基于新航海技術的船舶避碰自動化探討

劉茂盛+張靖

摘 要：文章以基于新航海技術的船舶避碰自動化探討為題展開論述。首先，在概述環節中，介紹了航海自動化系統的基本構成與功能。然后，分析了在航海自動化中，船舶避碰自動化的現狀，以及存在的問題。在此基礎上，結合多年的相關經驗，探討了新航海技術在船舶自動避碰中的具體應用。希望可以解決在船舶避碰中存在的問題，不斷提高船舶避碰自動化的水平，滿足我國航海事業的快速、穩定，以及可持續發展。

關鍵詞：新航海技術；船舶；避碰；自動化；分析

近年來，我國航海事業取得了較快的發展。然而，受到各種因素的影響，船舶碰撞事件屢屢發生，造成了重大的傷亡，損失慘重。除此之外，也使海洋污染的程度加重。相關調查顯示，人為因素是造成船舶碰撞事件的主要原因。包括：沒有對船位進行準確校核，航路安排航線設計不合理，值班人員責任缺失等。然而，要徹底規避人為因素，顯然是不現實的。因此，在未來的航海中，必須實現船舶避碰的自動化。那么，航海自動化系統的功能是什么呢？下面在概述部分中詳細論述。

1 概述

當前，在計算機、海洋科技、航空航天等高新技術的支持下，快速推進了船舶自動化的應用進程。船舶自動化系統由三個部分組成，分別是航海自動化系統、機艙自動化系統和船體自動化系統。其中，最關鍵的部分是航海自動化系統。

1.1 航海自動化系統的構成與功能

根據不同的功能，在航海自動化系統下，又分成多個控制系統。包括：最佳航線編制系統、航向自動控制系統、自動定位系統、自動避碰系統和綜合航行管理系統等。具體來講，在最佳航線編制系統中，主要是為了滿足運輸任務、環境條件和船舶情況等，進而制定出的最佳航線，該航線在安全性、可靠性方面的要求很高。在此基礎上，更加準確的把握船位、航向、航速、風向、風速、航程及其它參考輸入量等。在航向自動控制系統中，是對整個船舶的航行動態進行監控，使船舶能按照預定的航向來航行，并且實現自動操舵轉向。在定位系統中，可以快速、實時和準確的獲得船位。在避碰系統中，是基于船舶在航行中獲取的它船動態信息，分析可能出現的碰撞、觸礁或擱淺的風險和事件，做出的防范措施。在綜合航行管理系統中，通過對每個子系統信息的分析、判斷，實驗，結合通訊和保安信息進而制定出最合理、科學的航行方案，避開航海危險物，保證船舶運行的安全性、經濟性。同時，將決策信息及時輸送到操船機構，以便中央系統采取決策，并顯示相關信息，給船舶駕駛人員提供重要參考。

1.2 航海自動化研究現狀

航海自動化發展以來，在自動化運行中，取得了很大成績。特別是對智能化船舶進行深入研究后，誕生了集成駕駛臺的船舶。比如，德國某公司就引入了集成駕駛臺，具有很大的優勢。該集成駕駛臺的型號為：NACOS55-2。具體來講，應用此集成駕駛臺后，可以在終端輸入航線，然后根據羅經、GPS、航向、航速和水深等數據，按照預先制定的計劃航行。在航行的過程中，很自然會遇到來船。此時，系統根據自動雷達標繪儀，能夠獲取來船的運動要素，判斷有無危險，并發出警報。在這種情況下，駕駛員就可以及時采取避碰措施。如果船舶在航行中，與實際計劃的航線偏移過大，系統也會自動發出警報，提醒駕駛員采取相應措施駛回原航線。除此之外，在顯示器上可以顯示航行中的所有信息，只要采用檢索的方式，就可以根據實際需求，在數據庫中獲得相關信息。根據上面的分析，可以得出下面的結論，在系統中輸入計劃航線后，滿足安全水域的正常航行要求，則使用集成駕駛臺能夠實現自動駕駛。但是，在受限水域中，本船遇到來船或者危險物后，即便系統也能發出警報，然而整個決策提出、執行的過程均由駕駛員來完成。在這種情況下，出于航海自動化基本功能的考慮，保證計劃航線不變，避碰系統的不安全自動化就是影響航海安全的最大因素。

1.3 影響船舶避碰的主要因素

研究表明，大部分船舶避碰、觸礁事件主要是人為因素導致的。針對人為因素，可以采用兩個辦法來解決。第一，加強對海員技術、知識的培訓，增強海員的責任心，提高海員的業務能力以及綜合素養。第二，增強船舶的自動化程度，實現船舶避碰的自動化。當前，隨著社會、經濟的快速發展，海員休息制度更加人性化，海員不長期在船從事航海，而是定期上船工作已經成為一種事實。與其他行業相比，航海職業非常艱苦，工作環境復雜，導致海員流動性大。其次，對航海院校的生源進行觀察發現，對于經濟條件比較好的部分學生，其很少愿意從事航海事業。另外，從學生的思想上來看，也很少有學生愿意終身從事航海事業。在這種情況下，導致航海駕駛員普遍年齡小，缺乏航海經驗，技術能力不高等現象，不利于實現船舶的安全駕駛。針對以上問題，必須加強船舶避碰系統的自動化檢查，減輕船舶駕駛臺工作人員的值班負擔。所以，在新的發展形勢下，要解決人為因素的缺陷，必須要提高航海自動化的水平。只有這樣，才能更加確保海上航行的安全性，避免發生意外事故，造成重大的人員傷亡、經濟損失以及海洋污染。

2 船舶避碰自動化研究現狀與存在的問題

2.1 船舶避碰自動化現狀

船舶自動避碰指的是：系統自動采集水上、水下標的物，并對其進行處理，生成決策信息，以及決策的實施等。其中，基于對航海自動化子系統的考慮，可以利用操船系統來完成決策的自動化實施。近年來，航海相關人員基于安全水域船舶的避碰，做了大量研究工作。比如：對避碰信息的量化處理、決策的自動生成等。在避碰信息量化中，又涉及到多個評價指標，比如目標船的運動要素、船舶碰撞危險度等。針對避碰決策的自動生成，可以采用多種辦法，包括模糊數學法、專家智能技術、神經網絡法等來實現。相關研究表明，在船舶碰撞、擱淺或觸礁事件中，最主要的原因就是人為因素導致的。如果所有值班駕駛員都能夠認真遵守國際國內相關的避碰安全制度，嚴格按照規范操作，就不會發生船舶碰撞、觸礁或觸礁等等的船舶安全事件。但是，在前面的論述中，已經提到人為因素是不能從根本上避免的，所以，針對以上問題，還要依靠于技術。

2.2 船舶避碰自動化存在的問題

通過以上分析，基于航行水域船舶自動避碰的問題，大部分已經得到了解決。然而，還需要在性能上進一步完善。但是，受到水面水下物標信息探測可靠性的影響，導致在受限水域自動避碰決策中，依然存在很多問題。長期以來，在獲取水面水下物標信息時，主要依靠導航雷達的掃描探測。但是，導航雷達自身有一定的局限性，對物標信息的可靠性產生了負面影響，甚至阻礙了船舶自動避碰進程的研究。在二十世紀八十年代，誕生了水中雷達，用來探測水下物標的信息。但是，該探測技術受到距離的影響，到后來沒有得到廣泛的應用。

3 新航海技術在船舶避碰自動化中的應用

隨著科技的快速發展，在航海領域中應用了更多的新技術，比如GPS/DGPS技術、GMDSS（全球海上遇險與安全系統）等。此后，又出現了船舶自動識別系統AIS和電子海圖顯示與信息系統ECDIS。作為新的航海技術，在應用的過程中，發揮了哪些作用呢？下面進行詳細的論述。

3.1 AIS在船舶自動避碰中的作用

長期以來，通過對船舶航行安全性的研究，充分體現了船舶與船舶、船舶與陸岸在通訊中交換信息時的重要性。另外，部分通信導航存在的局限性也日益呈現出來，不利于船舶的自動避碰。針對上述問題，誕生了AIS技術。該技術具有多重優勢，包括信息量大、抗天氣影響、近距離目標顯示，繞越障礙傳輸等。盡管如此，AIS技術也存在一定缺陷。比如，在應用的過程中，需要承載額外的信息，導致信息過載。在這種情況下，很可能會發出錯誤的信息，或者亂碼的信息。這些信息沒有專門的校驗方法，只能依靠駕駛員的識別、判斷。如果駕駛員經驗不足，就會出現錯誤的判斷，產生很大的負面影響。針對上面的分析，可以看出AIS既有優點，也有缺點。其優點在于，很好的彌補了雷達獲取航海目標船信息不足的缺陷。總的來講，AIS作為一種傳感器，應用于自動避碰系統當中，能夠使信息量更豐富，是雷達信息的輔助信息源。除此之外，AIS在應用的過程中，可以將本船上的意圖以短信息方式發送到目標船上，并將本船動態和相關參數同步發送出去，包括避讓的時機、幅度、恢復時機等。這樣，只要來船上安裝了AIS后，就可以接收和識別本船的操船意圖，進而采取有效的調配行動，保證船舶之間的安全避讓并安全通過。可以看出，AIS在船舶避碰中發揮了重要的作用。首先，增強了目標來船的信息量，使避碰信息更加科學化、合理化。其次，在船舶自動化避碰中，成為有效的通信設備，便于進行信息的傳遞與交流。

經過多年的研究，針對航行水域船舶避碰的問題，已經得出了有效的解決辦法。在此基礎上，推動了船舶自動避碰系統的發展。近年來，專家將受限水域的自動避碰作為重點來研究，并取得了很大的進展。

3.2 海圖信息數字化在船舶自動避碰中的作用

在受限水域自動避碰中，主要存在兩個問題。第一，獲取靜態信息。第二，靜態信息與動態信息的結合。早在二十世紀八十年代，行業中已經采用了海上暗礁探測聲納法，來探測水下危險物標，并獲取相關的靜態信息。然而，應用上述方法時，受到探測距離的限制。因此，還需要采用其他輔助技術的支持，才能完成探測的任務。后來，隨著科技的快速發展，在二十世紀九十年代誕生了紙質海圖信息數字化技術，即電子海圖技術。電子海圖技術應用后，加強了信息系統、聲納探測系統的有效結合。

4 結束語

隨著海上事業的快速發展，給海上航行的安全性提出了更高的要求。在此基礎上，也加快了海洋自動化的研究，并取得了很大的成績。然而，在實際開發的過程中，受到各種因素的影響，依然存在部分船舶自動化問題，沒有得到解決。近年來，海洋船舶避碰自動化已經引起了社會各界的廣泛關注。在科學技術的支持下，新技術越來越多的應用到了船舶避碰自動化研究中，保證了船舶航行的安全性、可靠性。最后，在未來的發展中，相關人員還要不斷加大研究的力度，促進技術的更新換代，提升航海船舶避碰設備自動化的水平。只有這樣，才能滿足航海事業的快速、穩定發展。

參考文獻

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