综合导航系统在25000DWT化学品船的应用

刘 军

(南通明德重工有限公司，江苏 南通 226361)

综合导航系统在25000DWT化学品船的应用

刘 军

(南通明德重工有限公司，江苏 南通 226361)

开发电子海图计算机强大的信息综合、信息处理及显示功能，将各种导航仪器的信号集成到电子海图计算机上，通过电子海图系统在重要的驾驶操作站上实现船位、船速、水深、航道、风向风速等信息的综合显示及导航操作，实现船舶操纵的集成化、便捷化，提高导航操作效率等目的。

液体化学品船；电子海图；综合导航；系统集成

0 引言

随着海运的发展，不仅对船舶的安全和避碰要求越来越高，而且要求船舶操纵更加简单高效，操纵站布置更加合理便捷，人机界面简明友好，便于船员培训及操作，并满足一人驾驶的要求。

目前普通船舶的导航系统通常采用雷达、测深仪、计程仪、GPS、罗经等独立系统设备配置，在船舶操纵过程中，需要同时监视并操作各种不同导航设备，读取所需的各项导航信息，操作复杂，工作量大，对操作能力及注意力要求很高，通常需要至少2名驾驶员才能完成基本船舶驾驶操作。本文探讨一种基于电子海图计算机的综合导航系统设计方案，实现导航系统的集成化，提高船舶导航系统操作效率，简化导航操作，降低船员工作量。

1 普通导航系统方案现状分析

目前主流的船舶导航系统都是以各个独立导航设备组装于驾控台中，在驾驶室实现船舶的导航功能，这种导航系统设计，在船舶操纵过程中，需要从各个单独导航设备仪器中读取需要的各项导航信息，驾驶员的操作负担大，其不足之处如下：

(1)信息读取。驾驶员在操纵船舶过程中需要不断关注船舶航向、航速、水深、船位、舵角及主机转速等信息，这些信息在驾控台不同位置的不同设备仪表中，读取信息时就得左顾右盼。

(2)导航作业。在船舶驾驶过程中，驾驶员需要操作各种不同的设备，如操舵装置、电子海图、雷达、计程仪、测深仪、自动识别仪等，分散布置不同导航设备增加了驾驶员的操作负担。

(3)报警复位。导航设备在运行过程中可能会出现一些报警及系统故障，如偏航报警、探头信号丢失报警、失电故障等，驾驶员需要对这些报警和故障做出确认或复位。因不同的导航设备，报警复位的位置及界面都不一样，驾驶员必须对各项设备的人机界面非常熟悉，才能准确做出正确回应，否则极易引起误操作或因回复不及时导致不必要的报警。

(4)辅助操作站。因各种导航设备及仪器的显示器数量有限，只能在主操作站及驾控台集中大部分导航设备及仪器，辅助操作站如左右翼控制台等位置则只能安装少数导航设备及仪器的显示器。这种情况会导致在辅助操作站操作时，无法获取全部的导航信息，从而产生船舶操纵的安全隐患。

2 解决思路

随着船舶电子海图系统功能的日渐强大，利用电子海图计算机可以集成多种导航设备及仪表信息，通过数据接口将各种导航信息及必要操作功能集中在电子海图计算机人机页面中。在同一界面中就能读取所有导航信息并进行必要的航线规划、航向设定及报警复位等操作，在一处电子海图界面上就能完成以前需要在五六种不同设备上的操作。

这个方案的实现，在前期的船舶技术规格书谈判及方案设计时就要充分考虑到电子海图系统计算机的信号集成、人机界面设计，还要充分协调其他导航系统的输出信号格式及控制权限等，匹配电子海图计算机的技术接口，在电子海图计算机中实现各种导航信息的综合显示，集中操作。

3 优化方案

这种综合导航系统设计方案的核心是将各个导航设备及仪器的信息集成在电子海图综合界面，并在电子海图界面中能对各导航设备进行实时全面监控及必要的操作，通过电子海图分显在辅助导航操作站分享完整导航信息。

为详细说明此方案，本文以25 000 DWT化学品船的综合导航系统为例，详述此综合导航系统的组成。

电子海图综合导航系统单线图如图1所示。

图1 电子海图综合导航系统单线图

(1)系统设计。将雷达、DGPS、风向风速仪、罗经、自动舵、测深仪、计程仪、自动识别仪等导航设备信号接入电子海图计算机信号输入模块，通过信号输入模块整合到电子海图计算机中显示，同时取消这些独立导航设备的分显。

(2)界面设计。电子海图的人机界面设计，应集成各种导航信息综合显示，并在此界面中能对各种导航设备进行必要的操作。显示界面尽量模拟真实仪表，界面图如图2所示。

(3)设备配置。为提高系统可靠性，电子海图系统有2台互为备用的计算机组成，任何1台计算机出现故障，综合导航系统均能正常工作。为了最大化利用此系统的综合显示功能，在驾驶室两翼次级操作站各布置1台电子海图计算机分显，方便驾驶员在两翼分享完善的导航信息，方便船舶操纵。

综合导航系统设计方案中，X波段雷达、S波段雷达、2台DGPS、自动识别系统、计程仪、测深仪等通过信号接口将信号送到电子海图计算机处理器。电子海图计算机有4台工作站：1台主工作站，1台备用工作站，2台辅助工作站。主工作站与备用工作站互为备用，1台出现故障，另1台能自动备用，这种冗余配置，可以保证系统的安全稳定。4个工作站都能共享所有的导航信号，也可以通过软件设置，分配各自的控制权限，并能根据需要进行必要的操作。

基于电子海图的综合导航系统不仅节省各个导航设备的分显装置，还能充分利用电子海图计算机的强大集成及编辑功能，更加形象化显示导航信息，给船员提供直观友好的导航工作界面。

4 成本比较

4.1独立系统方案(参考价格)

(1)雷达

30 000美元

(2)计程仪

15 000美元

(3)测深仪

15 000美元

(4)DGPS

10 000美元

(5)罗经

20 000美元

(6)电子海图

30 000美元

图2 电子海图综合导航系统界面图

4.2综合导航系统方案(参考价格)

(1)电子海图系统

31 000美元

(2)其他导航设备

70 000美元

2个系统成本比较发现，综合导航系统较独立系统便宜。

5 综合方案优势

(1)综合方案与独立方案相比，设备订购价格较少。

(2)省掉计程仪、测深仪、风向风速仪、罗经等设备分显，可节省电缆、电源设备和空间，减小控制台尺寸，减少设备保管、施工等工作量。

(3)综合导航系统方案是由1个厂家打包，降低了各个系统之间的技术接口不匹配的风险，减少了设计、调试的工作量。

(4)集成系统的人机界面风格统一，操作模式一致，可降低船员学习难度，减少船员培训时间及成本，便于船队人员轮换及交接。

6 结论

本方案将X波段雷达、S波段雷达、DGPS、AIS、计程仪、测深仪、风速风向仪、罗经等导航设备的信号送到电子海图计算机，通过主控台的2台电子海图计算机实现信号的处理及显示，组成1个综合导航系统。为充分利用综合导航系统的集成数据显示优势，在驾驶室左右翼辅助操作站各配置电子海图分显1台，分享全部导航信息。另外，在电子海图计算机界面中通过仿真图形直观、综合的实时显示全部导航信息，方便船员读取船舶航行数据，操作导航设备，减轻船员工作量，降低船舶导航操作难度。为增强系统可靠性，采用主电子海图计算机加上备用电子海图计算机的冗余配置。这种综合导航系统设计方案不仅简洁高效，便于驾驶员的导航操作，也能为船厂降低成本。

2011～2012年建造交付的4艘25 000 DWT化学品船运营后反馈，此基于电子海图计算机的综合导航系统运行稳定可靠、界面简洁、操作方便，得到驾驶员的好评。

[1]中国船舶工业总公司.船舶实用设计手册(电气分册)[M]. 北京:国防工业出版社，2004.

2014-04-25

刘军(1974-)，男，工程师，从事船舶生产及设计。

U675.81

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