航行管理系統(tǒng)集成體系框架研究

顏仁聰 郭兵 張?jiān)?/p>

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)造船業(yè)也逐漸走向信息化、數(shù)字化。航行管理系統(tǒng)軟件布置在駕駛室內(nèi)，對(duì)船舶的安全航行起著至關(guān)重要的作用。本文介紹了航行管理系統(tǒng)軟件的集成體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，并描述了其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電子海圖;駕駛信息;船舶狀態(tài);信息集成;數(shù)據(jù)共享

1前言

航行管理系統(tǒng)（VMS）是一個(gè)涉及多個(gè)領(lǐng)域的高度綜合信息管理系統(tǒng)，如計(jì)劃領(lǐng)域、導(dǎo)航領(lǐng)域以及監(jiān)控領(lǐng)域等。以導(dǎo)航任務(wù)為依據(jù)，針對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行全天候監(jiān)控，使導(dǎo)航方案的編制以及具體落地得到了進(jìn)一步優(yōu)化。VMS是通過領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航原理以及圖形圖像處理技術(shù)高度集成之后，使各個(gè)工作站之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與信息集成，逐步建立起的統(tǒng)一化的自動(dòng)導(dǎo)航管理系統(tǒng)。

2航行管理系統(tǒng)體系框架

導(dǎo)航管理系統(tǒng)是一個(gè)面向任務(wù)的管理系統(tǒng)。利用成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸手段，在以太網(wǎng)上共享信息，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、避碰、狀態(tài)信息的綜合顯示，達(dá)到安全導(dǎo)航的目的。

2.1職能

航行管理系統(tǒng)是由導(dǎo)航信息、電子海圖與船舶狀態(tài)這三大模塊構(gòu)成的，下文將具體介紹這些模塊的功能：

2.1.1電子海圖

電子海圖系統(tǒng)是防止船舶碰撞的前提條件，可提供移動(dòng)目標(biāo)信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息、路由信息、數(shù)字圖表信息以及全面的報(bào)警信息，能全方位地體現(xiàn)船舶和海上其他物體、航行環(huán)境之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的動(dòng)態(tài)發(fā)展情況。

2.1.2駕駛信息

駕駛信息Conning是通過文字、儀器以及圖形的形式具體呈現(xiàn)會(huì)對(duì)船舶航行的安全性產(chǎn)生影響的運(yùn)行控制信息、綜合導(dǎo)航信息以及氣象信息，讓航行指揮員可以系統(tǒng)、便捷、直觀地了解并掌握駕駛情況。

2.1.3船舶狀態(tài)

船舶狀態(tài)支持劃分、管理、過濾平臺(tái)各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)的綜合信息，同時(shí)通過圖形化、系統(tǒng)化的形式呈現(xiàn)損傷管理信息、推進(jìn)信息、報(bào)警信息以及動(dòng)力信息。

2.2軟件架構(gòu)

基于信息集成和數(shù)據(jù)共享的原理，設(shè)計(jì)了導(dǎo)航管理系統(tǒng)軟件。為了提高可靠性和靈活性，導(dǎo)航管理系統(tǒng)的每個(gè)階段都采用了緊密耦合的軟件體系結(jié)構(gòu)。各工作臺(tái)運(yùn)行多功能導(dǎo)航管理軟件，實(shí)現(xiàn)電子海圖、導(dǎo)航信息、船舶狀態(tài)切換和顯示。

此體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：① 高度信息共享。所有操作部件都能獲得導(dǎo)航指揮和駕駛控制所需的信息，改變了以往信息獲取依賴于指揮員穿梭于各個(gè)部件之間或以口頭報(bào)告的形式傳遞的局面。信息傳輸和顯示方便、準(zhǔn)確，有利于實(shí)現(xiàn)一體化指揮控制。尤其能有效降低船長在海上航行時(shí)指揮員和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。② 高度集成的功能。它改變了以往在船舶控制中需要增加一種信息或功能時(shí)，配備顯控設(shè)備的現(xiàn)象。在硬件標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，系統(tǒng)集成從簡單的硬件集成轉(zhuǎn)變?yōu)槿娴能浖桑⒆阌谟邢薜墓ぷ髋_(tái)發(fā)揮多元化的功能，提高工作空間的利用率，縮減司機(jī)室硬件設(shè)備的用量，營造優(yōu)質(zhì)的駕駛控制環(huán)境。此外，選取層次化的方法設(shè)計(jì)航行管理軟件，將該軟件分成核心層、基礎(chǔ)層與應(yīng)用層。

基于對(duì)程序的可維護(hù)性、可控性以及可測試性的思量，確定使用分層結(jié)構(gòu)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)分為三層：基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層和UI層。此外，在程序的三個(gè)層之外還有一個(gè)公共數(shù)據(jù)庫，它存儲(chǔ)每一層可以調(diào)用的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和公共函數(shù)。

2.2.1基層

API層包括數(shù)據(jù)庫接口、圖形接口、網(wǎng)絡(luò)接口和信息共享池。該層封裝并屏蔽底層的具體實(shí)現(xiàn)，為業(yè)務(wù)層和UI層提供統(tǒng)一的對(duì)象服務(wù)。防止底層實(shí)現(xiàn)中的更改影響核心業(yè)務(wù)層和UI層。

2.2.2業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層內(nèi)有駕駛信息顯示業(yè)務(wù)邏輯、通用業(yè)務(wù)邏輯、船舶狀態(tài)監(jiān)控業(yè)務(wù)邏輯以及電子海圖業(yè)務(wù)邏輯等諸多模塊，此層對(duì)導(dǎo)航管理流程與底層業(yè)務(wù)處理邏輯進(jìn)行封裝，賦予UI層以統(tǒng)一的功能接口，如數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示等功能邏輯。

2.2.3用戶界面層

在軟件系統(tǒng)內(nèi)，UI層是一個(gè)十分重要的用戶界面，界面內(nèi)有許多人機(jī)交互模塊，如駕駛信息顯示界面、控制庫、船舶狀態(tài)監(jiān)控界面以及人機(jī)交互等。在用戶界面內(nèi)，控件庫居于核心位置。結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際狀況與系統(tǒng)功能，航行管理系統(tǒng)研發(fā)了一個(gè)研發(fā)效率較高的系統(tǒng)控制庫。此控制庫可有效保證用戶界面的個(gè)性化，支持定制，使軟件人機(jī)界面的用戶友好性得到有效提高。

2.2.4公共層

公共功能部分不屬于系統(tǒng)的任何層，是系統(tǒng)的公共功能部分，可以被系統(tǒng)程序的任何模塊調(diào)用。該部分包括系統(tǒng)全局變量、系統(tǒng)通用結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)通用算法功能、用戶界面顏色標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)通用功能等模塊。

2.3船岸信息同步原理設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)船岸信息的同步，首先要考慮分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。每艘船都有自己的數(shù)據(jù)中心和岸上的中央數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。通過該技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)酱埃⑼ㄟ^Internet將數(shù)據(jù)復(fù)制到岸上的管理機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)船舶與岸上的信息傳輸。然而，在現(xiàn)有技術(shù)下，遠(yuǎn)洋船舶和陸上碼頭并不總是相連的。從經(jīng)濟(jì)和可行性的角度來看，通過海事衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步是最經(jīng)濟(jì)、安全、有效的方法。因?yàn)榇哆B接時(shí)間并不長，所以實(shí)用性最強(qiáng)的是立足于郵件、將維通C站當(dāng)成通道這一方式。一旦系統(tǒng)認(rèn)為需要同步船岸數(shù)據(jù)，其將先建立內(nèi)有數(shù)據(jù)文件的一個(gè)新電子郵件，緊接著與衛(wèi)星通信站C相連，并向目的地發(fā)送電子郵件。

3應(yīng)用情況

駕駛臺(tái)上設(shè)置了導(dǎo)航管理軟件。與傳統(tǒng)船舶相比，它具有“集成度高，機(jī)動(dòng)性好”的特點(diǎn)。軟件具有應(yīng)急備份和多功能切換功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其他工作站可臨時(shí)切換到系統(tǒng)界面接管工作，確保船舶安全。

3.1“緊湊”布局

在布置小型船舶時(shí)，可在操作者的范圍內(nèi)布置導(dǎo)航指揮控制設(shè)備，一人即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航?jīng)Q策和導(dǎo)航控制。同時(shí)，為最大限度地減少人為失誤的可能性，設(shè)置導(dǎo)航員和副導(dǎo)航員模式，實(shí)現(xiàn)一人操作一人監(jiān)督的互補(bǔ)運(yùn)行模式。

3.2.操作實(shí)踐

引航員與機(jī)組之間的溝通應(yīng)注重技巧。例如，當(dāng)導(dǎo)航計(jì)劃中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、速度等內(nèi)容需要用數(shù)字表示時(shí)，應(yīng)盡量使用數(shù)值范圍，避免使用準(zhǔn)確的數(shù)值。按計(jì)劃？當(dāng)白色時(shí)間為1400時(shí)，計(jì)劃速度為12 kn，可表示為“根據(jù)航行環(huán)境，速度保持在11-13 kn之間，靠泊時(shí)間約為1330-1430”。航行中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)修改預(yù)先編制的引航員計(jì)劃，并及時(shí)通知船舶，以便船長了解實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，避免因?qū)ΜF(xiàn)狀缺乏了解而造成不必要的懷疑和猜測，有利于相互合作與配合。引航員應(yīng)鼓勵(lì)并愿意接收機(jī)組人員提出的挑戰(zhàn)。當(dāng)機(jī)組成員對(duì)引航員的行為提出疑問或質(zhì)疑時(shí)，應(yīng)向機(jī)組解釋其操作意圖。如果當(dāng)時(shí)的情況導(dǎo)致引航員沒有機(jī)會(huì)及時(shí)解釋機(jī)組提出的挑戰(zhàn)，他也應(yīng)該對(duì)機(jī)組的詢問表示關(guān)注，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候解釋機(jī)組先前提出的挑戰(zhàn)，以消除可能由個(gè)人失誤造成的災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)。

3.3船舶動(dòng)態(tài)報(bào)告

在港區(qū)及其外圍規(guī)定若干報(bào)告點(diǎn)，要求通過報(bào)告點(diǎn)的船舶用甚高頻或特高頻無線電話按規(guī)定程序和格式向系統(tǒng)中心報(bào)告船位和航行計(jì)劃以及船舶數(shù)據(jù)資料。系統(tǒng)中心對(duì)船舶動(dòng)態(tài)報(bào)告進(jìn)行匯總、標(biāo)繪、分析，隨時(shí)核對(duì)、更新。用計(jì)算機(jī)對(duì)船舶動(dòng)態(tài)進(jìn)行這種跟蹤和分析，比人工作業(yè)可大大加強(qiáng)預(yù)見航道擁擠、及時(shí)采取預(yù)防措施和及早發(fā)出警告的能力。

總結(jié)

隨著水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，船舶交通量不斷增加，為使船舶能順暢通航于有限水域或擁擠水域，船舶在運(yùn)行過程中要逐漸建立起的航行管理系統(tǒng)集成框架;實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和船舶信息的綜合顯示，達(dá)到對(duì)船舶航行安全管理的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]現(xiàn)代船舶管理存在的問題及完善策略研究[J]. 朱治. ?時(shí)代金融. 2018（15）：132-133.

[2]隋國友，韓延勝.淺析橋區(qū)通航問題及安全保障措施[J].中國水運(yùn)，理論版，2006（8）：18-19.

[3]韓曉寧，張由余，王君. ?智慧船舶交通管理系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用[J]. 指揮信息系統(tǒng)與技術(shù). 2019（04）：31-33.