全電力推進船舶航行監(jiān)測系統(tǒng)分析

劉夢覺

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

全電力推進船舶航行監(jiān)測系統(tǒng)分析

劉夢覺

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

本文在電力推進船舶需求逐漸加大，應用逐漸成熟的前提下，介紹了全電力推進船舶航行所需監(jiān)測的相關內容，設計了一個較為完善的航行監(jiān)測系統(tǒng)，為后續(xù)的研究提供了參考。

全電力推進船舶航行監(jiān)測監(jiān)測記錄

0　引言

隨著船舶電氣設備的發(fā)展，大功率高科技用電設備的在各類工程船舶、軍用船舶上的應用越來越廣泛[1]。船舶行業(yè)的技術發(fā)展己不僅僅停留在制造船體上，如何研發(fā)和制造更多實用的船舶高科技用電設備及相關配套設備成為整個船舶行業(yè)的重要板塊。隨著大量高科技用電設備在船舶上的裝載，電力推進船舶的應用更加廣泛。電力推進船舶可以全船共同使用一個電網，使得船舶總裝機容量得以下降，既能節(jié)能減排，又能減少供能設備在船上的空間占用。與此同時，全電力推進系統(tǒng)和各種大功耗高科技設備的共同裝載，使得全船的航行和用電狀態(tài)對推進系統(tǒng)的影響更大，對船員、海況、艙室環(huán)境、電站和用電設備的監(jiān)測對實現(xiàn)穩(wěn)定航行更加重要[2]。

1　電力推進船舶航行監(jiān)測內容

船舶航行的監(jiān)測有很多個方面，最終由船員根據(jù)監(jiān)測的信息判斷如何使用電力推進設備航行。為了更好的記錄與決策，應對各種航行時可能的狀況，保障船舶的穩(wěn)定航行，并利于航行后的分析總結。全電力推進船舶需要對航行時的船員狀況，全船運行狀況，海況氣候，周邊其他船舶及目標進行全面監(jiān)測。

全船的監(jiān)測應通過語音監(jiān)測、圖像監(jiān)測、數(shù)據(jù)監(jiān)測三種方式展開對駕駛室、集控室、海圖室、瞭望臺、音頻通訊、命令、海況、海圖、外部目標、船內人員、溫度、氣體、密封、舵槳、損管、發(fā)電設備、推進設備、其他用電設備的全面監(jiān)測。

1.1語音監(jiān)測

語音監(jiān)測主要針對重要艙室、VHF（甚高頻）通信和船上發(fā)布的命令。

1)重要艙室語音記錄：包括駕駛室、海圖室、集控室等，與航行情況相關的語音監(jiān)聽及記錄。

2)VHF通信記錄：船舶對外聯(lián)絡的 VHF語音，包括接收和傳送的音頻信號。

3)命令記錄：包括船長下達航行命令和電網設備使用命令的記錄，機電長發(fā)布的設備操作指令等等。

1.2圖像監(jiān)測

圖像監(jiān)測包含雷達、聲吶繪圖，最新的ECDIS（電子海圖顯示與信息系統(tǒng)）技術、船舶內外的視頻監(jiān)測，光電桅桿圖像。

1)雷達監(jiān)測：ARPA（自動雷達標繪儀）可以自動搜尋一定海域內船舶或海洋平臺，選擇對象后進行跟蹤，并將對象的位置、航向和航速以矢量形式顯示。

2)聲吶監(jiān)測：通過聲吶采集數(shù)據(jù)，獲得周邊水下目標的大小、方位，距離，速度等，以圖像形式展現(xiàn)附近水下目標的信息。

3)ECDIS：接收導航衛(wèi)星傳送附近的海圖信息，同時結合定位儀和里程記錄儀、各類探測儀，綜合反映出船舶的行駛狀態(tài)和附近海洋信息，用于保障船舶航行。

4)視頻監(jiān)測：對船舶內部重要艙室、舷梯、甲板的錄像監(jiān)測，重點部位的紅外熱掃描圖像；對船舶近距離水域視頻監(jiān)測圖像。

5)光電桅桿監(jiān)測：船舶上光電桅桿拍攝到的錄像通過計算機顯示屏實時播放，并保存。

1.3數(shù)據(jù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)監(jiān)測主要指以數(shù)字、簡短文字顯示的信息，如功率、開關狀態(tài)、設備名稱等等。通過各類傳感器和儀表測出的數(shù)據(jù)經過通信傳送和計算，最后在多臺計算機上顯示。

1)電力推進設備監(jiān)測：推進變壓器、變頻器、電機、螺旋槳、齒輪箱、聯(lián)軸器等設備的重要參數(shù)、運行狀態(tài)、指令響應和主要報警信號。

2)電站監(jiān)測：電壓/電流/功率等發(fā)電機參數(shù)，開關狀態(tài)，電網運行狀態(tài)，燃料供給情況。

3)航行監(jiān)測：目前時間，本船位置、航向、航速、吃水，所在位置的水流、水深、風速、風向、氣壓、氣溫等。

4)操舵監(jiān)測：操舵部位，操舵控制方式，操舵控制指令及響應，液壓故障、電源失電等主要報警信息

5)減搖鰭監(jiān)測：尾部控制，控制方式，控制指令及響應，重要報警信息。

6)潛浮監(jiān)測：浮力調整水量，通氣和通海等主要控制閥狀態(tài)及潛深信息。

7)均衡與懸停監(jiān)測：均衡水量，均衡控制指令，縱橫傾與浮力不均衡狀態(tài)信息，及主要控制閥狀態(tài)信息，懸停系統(tǒng)控制指令。

8)損管監(jiān)測：火災報警、艙室進水報警、防火門，水密門開關狀態(tài)，風機切斷及滅火劑施放，彈藥艙監(jiān)測報警（軍船）。

9)全船管道監(jiān)測：全船管路水壓、氣壓，蓄能器工作狀態(tài)，主要閥件狀態(tài)。

10)環(huán)境監(jiān)測：艙室氣壓、有害氣體報警

11)航行信號燈監(jiān)測：航行信號燈的通斷狀態(tài)和開關狀態(tài)。

12)AIS（船舶自動識別系統(tǒng)）：基岸設施發(fā)送的附近海域船舶、潛水器、海洋平臺的相關航行數(shù)據(jù)。

2　電力推進船舶航行監(jiān)測系統(tǒng)設計

航行監(jiān)測系統(tǒng)將為電力推進船舶的航行決策提供完善的數(shù)據(jù)支撐。整個系統(tǒng)由多臺計算機及各類探測設備組成，包括岸基遠程監(jiān)測臺，綜合航行監(jiān)測臺，電力推進監(jiān)測臺，電站電網監(jiān)測臺，大氣煙火密封門監(jiān)測臺，液氣溫度監(jiān)測臺，附近海域監(jiān)測臺，視頻監(jiān)測臺，航行數(shù)據(jù)庫服務器，導航雷達，陀螺羅經，拾音器，各類傳感器，攝像頭等等。

如圖1所示，航行監(jiān)測系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集，服務器，監(jiān)測臺三層架構。將通過信號接收臺、傳感器、攝像頭、拾音器、聲吶、雷達等設備收集到的信息傳入服務器。服務器中建立大型航行數(shù)據(jù)庫，服務器將所有的圖像、聲音、數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，同時根據(jù)相應需求轉發(fā)到各監(jiān)測臺進行處理顯示。該系統(tǒng)采用服務器，而不直接將采集到的信息發(fā)送到監(jiān)測臺的主要目的是為了方便信息的管理，將信息匯總儲存。同時采用冗余服務器，加強了整個監(jiān)測系統(tǒng)的信息安全。

岸基遠程監(jiān)測臺和綜合航行監(jiān)測臺主要顯示船舶航行的電子海圖，海況，本船航行情況，電力推進設備是否穩(wěn)定運行，電網情況，重要設備的故障報警。

電力推進監(jiān)測臺監(jiān)測推進變壓器，變頻器，電機，螺旋槳，操舵，減搖鰭等推進設備的各項運行指標，運行指令及響應情況，故障報警等等。

電站電網監(jiān)測臺監(jiān)測電站的啟停狀態(tài)，各發(fā)電機組的重要參數(shù)，電網總功率、電壓、電流，各設備的用電情況，電路的開斷狀態(tài)。

附近海域監(jiān)測臺包括外部靜態(tài)目標如島嶼、航標船、海洋平臺、冰川等，動態(tài)目標如其他船舶、魚群等。根據(jù)外部目標的位置、移動方向和速度等，為我船航行決策提供預判和依據(jù)。

大氣煙火水密監(jiān)測臺關注全船的空氣環(huán)境，消防和水密門開閉情況。顯示船體內部有害氣體，金屬顆粒，火災，密封艙故障等安全問題的報警。

液氣溫度監(jiān)測臺可查看全船管道壓力、流速、溫度，油箱、水箱的壓力、液位、容量、溫度，并提供相關報警。

視頻監(jiān)測臺顯示航行相關重要艙室、舷梯、甲板、船舶近距離水域的直播錄像。同時對重點部位進行紅外掃描，顯示紅外熱掃描圖像，確保航行相關重要艙室的安全。

圖1　航行監(jiān)測系統(tǒng)架構圖

3　結語

以各種數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析、網絡、通信技術為基礎的航行監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對船舶航行過程中所有相關信息的監(jiān)測，有利于加強對船舶航行設備的狀態(tài)評估，進行故障診斷，幫助航行決策[3]；有助于加強海上生命安全，提高船舶海上航行的穩(wěn)定性和安全性；有利于海洋環(huán)境的保護，避免各種海上可能發(fā)生的各種事故，并有利于事后原因的分析。同時方便相關單位對船舶航行的集中管理，提高船員工作效率，減少人力資源消耗。對于軍用船舶，更可以幫助判斷敵情，制定作戰(zhàn)方針，加強各船舶之間的作戰(zhàn)配合。本文對提高全電力推進船舶的航行安全性和穩(wěn)定性具有理論意義和實際參考價值。

[1] 孫建波，郭晨，張旭. 船舶機艙監(jiān)測和報警系統(tǒng)的設計與研究[J]. 系統(tǒng)仿真學報，2006，18(2): 851-856.

[2] 賈寶柱，任光. 王冬捷. 船舶機艙綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析及設計[J]. 大連海事大學學報，2003，29(1) 27-30.

[3] 阮譽婷. 電力推進船舶監(jiān)測與控制網絡[D]. 大連:大連海事大學，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

船舶動力基礎科研（MPRD）計劃，MPRD-IEP0304

劉夢覺（1989-），男，碩士，助理工程師。研究方向：船舶電力推進監(jiān)控系統(tǒng)設計。