陳成

摘 要：伴隨著船舶航運(yùn)業(yè)務(wù)與海上交通的不斷發(fā)展，船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型越來越豐富，包括音頻數(shù)據(jù)、傳真和視頻圖像等，在船舶之間建立通信鏈接，并通過安全引導(dǎo)系統(tǒng)，對每個(gè)船舶的位置信息、航行信息進(jìn)行綜合處理，從而最大限度降低內(nèi)河船舶航行時(shí)的安全隱患。本文主要討論船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù);船舶;通信導(dǎo)航;應(yīng)用

1導(dǎo)言

近年來，伴隨著我國艦艇技術(shù)的不斷發(fā)展，各種艦船裝備正在進(jìn)行大規(guī)模的改進(jìn)和創(chuàng)新，在船舶相關(guān)系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備為船舶提供精確的位置信息以及能夠?qū)⑽淦餮b備和測量系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的功能，這是船舶航行和作戰(zhàn)的重要保障。而以通信衛(wèi)星為主的船舶通信技術(shù)同樣存在成本較高、數(shù)據(jù)類型單一等問題。因此，研究一種新型的船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)，改進(jìn)傳統(tǒng)的通信技術(shù)有重要的意義。

2 船舶導(dǎo)航安全系統(tǒng)

在船舶導(dǎo)航安全系統(tǒng)中，往往以AIS平臺(tái)為基礎(chǔ)，將北斗定位系統(tǒng)、岸基預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)和音視頻傳輸技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對船舶周圍環(huán)境的自動(dòng)化識(shí)別，能夠及時(shí)識(shí)別出潛在的危險(xiǎn)目標(biāo)，通過提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)船舶的安全航行。但是這一切的基礎(chǔ)都需要依賴通信系統(tǒng)，只有性能優(yōu)越的通信系統(tǒng)才能保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)失真，而數(shù)字集群通信系統(tǒng)全部滿足這些要求。

3 船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)具有重要的作用，是船舶必不可少的系統(tǒng)之一。近年來，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸行業(yè)不斷發(fā)展，海洋的氣象變化越來越頻繁，針對船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)的技術(shù)革新引起了廣泛關(guān)注。目前，船舶導(dǎo)航與通信系統(tǒng)可以分為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等，具體如下：

3.1 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，全稱為導(dǎo)航衛(wèi)星測時(shí)與測距全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由美國NASA研發(fā)成功，通過測定高軌衛(wèi)星信號(hào)的延時(shí)和頻移，可以獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率、三維坐標(biāo)等。

3.2 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)是一種特定的空間信息系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)硬件部分、軟件程序，可以實(shí)現(xiàn)部分地球表層空間的地理數(shù)據(jù)采集、管理、分析等功能。地理信息系統(tǒng)主要由嵌入式平臺(tái)、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、航跡采集單元、智能終端等組成，其具體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3雷達(dá)系統(tǒng)

雷達(dá)系統(tǒng)是船舶上應(yīng)用范圍最為廣泛的一種通信與探測設(shè)備，也是最為成熟的通信設(shè)備。雷達(dá)系統(tǒng)主要由雷達(dá)天線、信號(hào)波發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

3.4船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）

船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是一種新型的助航設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)船舶之間、船舶與岸基岸之間的數(shù)字信息交換，其自動(dòng)化和智能程度較高。船舶之間、船舶與岸基之間交換的信息主要有船舶靜態(tài)信息、航跡信息、定位短信息等。

4 現(xiàn)代信息技術(shù)在船舶通信導(dǎo)航領(lǐng)域中的應(yīng)用

4.1船舶導(dǎo)航技術(shù)

船舶導(dǎo)航技術(shù)主要是為船舶提供衛(wèi)星定位、位置推算、地圖匹配、船舶航向和航速以及無線電信號(hào)的計(jì)算，幫助船舶本身確立位置參數(shù)和載體動(dòng)態(tài)狀態(tài)。船舶導(dǎo)航技術(shù)主要應(yīng)用到了航海功能軟件，它可以進(jìn)行航路監(jiān)測，一旦發(fā)生船舶偏航或穿越非安全區(qū)，則會(huì)對船舶發(fā)出警告指示，并附帶一些其它應(yīng)急措施。另外，航行數(shù)據(jù)記錄能夠全程記錄船舶航行的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成航海日志，供船員需要時(shí)隨時(shí)提取使用。此外，船舶導(dǎo)航技術(shù)也應(yīng)用到了天氣信息處理軟件和自動(dòng)避碰功能軟件。在其綜合導(dǎo)航系統(tǒng)中，它主要提供高精度的船舶位置，航向和速度等數(shù)據(jù)。另外也對水深和海洋氣象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為船舶安全航行提供數(shù)據(jù)技術(shù)支持。此外，它的導(dǎo)航雷達(dá)圖像和ARPA信息系統(tǒng)可以與電子海圖重疊顯示，能夠測量從船舶到目標(biāo)的方向和實(shí)際距離，甚至可以測量任意兩點(diǎn)的方向和距離。

4.2船舶通信技術(shù)

與內(nèi)陸通信技術(shù)不同，以船舶為基本承載平臺(tái)的集采集、處理、傳輸、交換和再現(xiàn)功能為一體的船舶通信技術(shù)具有以下特點(diǎn)：第一，其外部通信技術(shù)可通過無線通信實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和短波通信以及無限距離的全球通信;第二，其通信頻段覆蓋范圍廣，涉及設(shè)備眾多，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)容比較復(fù)雜，與此同時(shí)，由于安裝技術(shù)和使用環(huán)境的限制，其天線包括其他設(shè)備是高度集成化的;第三，該技術(shù)沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施依靠，它的內(nèi)部和外部通信和導(dǎo)航可以是自包含的。

4.3軍船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)

整體來看，目前我國常見的軍船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的功能主要如下：第一，外部設(shè)備實(shí)時(shí)地接收航向、速度、水深、風(fēng)速、風(fēng)向等信息。第二，對行地理導(dǎo)航和天文定位計(jì)算等各種導(dǎo)航計(jì)算，得到最優(yōu)導(dǎo)航方案。第三，集中顯示、管理導(dǎo)航信息并對相關(guān)信息進(jìn)行自動(dòng)打印、檢測、報(bào)警和故障定位。

在對軍船綜合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括以下方案：第一，RS-422A組合導(dǎo)航系統(tǒng)串口通信特性通信網(wǎng)絡(luò)方案。該方案系統(tǒng)的串口通信、信息源傳感器與船舶綜合顯示控制臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換是通過串口傳輸完成的，具有連接簡單、通信距離長、信息傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn);然而，由于串行通信逐位傳輸，傳輸速度較慢，同時(shí)由于點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式，使得數(shù)據(jù)傳輸只能通過相應(yīng)的連接來實(shí)現(xiàn)，而導(dǎo)航系統(tǒng)中存在著大量的信息傳感器，連接太多必然將導(dǎo)致系統(tǒng)過于復(fù)雜，影響信息共享的安全性與穩(wěn)定性。目前，隨著船舶信息化水平的提高，各種設(shè)備和系統(tǒng)之間的信息通信越來越頻繁，信息量也越來越大，該種單串口通信的方式已不能滿足導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展要求。第二，CAN通信。該系統(tǒng)有效克服RS422A串口傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，提出了在導(dǎo)航系統(tǒng)中采用CAN總線技術(shù)取代傳統(tǒng)串行通信方式的全新通信技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)眾多，包括低成本、總線利用率高、數(shù)據(jù)傳輸距離長等。與此同時(shí)，其能夠正確處理錯(cuò)誤和錯(cuò)誤檢測機(jī)制，當(dāng)消息被破壞時(shí)，該消息可以自動(dòng)重發(fā);當(dāng)錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)，該節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)退出總線，這對于信息傳送安全性和穩(wěn)定性的提升有重要意義。

5 船舶通信導(dǎo)航技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

5.1通信網(wǎng)絡(luò)正朝著寬帶和數(shù)字化的方向迅速發(fā)展

寬帶和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)一直是通信發(fā)展的重點(diǎn)。未來，光纖通信中距離將更遠(yuǎn)，速度將更快。在未來，如果我們要進(jìn)一步發(fā)展通信網(wǎng)絡(luò)，就必須考慮新光纖的發(fā)展，光交換和密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展。在不久的將來，隨著超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)和光路集成技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將發(fā)生翻天覆地的變化。

5.2通信與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)一體化

未來，船舶通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)將趨于一體化、集成化和智能化，它將采用不同的手段和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在總體上實(shí)現(xiàn)基于電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)“三網(wǎng)融合”的系統(tǒng)更新與優(yōu)化。與此同時(shí)，系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)之間的結(jié)合，也將是其未來發(fā)展不可避免的重要趨勢，受此影響，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用范圍將隨之得到進(jìn)一步深化和擴(kuò)大。

結(jié)語：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都在發(fā)生翻天覆地的變化。未來，我們將使用計(jì)算機(jī)，微電子，光電子和其他技術(shù)來集成計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信和導(dǎo)航。在未來，該技術(shù)系統(tǒng)將繼續(xù)優(yōu)化自身，以確保更多集成、智能和集成技術(shù)的有效實(shí)施和應(yīng)用。

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