)江電子江圖系統(tǒng)等設(shè)備，同時(shí)為加強(qiáng)航道局對(duì)下屬船舶的遠(yuǎn)程管理，30米A型上還裝設(shè)有綜合信息系統(tǒng)等小集成設(shè)備。這些新增系統(tǒng)和設(shè)備，在實(shí)船上存在著無(wú)處安裝、安裝位置不合理、設(shè)備重復(fù)等一系列問(wèn)題，造成了當(dāng)下船舶駕駛存在著信息不易觀察、操作不便利等安全隱患。同時(shí)調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，早期安裝的通導(dǎo)及操控設(shè)備存在通訊接口封閉、顯控部件過(guò)多、尺寸過(guò)大等局限性問(wèn)題。這些問(wèn)題對(duì)于數(shù)據(jù)共享、操控布局的合理化都帶來(lái)了潛在的影響。

長(zhǎng)江航道數(shù)字化系統(tǒng)的發(fā)展目的是實(shí)現(xiàn)流域航道、船舶綜合數(shù)據(jù)共享，以及基于數(shù)據(jù)的安全管理及輔助決策。對(duì)于船舶操控系統(tǒng)，需要具備相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集能力，能融入數(shù)字化航道管理系統(tǒng)，并能從數(shù)字化航道系統(tǒng)中獲益，提高管理和安全操控能力，同時(shí)也應(yīng)預(yù)留一定的發(fā)展空間和余量。通過(guò)對(duì)30米A型船的現(xiàn)狀及駕控臺(tái)各類系統(tǒng)功能的調(diào)查了解，對(duì)于航道公務(wù)船舶，為適應(yīng)長(zhǎng)江航道數(shù)字化運(yùn)行模式，至少需要從可靠異構(gòu)的船舶信息網(wǎng)絡(luò)、駕控臺(tái)布局設(shè)計(jì)及駕控設(shè)備集成三個(gè)方面進(jìn)行分析和解決。

2 船舶駕控集成的實(shí)現(xiàn)

2.1 可靠異構(gòu)的船舶信息網(wǎng)絡(luò)

在信息化和數(shù)字化升級(jí)的背景下，船舶操控系統(tǒng)均需接入航道局所屬的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。而船上通導(dǎo)、監(jiān)控等設(shè)備因廠家層次、型號(hào)的不同，在數(shù)據(jù)通訊上存在著端口封閉及協(xié)議各異等問(wèn)題。

例如：通導(dǎo)設(shè)備多遵循IEC61162廣播式協(xié)議，監(jiān)控設(shè)備多遵循Modbus-RTU協(xié)議及自由口協(xié)議等，因此首要解決的是不同協(xié)議、不同傳輸速率下的通訊匹配問(wèn)題。同時(shí)船舶數(shù)據(jù)亦需無(wú)線傳輸至岸端，但航道局自建基站仍存在覆蓋盲區(qū)、信號(hào)丟失等問(wèn)題。為此，需要建設(shè)一個(gè)基于以太網(wǎng)的船舶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），既能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持續(xù)傳輸，具體方法如下：對(duì)于通導(dǎo)設(shè)備，包括專用AIS及電子江圖，可配置具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及透明協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的網(wǎng)絡(luò)匹配設(shè)備，例如研華的串口服務(wù)器，通過(guò)數(shù)據(jù)的緩存和抽樣運(yùn)算實(shí)現(xiàn)速率匹配并將數(shù)據(jù)傳至船網(wǎng)。對(duì)于船岸通訊，在航道局專網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可配置一套4G移動(dòng)通訊鏈路作為補(bǔ)充，在完全無(wú)移動(dòng)信號(hào)覆蓋的特殊航段，可設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通訊監(jiān)測(cè)及補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)功能，確保數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的完整性和可靠性。

2.2 駕控臺(tái)布局設(shè)計(jì)

在數(shù)字化航道背景下，航道局船舶因其工作性質(zhì)及信息化、數(shù)字化的要求，其配置的設(shè)備較多，在布局時(shí)因有限的操控空間與設(shè)備間的配合需求及設(shè)備的自身缺陷之間存在更為突出的矛盾，進(jìn)而對(duì)操船人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和船舶航行安全造成了較大的影響。在30米A型船駕控臺(tái)的布局上，因操控設(shè)備普遍尺寸較大，很難于兼顧操作的重要性和合理性，往往完成一套操作流程需要到不同的工作位置；另外臺(tái)面布局過(guò)滿，造成后期系統(tǒng)升級(jí)或新增時(shí)設(shè)備只能隨機(jī)安裝，導(dǎo)致觀察視線遮擋等一系列問(wèn)題。為此，經(jīng)調(diào)研分析，提議設(shè)置三個(gè)固定操船位置，包括操船位、航行管理位及其他工作位，每一個(gè)工作位都能夠就近實(shí)現(xiàn)職能工作及操控流程，具體的工作位操控范圍參見(jiàn)圖2同操作人員水平操作范圍。

圖2 操作人員水平操作范圍

參見(jiàn)圖2，最大作業(yè)范圍可定義為手臂向外伸直，以肩關(guān)節(jié)為中心，手臂伸直，手掌半握，在臺(tái)面上運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡。在這個(gè)范圍附近操作時(shí)，靜力負(fù)荷比較大，長(zhǎng)時(shí)間操作容易引起疲勞，因此駕控臺(tái)面上元器件的分布橫向及縱向距離都應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

各操作站在建議范圍內(nèi)，按重要級(jí)順序以視線平視為中心布局觀察設(shè)備，以手臂自然彎曲位置為中心布局操作設(shè)備；整體提高操作人員與設(shè)備布局的匹配和契合度。

2.3 駕控設(shè)備集成

在數(shù)字化航道背景下，簡(jiǎn)化船舶配置設(shè)備，降低操船人員工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)駕駛系統(tǒng)集成化已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一個(gè)趨勢(shì)。30米A型船的航區(qū)屬于內(nèi)河，按照CCS船規(guī)其配置可參見(jiàn)表1，CCS船舶駕控設(shè)備配置要求[1，2]。按船規(guī)的強(qiáng)制要求，各類操船設(shè)備及通導(dǎo)設(shè)備等必須保持獨(dú)立性；也源于此，當(dāng)前Kongsberg、古也、海蘭信等廠家在駕控集成上也僅能做到同一平臺(tái)下顯示設(shè)備的切換，還不能做到融合于一個(gè)設(shè)備的高度集成。當(dāng)下基于一個(gè)設(shè)備的操控和通航信息集成，無(wú)論從規(guī)范角度還是從設(shè)備制造角度都還不具備可行性，但基于額外系統(tǒng)的信息采集和融合是允許的，并且在航道系統(tǒng)的實(shí)船上已經(jīng)有得到部分的應(yīng)用。此外，對(duì)于駕控臺(tái)上非主重要設(shè)備，在與船檢單位達(dá)成共識(shí)的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合定義的工作位職能，有限度地進(jìn)行物理集成。因此，針對(duì)數(shù)字化航道運(yùn)行模式下的船舶集成化，其更為推薦的關(guān)注重點(diǎn)是通航、駕駛、動(dòng)力、電力、視頻、港口、氣象等綜合信息的駕駛室集成。

3 結(jié)束語(yǔ)

南京航道局船舶在數(shù)字化航道系統(tǒng)建設(shè)下，存在著影響船舶操控的一系列問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，通過(guò)實(shí)船調(diào)查分析，提出了適應(yīng)不同設(shè)備通訊的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、駕控臺(tái)布局優(yōu)化及駕控設(shè)備有限度集成的方法，以適應(yīng)當(dāng)下數(shù)字化航道運(yùn)行模式的需求，并預(yù)留擴(kuò)展余地，為下一步航道局新造船舶操控系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)支撐和建議。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2016）[M].北京：中國(guó)船級(jí)社, 2016.

[2] 中華人民共和國(guó)海事局. 內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[M]. 武漢：武漢規(guī)范所, 2011.

Research on Integrated Bridge Control for Digital Channel Operation Mode

Zhang Yunjun1, Zou Minglei2, Xiao Yun1, Tian Xuelian1, Zhang Ming3, Ni Min4, Wu Zhidong5

（1. Changjiang Nanjing Waterway Bureau, Nanjing 210011; 2.Wuhan Nanhua Industrial Engineering Co., Ltd, Wuhan 430223; 3. Changjiang Shanghai Waterway Department, Shanghai 200010; 4. Changjiang Nanjing Waterway Department, Nanjing 210011, China; 5.WUT Ship Co., Ltd, Wuhan 430070, China）

U657

A

1003-4862（2018）07-0062-03

2018-04-23

張?jiān)栖姡?974-），男，高級(jí)工程師，研究方向：船舶建造、維修和技術(shù)管理工作。