全电力推进船舶航行监测系统分析

刘梦觉

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

全电力推进船舶航行监测系统分析

刘梦觉

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

本文在电力推进船舶需求逐渐加大，应用逐渐成熟的前提下，介绍了全电力推进船舶航行所需监测的相关内容，设计了一个较为完善的航行监测系统，为后续的研究提供了参考。

全电力推进船舶航行监测监测记录

0　引言

随着船舶电气设备的发展，大功率高科技用电设备的在各类工程船舶、军用船舶上的应用越来越广泛[1]。船舶行业的技术发展己不仅仅停留在制造船体上，如何研发和制造更多实用的船舶高科技用电设备及相关配套设备成为整个船舶行业的重要板块。随着大量高科技用电设备在船舶上的装载，电力推进船舶的应用更加广泛。电力推进船舶可以全船共同使用一个电网，使得船舶总装机容量得以下降，既能节能减排，又能减少供能设备在船上的空间占用。与此同时，全电力推进系统和各种大功耗高科技设备的共同装载，使得全船的航行和用电状态对推进系统的影响更大，对船员、海况、舱室环境、电站和用电设备的监测对实现稳定航行更加重要[2]。

1　电力推进船舶航行监测内容

船舶航行的监测有很多个方面，最终由船员根据监测的信息判断如何使用电力推进设备航行。为了更好的记录与决策，应对各种航行时可能的状况，保障船舶的稳定航行，并利于航行后的分析总结。全电力推进船舶需要对航行时的船员状况，全船运行状况，海况气候，周边其他船舶及目标进行全面监测。

全船的监测应通过语音监测、图像监测、数据监测三种方式展开对驾驶室、集控室、海图室、瞭望台、音频通讯、命令、海况、海图、外部目标、船内人员、温度、气体、密封、舵桨、损管、发电设备、推进设备、其他用电设备的全面监测。

1.1语音监测

语音监测主要针对重要舱室、VHF（甚高频）通信和船上发布的命令。

1)重要舱室语音记录：包括驾驶室、海图室、集控室等，与航行情况相关的语音监听及记录。

2)VHF通信记录：船舶对外联络的 VHF语音，包括接收和传送的音频信号。

3)命令记录：包括船长下达航行命令和电网设备使用命令的记录，机电长发布的设备操作指令等等。

1.2图像监测

图像监测包含雷达、声呐绘图，最新的ECDIS（电子海图显示与信息系统）技术、船舶内外的视频监测，光电桅杆图像。

1)雷达监测：ARPA（自动雷达标绘仪）可以自动搜寻一定海域内船舶或海洋平台，选择对象后进行跟踪，并将对象的位置、航向和航速以矢量形式显示。

2)声呐监测：通过声呐采集数据，获得周边水下目标的大小、方位，距离，速度等，以图像形式展现附近水下目标的信息。

3)ECDIS：接收导航卫星传送附近的海图信息，同时结合定位仪和里程记录仪、各类探测仪，综合反映出船舶的行驶状态和附近海洋信息，用于保障船舶航行。

4)视频监测：对船舶内部重要舱室、舷梯、甲板的录像监测，重点部位的红外热扫描图像；对船舶近距离水域视频监测图像。

5)光电桅杆监测：船舶上光电桅杆拍摄到的录像通过计算机显示屏实时播放，并保存。

1.3数据监测

数据监测主要指以数字、简短文字显示的信息，如功率、开关状态、设备名称等等。通过各类传感器和仪表测出的数据经过通信传送和计算，最后在多台计算机上显示。

1)电力推进设备监测：推进变压器、变频器、电机、螺旋桨、齿轮箱、联轴器等设备的重要参数、运行状态、指令响应和主要报警信号。

2)电站监测：电压/电流/功率等发电机参数，开关状态，电网运行状态，燃料供给情况。

3)航行监测：目前时间，本船位置、航向、航速、吃水，所在位置的水流、水深、风速、风向、气压、气温等。

4)操舵监测：操舵部位，操舵控制方式，操舵控制指令及响应，液压故障、电源失电等主要报警信息

5)减摇鳍监测：尾部控制，控制方式，控制指令及响应，重要报警信息。

6)潜浮监测：浮力调整水量，通气和通海等主要控制阀状态及潜深信息。

7)均衡与悬停监测：均衡水量，均衡控制指令，纵横倾与浮力不均衡状态信息，及主要控制阀状态信息，悬停系统控制指令。

8)损管监测：火灾报警、舱室进水报警、防火门，水密门开关状态，风机切断及灭火剂施放，弹药舱监测报警（军船）。

9)全船管道监测：全船管路水压、气压，蓄能器工作状态，主要阀件状态。

10)环境监测：舱室气压、有害气体报警

11)航行信号灯监测：航行信号灯的通断状态和开关状态。

12)AIS（船舶自动识别系统）：基岸设施发送的附近海域船舶、潜水器、海洋平台的相关航行数据。

2　电力推进船舶航行监测系统设计

航行监测系统将为电力推进船舶的航行决策提供完善的数据支撑。整个系统由多台计算机及各类探测设备组成，包括岸基远程监测台，综合航行监测台，电力推进监测台，电站电网监测台，大气烟火密封门监测台，液气温度监测台，附近海域监测台，视频监测台，航行数据库服务器，导航雷达，陀螺罗经，拾音器，各类传感器，摄像头等等。

如图1所示，航行监测系统采用数据采集，服务器，监测台三层架构。将通过信号接收台、传感器、摄像头、拾音器、声呐、雷达等设备收集到的信息传入服务器。服务器中建立大型航行数据库，服务器将所有的图像、声音、数据存入数据库，同时根据相应需求转发到各监测台进行处理显示。该系统采用服务器，而不直接将采集到的信息发送到监测台的主要目的是为了方便信息的管理，将信息汇总储存。同时采用冗余服务器，加强了整个监测系统的信息安全。

岸基远程监测台和综合航行监测台主要显示船舶航行的电子海图，海况，本船航行情况，电力推进设备是否稳定运行，电网情况，重要设备的故障报警。

电力推进监测台监测推进变压器，变频器，电机，螺旋桨，操舵，减摇鳍等推进设备的各项运行指标，运行指令及响应情况，故障报警等等。

电站电网监测台监测电站的启停状态，各发电机组的重要参数，电网总功率、电压、电流，各设备的用电情况，电路的开断状态。

附近海域监测台包括外部静态目标如岛屿、航标船、海洋平台、冰川等，动态目标如其他船舶、鱼群等。根据外部目标的位置、移动方向和速度等，为我船航行决策提供预判和依据。

大气烟火水密监测台关注全船的空气环境，消防和水密门开闭情况。显示船体内部有害气体，金属颗粒，火灾，密封舱故障等安全问题的报警。

液气温度监测台可查看全船管道压力、流速、温度，油箱、水箱的压力、液位、容量、温度，并提供相关报警。

视频监测台显示航行相关重要舱室、舷梯、甲板、船舶近距离水域的直播录像。同时对重点部位进行红外扫描，显示红外热扫描图像，确保航行相关重要舱室的安全。

图1　航行监测系统架构图

3　结语

以各种数据采集、数据库、数据分析、网络、通信技术为基础的航行监测系统，实现对船舶航行过程中所有相关信息的监测，有利于加强对船舶航行设备的状态评估，进行故障诊断，帮助航行决策[3]；有助于加强海上生命安全，提高船舶海上航行的稳定性和安全性；有利于海洋环境的保护，避免各种海上可能发生的各种事故，并有利于事后原因的分析。同时方便相关单位对船舶航行的集中管理，提高船员工作效率，减少人力资源消耗。对于军用船舶，更可以帮助判断敌情，制定作战方针，加强各船舶之间的作战配合。本文对提高全电力推进船舶的航行安全性和稳定性具有理论意义和实际参考价值。

[1] 孙建波，郭晨，张旭. 船舶机舱监测和报警系统的设计与研究[J]. 系统仿真学报，2006，18(2): 851-856.

[2] 贾宝柱，任光. 王冬捷. 船舶机舱综合监控系统可靠性分析及设计[J]. 大连海事大学学报，2003，29(1) 27-30.

[3] 阮誉婷. 电力推进船舶监测与控制网络[D]. 大连:大连海事大学，2006.

The Analysis on Navigation Monitoring System of an All Electric Propulsion Ship

Liu Mengjue
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Against the background of the gradual increase and the application matures in demand for an electric propulsion ship，this paper introduces related items to be monitored for the all-electric propulsion ship in sailing. It designs a comprehensive Navigation monitoring system，which provides a reference for subsequent research.

all electric propulsion ship; navigation monitoring; monitoring records

TP277

A

1003-4862（2015）12-0069-03

2015-09-22

船舶动力基础科研（MPRD）计划，MPRD-IEP0304

刘梦觉（1989-），男，硕士，助理工程师。研究方向：船舶电力推进监控系统设计。