適應(yīng)數(shù)字化航道運行模式的駕控集成研究

張云軍，鄒明雷，肖 云，田雪蓮，張 銘，倪 敏，吳志東

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適應(yīng)數(shù)字化航道運行模式的駕控集成研究

張云軍1，鄒明雷2，肖 云1，田雪蓮1，張 銘3，倪 敏4，吳志東5

（1. 長江南京航道局，南京 210011；2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223；3.長江上海航道處，上海，200010；4.長江南京航道處，南京 210011；5.武漢理工船舶股份有限公司，武漢 430070）

為適應(yīng)數(shù)字化航道運行模式，針對南京航道局船舶現(xiàn)存的問題，提出建設(shè)可靠異構(gòu)船舶信息網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化設(shè)計駕控布局及駕控設(shè)備集成的建議，期望對后續(xù)航道局船舶駕控集成提供幫助。

數(shù)字化航道 駕控布局 船舶信息網(wǎng)絡(luò) 駕駛設(shè)備集成

0 引言

隨著長江數(shù)字化智能航道系統(tǒng)的不斷發(fā)展，長江南京航道局監(jiān)管指揮中心已實現(xiàn)長江數(shù)字航道圖、航段視頻監(jiān)控、水位遙測及航標(biāo)管理等一系列功能，并與下屬各類船舶實時數(shù)據(jù)共享，極大地提高了水域航行的安全性。但由于傳感器和數(shù)字終端的新裝，以及歷年船舶部分系統(tǒng)持續(xù)升級引起的控制設(shè)備不斷增加，導(dǎo)致船舶駕控安裝的設(shè)備越來越多，給船舶操縱和設(shè)備管理帶來許多問題。因此，通過對南京航道局下屬幾款類型船舶的調(diào)查，經(jīng)綜合分析，提出了為適應(yīng)數(shù)字化航道運行模式下的船舶駕駛室控制集成化設(shè)計思路。

1 現(xiàn)狀分析

南京航道局下屬船舶以航標(biāo)船和測量船為主，其代表性船型為30米A型、B型航標(biāo)船。以30米A型為例，為適應(yīng)數(shù)字航道系統(tǒng)需求，駕控臺額外配置有專用AIS系統(tǒng)、專用長江電子江圖系統(tǒng)等設(shè)備，同時為加強(qiáng)航道局對下屬船舶的遠(yuǎn)程管理，30米A型上還裝設(shè)有綜合信息系統(tǒng)等小集成設(shè)備。這些新增系統(tǒng)和設(shè)備，在實船上存在著無處安裝、安裝位置不合理、設(shè)備重復(fù)等一系列問題，造成了當(dāng)下船舶駕駛存在著信息不易觀察、操作不便利等安全隱患。同時調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，早期安裝的通導(dǎo)及操控設(shè)備存在通訊接口封閉、顯控部件過多、尺寸過大等局限性問題。這些問題對于數(shù)據(jù)共享、操控布局的合理化都帶來了潛在的影響。

長江航道數(shù)字化系統(tǒng)的發(fā)展目的是實現(xiàn)流域航道、船舶綜合數(shù)據(jù)共享，以及基于數(shù)據(jù)的安全管理及輔助決策。對于船舶操控系統(tǒng)，需要具備相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集能力，能融入數(shù)字化航道管理系統(tǒng)，并能從數(shù)字化航道系統(tǒng)中獲益，提高管理和安全操控能力，同時也應(yīng)預(yù)留一定的發(fā)展空間和余量。通過對30米A型船的現(xiàn)狀及駕控臺各類系統(tǒng)功能的調(diào)查了解，對于航道公務(wù)船舶，為適應(yīng)長江航道數(shù)字化運行模式，至少需要從可靠異構(gòu)的船舶信息網(wǎng)絡(luò)、駕控臺布局設(shè)計及駕控設(shè)備集成三個方面進(jìn)行分析和解決。

2 船舶駕控集成的實現(xiàn)

2.1 可靠異構(gòu)的船舶信息網(wǎng)絡(luò)

在信息化和數(shù)字化升級的背景下，船舶操控系統(tǒng)均需接入航道局所屬的大數(shù)據(jù)平臺。而船上通導(dǎo)、監(jiān)控等設(shè)備因廠家層次、型號的不同，在數(shù)據(jù)通訊上存在著端口封閉及協(xié)議各異等問題。

例如：通導(dǎo)設(shè)備多遵循IEC61162廣播式協(xié)議，監(jiān)控設(shè)備多遵循Modbus-RTU協(xié)議及自由口協(xié)議等，因此首要解決的是不同協(xié)議、不同傳輸速率下的通訊匹配問題。同時船舶數(shù)據(jù)亦需無線傳輸至岸端，但航道局自建基站仍存在覆蓋盲區(qū)、信號丟失等問題。為此，需要建設(shè)一個基于以太網(wǎng)的船舶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（見圖1），既能實現(xiàn)異構(gòu)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，又能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持續(xù)傳輸，具體方法如下：對于通導(dǎo)設(shè)備，包括專用AIS及電子江圖，可配置具備數(shù)據(jù)存儲及透明協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的網(wǎng)絡(luò)匹配設(shè)備，例如研華的串口服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)的緩存和抽樣運算實現(xiàn)速率匹配并將數(shù)據(jù)傳至船網(wǎng)。對于船岸通訊，在航道局專網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可配置一套4G移動通訊鏈路作為補(bǔ)充，在完全無移動信號覆蓋的特殊航段，可設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通訊監(jiān)測及補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)功能，確保數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的完整性和可靠性。

2.2 駕控臺布局設(shè)計

在數(shù)字化航道背景下，航道局船舶因其工作性質(zhì)及信息化、數(shù)字化的要求，其配置的設(shè)備較多，在布局時因有限的操控空間與設(shè)備間的配合需求及設(shè)備的自身缺陷之間存在更為突出的矛盾，進(jìn)而對操船人員的勞動強(qiáng)度和船舶航行安全造成了較大的影響。在30米A型船駕控臺的布局上，因操控設(shè)備普遍尺寸較大，很難于兼顧操作的重要性和合理性，往往完成一套操作流程需要到不同的工作位置；另外臺面布局過滿，造成后期系統(tǒng)升級或新增時設(shè)備只能隨機(jī)安裝，導(dǎo)致觀察視線遮擋等一系列問題。為此，經(jīng)調(diào)研分析，提議設(shè)置三個固定操船位置，包括操船位、航行管理位及其他工作位，每一個工作位都能夠就近實現(xiàn)職能工作及操控流程，具體的工作位操控范圍參見圖2同操作人員水平操作范圍。

圖2 操作人員水平操作范圍

參見圖2，最大作業(yè)范圍可定義為手臂向外伸直，以肩關(guān)節(jié)為中心，手臂伸直，手掌半握，在臺面上運動所形成的軌跡。在這個范圍附近操作時，靜力負(fù)荷比較大，長時間操作容易引起疲勞，因此駕控臺面上元器件的分布橫向及縱向距離都應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

各操作站在建議范圍內(nèi)，按重要級順序以視線平視為中心布局觀察設(shè)備，以手臂自然彎曲位置為中心布局操作設(shè)備；整體提高操作人員與設(shè)備布局的匹配和契合度。

2.3 駕控設(shè)備集成

在數(shù)字化航道背景下，簡化船舶配置設(shè)備，降低操船人員工作強(qiáng)度，實現(xiàn)駕駛系統(tǒng)集成化已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一個趨勢。30米A型船的航區(qū)屬于內(nèi)河，按照CCS船規(guī)其配置可參見表1，CCS船舶駕控設(shè)備配置要求[1，2]。按船規(guī)的強(qiáng)制要求，各類操船設(shè)備及通導(dǎo)設(shè)備等必須保持獨立性；也源于此，當(dāng)前Kongsberg、古也、海蘭信等廠家在駕控集成上也僅能做到同一平臺下顯示設(shè)備的切換，還不能做到融合于一個設(shè)備的高度集成。當(dāng)下基于一個設(shè)備的操控和通航信息集成，無論從規(guī)范角度還是從設(shè)備制造角度都還不具備可行性，但基于額外系統(tǒng)的信息采集和融合是允許的，并且在航道系統(tǒng)的實船上已經(jīng)有得到部分的應(yīng)用。此外，對于駕控臺上非主重要設(shè)備，在與船檢單位達(dá)成共識的基礎(chǔ)上，可以結(jié)合定義的工作位職能，有限度地進(jìn)行物理集成。因此，針對數(shù)字化航道運行模式下的船舶集成化，其更為推薦的關(guān)注重點是通航、駕駛、動力、電力、視頻、港口、氣象等綜合信息的駕駛室集成。

3 結(jié)束語

南京航道局船舶在數(shù)字化航道系統(tǒng)建設(shè)下，存在著影響船舶操控的一系列問題。為解決這些問題，通過實船調(diào)查分析，提出了適應(yīng)不同設(shè)備通訊的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、駕控臺布局優(yōu)化及駕控設(shè)備有限度集成的方法，以適應(yīng)當(dāng)下數(shù)字化航道運行模式的需求，并預(yù)留擴(kuò)展余地，為下一步航道局新造船舶操控系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)支撐和建議。

[1] 中國船級社. 鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2016）[M].北京：中國船級社, 2016.

[2] 中華人民共和國海事局. 內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則[M]. 武漢：武漢規(guī)范所, 2011.

Research on Integrated Bridge Control for Digital Channel Operation Mode

Zhang Yunjun1, Zou Minglei2, Xiao Yun1, Tian Xuelian1, Zhang Ming3, Ni Min4, Wu Zhidong5

（1. Changjiang Nanjing Waterway Bureau, Nanjing 210011; 2.Wuhan Nanhua Industrial Engineering Co., Ltd, Wuhan 430223; 3. Changjiang Shanghai Waterway Department, Shanghai 200010; 4. Changjiang Nanjing Waterway Department, Nanjing 210011, China; 5.WUT Ship Co., Ltd, Wuhan 430070, China）

U657

A

1003-4862（2018）07-0062-03

2018-04-23

張云軍（1974-），男，高級工程師，研究方向：船舶建造、維修和技術(shù)管理工作。