陳栢照 交通運輸部南海救助局

隨著我國航海貿(mào)易事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，船舶運行安全問題愈發(fā)受到人們重視。倘若在海上航行期間出現(xiàn)碰撞、擱淺等情況，輕則因船體受損導致經(jīng)濟損失，重則對船員人身安全產(chǎn)生威脅。為避免因人員操作不當增大船舶出現(xiàn)碰撞問題的概率，需重視對新航海技術的應用，結合對避碰自動化功能增設來提升船舶航行可靠性、安全性，并為我國航海貿(mào)易事業(yè)的長久發(fā)展提供保障。

1.航海自動化系統(tǒng)簡介

現(xiàn)階段船舶航行控制朝著自動化、智能化的方向持續(xù)邁進，得益于自動化控制系統(tǒng)的有效構建與應用，可在有效規(guī)避人為操作失誤的同時，進一步提升船舶控制的便捷性與效率性。結合對船舶控制要求的分析，可將航海自動化系統(tǒng)劃分為航向控制、避碰撞系統(tǒng)、最佳航線設計、航行綜合管理等模塊。其中最佳航線設計功能的增設，可實現(xiàn)在運行期間依據(jù)實際情況進行最佳航線的設計，對船舶航行線路進行優(yōu)化，結合其船舶各項技術進行航線的綜合規(guī)劃，進而在提升船舶航行效率的同時，可保證航海安全性不受航線的影響[1]。在實際船舶控制過程中，其系統(tǒng)可依據(jù)對風向、船位、航程、船速等方面數(shù)據(jù)的分析來優(yōu)化航行控制，并依托于自動化系統(tǒng)做到對船舶行駛的動態(tài)化監(jiān)控與管理。同時，得益于自動操舵轉(zhuǎn)向功能的應用，可通過對實時運行情況的分析，既有船舶定位信息的獲取來確定行駛方向，以最佳行駛路線為基準對船舵進行自動化控制，以避免在航行期間出現(xiàn)航線偏離的情況。對于避碰自動化模塊的設置，可做到對船舶實時航行位置、速度、環(huán)境信息的獲取，并依托于系統(tǒng)對擱淺、觸礁、碰撞等問題進行綜合型計算分析，依據(jù)其分析結果來擬定相應處理對策[2]。另外，航海自動化系統(tǒng)可支持對各子系統(tǒng)進行排查與監(jiān)控，并聯(lián)動安保系統(tǒng)制定契合航行安全需求的航行方案，以實現(xiàn)對危險問題的有效規(guī)避，為船舶營造更為安全、可靠的運行環(huán)境。另外，可將航海自動化系統(tǒng)與船舶中央控制中心進行連接，相關操作人員可通過對航海行駛相關信息的獲取為系統(tǒng)決策的優(yōu)化制定提供參考，進而為船舶的安全行駛、高效操控提供保障。

2.船舶避碰自動化現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 避碰自動化應用現(xiàn)狀

得益于科學技術的創(chuàng)新發(fā)展，促使船舶駕駛朝著自動化、集成化的方向持續(xù)發(fā)展，基于對自動化集成駕駛臺的應用，可促進船舶運行管理能力的顯著提升[3]。同時，在航向、航線相關數(shù)據(jù)錄入的前提下，可在運行階段對水深、子午測試的自動執(zhí)行，并保證其相關數(shù)據(jù)的獲取符合標準，通過對所需數(shù)據(jù)的整合處理，為船舶航行路線的科學制定提供參考[4]。在具體運行過程中，雷達繪圖系統(tǒng)可針對逆行船情況自動開啟，并按照相關指令對逆行船相關參數(shù)進行檢測、掃描，結合對航行動態(tài)的分析來確定避碰決策，通過對危險區(qū)域的提前規(guī)避來提升船舶航行安全性。依托于避碰系統(tǒng)中的計算機處理，可基于對相關數(shù)據(jù)、信息的采集對船舶涉及危險進行概率計算，以及時預警的方式來規(guī)避碰撞。若預警發(fā)出后駕駛人員并未加以重視，系統(tǒng)會在繼續(xù)航行期間發(fā)出強烈預警，提高駕駛人員對碰撞風險的規(guī)避。通常情況下，避碰系統(tǒng)可連接顯示屏對航行相關參數(shù)信息進行直觀化展示，并具備檢索查詢功能，幫助駕駛人員在數(shù)據(jù)庫中檢索所需信息。以避碰自動化模式的應用為前提，可做到對船舶航線進行自動規(guī)劃。但注意，若船舶航行處于密閉水域環(huán)境，意味著避碰自動化系統(tǒng)無法做到對所有風險的規(guī)避。在此形勢下，駕駛人員在察覺風險因素時需及時人工介入，以降低船舶出現(xiàn)碰撞問題的概率。

2.2 避碰自動化應用問題

得益于通信技術、信息技術、傳感器技術等在我國船舶駕駛領域的應用，促使船舶避碰方面實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，但在些許因素的影響下，仍存在些許問題影響到避碰自動化功能的應用，具體表現(xiàn)為：以水域有限為前提，仍存在自動避碰決策制定方面的問題，同時船舶對水下物體的檢測精準性、全面性仍有待提升?？v觀以往船舶航行，其中導航雷達作為水下物體檢測的主要手段，但因?qū)Ш嚼走_技術的限制，使得船舶避碰系統(tǒng)仍無法保證物體信息的精準檢測[5]。鑒于此，需重視對避碰系統(tǒng)信息檢測的深入研究，在加大成本投入力度的前提下，積極借助先進技術來解決以往導航雷達無法精準檢測的問題，進而為避碰自動化功能的有效應用提供技術支撐[6]。

3.新航海技術在船舶避碰自動化中的應用

3.1 AIS的作用

隨著船舶航行安全性研究的愈發(fā)深入，其中陸岸與船舶、船舶與船舶間的信息交換的重要作用逐漸凸顯，而為有效解決以往通信導航存在的局限性問題，AIS技術應勢而生，并為船舶避碰自動化的實現(xiàn)打下良好基礎。在實際應用過程中，AIS技術的優(yōu)勢體現(xiàn)為信息量大、目標顯示、抗天氣干擾等，作為支撐船舶避碰自動化功能實現(xiàn)的傳感器之一，能夠為其決策的制定提供更多信息，并作為信息源來促進船舶雷達信息的高效獲取[7]。同時，運行期間可借助AIS技術對目標船以短信的方式進行意圖傳輸，并做到對本船相關動態(tài)信息進行同步發(fā)送，具體涉及到避讓時機、恢復時機、避讓幅度等。所以，通過對AIS系統(tǒng)的合理安設，可幫助船舶進行操船意圖的識別與接收，并以此為基準制定最佳調(diào)配方案，以期實現(xiàn)對碰撞情況的有效規(guī)避。分析船舶避碰自動化中AIS的具體應用，具體表現(xiàn)為：

（1）A IS關鍵技術。通常情況下，AIS系統(tǒng)構成涉及到通信、信息處理、信號差采集、顯示等模塊。其中通信模塊主要負責對相關船舶信息的高效轉(zhuǎn)發(fā)與接收，以VHF 數(shù)字通信模式為主[8]。信息采集模塊的設置，主要是按指令規(guī)定進行接收信息的解碼、轉(zhuǎn)換處理，將采集處理后的信息作為航向調(diào)整的主要參考。信息處理模塊涉及到對嵌入式微處理器應用，相關人員可借助處理模塊進行信息發(fā)送處理，并以顯示屏為載體進行發(fā)送、接收信息的直觀呈現(xiàn)。

（2）避碰系統(tǒng)結構設計。船舶避碰自動化功能的實現(xiàn)受到避碰系統(tǒng)結構設計的直接影響，結合對船舶控制要求的分析，可依托于FPGA與DSP進行避碰系統(tǒng)的優(yōu)化設計，融合DSP來設計避碰系統(tǒng)，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)接收、避碰算法的接收，將FPGA融入到避碰系統(tǒng)設計中，可依托于I/O功能對串行口與輸出接口進行有效連接，結合對ADC數(shù)據(jù)采集緩存的應用，可做到在運行期間進行數(shù)據(jù)采集的共同完成，以更為簡化的算法進行船舶避碰計算。要想最大化發(fā)揮出避碰自動化功能，需在系統(tǒng)結構設計時囊括AIS信息模塊、鍵盤LED模塊、存儲器拓展模塊、A/D模塊、LCD模塊、D/A模塊等[9]。以FPGA與DSP為基礎進行避碰系統(tǒng)設計，可保證在運行階段系統(tǒng)各模塊之間保持穩(wěn)定、和諧運行狀態(tài)。

（3）主要模塊設計?；趯Ρ芘鱿到y(tǒng)的有效設計，可實現(xiàn)對AIS系統(tǒng)進行避碰參數(shù)、信號接收等功能設計。系統(tǒng)中采用C5402型號CPU，可支持避碰系統(tǒng)在不同模式下均可保持高效運行狀態(tài)。以電平模式為例，若避碰系統(tǒng)在運行期間呈現(xiàn)出高電平狀態(tài)，可以微處理形式為基準進行DSP系統(tǒng)處理，以期在使用過程中對AIS數(shù)據(jù)實時接收與獲取，確保系統(tǒng)運行符合穩(wěn)定性要求。倘若系統(tǒng)以低電平狀態(tài)為基準，可讓DSP系統(tǒng)保持微計算機狀態(tài)進行運行，以期在航行階段做到對避碰數(shù)據(jù)的精準計算，確保避碰功能得以充分體現(xiàn)[10]。

在避碰系統(tǒng)設計中主要模塊包括FPGA接口設計、AIS信息采集、DSP設計等。對于AIS信息采集模塊設計，需在設計期間做到對應用程序流程圖的嚴格遵循，其具體設計流程需包括系統(tǒng)初始化、6位二進制碼、bit分配、數(shù)據(jù)計算與顯示等。

作為船舶避碰自動化功能實現(xiàn)的重要前提，在船舶航行過程中可以AIS為載體進行相關數(shù)據(jù)的交換處理，進而為航行線路的熱度分析提供參考，結合對航向規(guī)劃、周邊天氣等方面的分析，制定契合實際避碰要求的航行控制對策。相較于傳統(tǒng)避碰模式的應用，基于AIS技術的避碰自動化能夠避免因人員主觀判斷失誤出現(xiàn)影響到船舶安全性，并實現(xiàn)對雷達信息混亂情況的有效解決。另外，考慮到仍有部分船舶尚未做到對AIS系統(tǒng)的有效安裝，在面對船舶碰撞問題時仍以雷達信息采集為主，使得船舶間信息交互無法以AIS系統(tǒng)為載體，進而對決策信息的全面性產(chǎn)生影響。鑒于此，需在設計AIS模塊時考慮到對信息源的動態(tài)修正，以期在船舶信息互動期間可將AIS作為載體，進而發(fā)揮出船舶避碰功能應有的效用。

3.2 海圖信息數(shù)字化的作用

在現(xiàn)階段船舶航行過程中，海圖信息數(shù)字化在避碰系統(tǒng)中的有效應用，可促進船舶避碰能力的顯著提升，突破以往避碰系統(tǒng)存在的限制，實現(xiàn)將船舶碰撞事故控制在預期范圍內(nèi)。同時，在避碰自動化功能實現(xiàn)過程中，海圖信息化技術可發(fā)揮以下作用：一是對船舶的相關靜態(tài)信息進行全面、快速獲取，二是做到對動態(tài)避碰信息與靜態(tài)信息的有機融合，通過對避碰系統(tǒng)信息處理能力的提升，為船舶的安全航行提供支撐。另外，在實際使用過程中，海圖信息數(shù)字化系統(tǒng)構成包括電子顯示、聲吶探測、信息處理系統(tǒng)等，通過對各子模塊系統(tǒng)的集成來實現(xiàn)對船舶避碰信息采集范圍的拓廣。而要想最大化體現(xiàn)出海圖信息數(shù)字化的作用，可依據(jù)避碰自動化需求的分析進行ECDIS模塊設置，以此為船舶避碰決策的制定提供基礎，并結合對動態(tài)、靜態(tài)交互平臺的構建來促進避碰功能充分發(fā)揮。

3.3 監(jiān)測報警

要想發(fā)揮出避碰自動化系統(tǒng)的功能與作用，可以局域網(wǎng)現(xiàn)場總線為基礎進行信號采集，結合對監(jiān)測報警系統(tǒng)的有效建構來達到有效預警的目的。依據(jù)對避碰系統(tǒng)運行要求的分析，將工業(yè)控制計算機作為管理基礎，以實現(xiàn)對船舶碰撞信息的全面采集與快速響應。在實際運行過程中，控制室大屏幕會直觀顯示測量、掃描參數(shù)，其中某個檢測數(shù)值倘若出現(xiàn)低于或高于閾值，監(jiān)測系統(tǒng)自動發(fā)出警報，且大屏幕會自主進行測量數(shù)值的實時更新。同時，監(jiān)測預警系統(tǒng)能夠?qū)鞲衅鬟\行狀態(tài)進行監(jiān)測，倘若在使用期間出現(xiàn)傳感器故障、異常，系統(tǒng)會發(fā)出預警并精準定位故障位置，以幫助維護人員第一時間解決問題。另外，監(jiān)控系統(tǒng)運行階段大屏幕可做到對整體監(jiān)控界面的顯示，若管理人員需對巡回測量參數(shù)點進行查看，可點擊參數(shù)要點測點表格，通過對功能按鍵的打開來彈出對話框。在測量值超出閾值的前提下，監(jiān)控系統(tǒng)自動形成聲光警報，管理人員在掌握情況后可點擊“靜音”來消除警報，且系統(tǒng)具備船舶測量數(shù)據(jù)實時存盤的功能。

4.結語

綜上所述，避碰自動化功能的實現(xiàn)與應用，不僅是提升船舶安全、高效行駛的技術支撐，亦是助力我國航海貿(mào)易事業(yè)有效發(fā)展的關鍵基礎。鑒于此，要想在船舶行駛過程中充分發(fā)揮避碰自動化功能，需在明確船舶安全管理要求的前提下，立足航海技術創(chuàng)新視角，借助新航海技術來促進避碰系統(tǒng)的革新與升級，以自動化的方式來提升船舶避碰有效性，在促進船舶避碰自動化、智能化發(fā)展的同時，為船舶可靠、安全航行提供保障。