小型LNG船通訊系統方案設計

王連佳，何金平，王炳軒，張 龍，徐漸晗

小型LNG船通訊系統方案設計

王連佳1，何金平1，王炳軒1，張 龍1，徐漸晗2

（1.中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300457. 2. 中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131）

按照LNG運輸船對自動化程度及安全性的要求，需提供LNG運輸船及船只之間、船與陸地之間的有線及無線的通訊系統。本文以小型LNG運輸船為應用目標，設計一套完整的自動化通訊系統，來滿足小型LNG運輸船的通訊需求。該方案提出的通訊系統能夠將工作指令準確、迅速的傳達，保證日常生產和安全航行，對船舶通訊系統詳細設計提供指導。

LNG船舶 通訊系統 方案設計

0 引言

船舶自動化程度及通訊技術對船舶正常航行有著非常重要的作用。目前，對船舶通訊的要求已不僅僅局限于局部的、單一的、獨立的監控和管理，而是對大范圍、多層次、集中式的系統提出了更高要求。本研究針對某小型LNG船，開展方案設計研究，實現該船-船和船-岸通訊功能，保證其日常生產與安全航行。

1 通訊系統構成

通訊系統實現船舶內部工作指令的傳達、船與船之間通訊、船與陸地之間通訊等功能，系統包含內部通訊系統、外部通訊系統、助航系統。通過有線和無線通訊保證船舶日常生產和安全航行。

2 內部通訊系統

2.1 自動電話系統

船上配備1套PABX程控交換系統，本系統將提供本船、岸站及全球范圍內電話通訊業務和相關業務。此系統由程控交換機（PABX），主配線架，各種類型電話終端，電話電纜和其它相關設備和材料組成。電話終端安放在工作和休息區域內，特殊區域安裝防水、防爆電話[1]。

PABX程控交換機將與衛星通訊系統相連，通過衛星鏈路完成與陸地之間的語音業務。PABX程控交換機將接入本船的廣播/告警系統，完成啟動電話廣播功能。

2.2 聲力電話系統

按照CCS有關規范要求，為LNG船提供內部通訊及應急聯絡服務的聲力電話系統。采用船用無源增音式聲力電話機，在無任何外部電源供給的情況，可作為船舶應急通訊聯絡設備使用[2]。

2.3 廣播系統

配備一套廣播系統，此系統在海洋石油領域有廣泛應用。此系統由廣播主機、控制話站、揚聲器、電纜和其它相關材料組成。采用A/B雙機系統：每個系統均可單獨控制100%的外圍設備。此冗余方式主要用于海洋石油領域；每個系統均配備100%的控制部件（控制板、放大器等）以控制100% 的外圍設備；通過DDSI雙系統接口確保控制話站同時連接到兩個子系統；兩個子系統完全隔離以保證在任何情況下至少有一套設備在工作。廣播系統功能設置如下表：

表1 廣播系統功能設置表

2.4 視頻監控系統

船上將建設1套高清CCTV視頻監控系統，該系統主要由：前端攝像機、硬盤錄像系統、控制終端系統、流媒體轉發系統及傳輸線纜等組成。

高清視頻監控系統作為安全生產重要的輔助手段，具有實時性、高速響應、高清晰、大范圍、穩定運行等幾個必要條件，此系統主要用于對船舶的主要工藝裝置區、主要電氣設備運行情況進行監視，以便及時發現險情或確認生產工藝狀態等；能夠實現對監視現場的高清晰和每個細節的監視、錄像，不僅可以監視現場發生的各種事件，現場的一些儀表信息、操作細節也能被很好的拍攝下來并記錄。

在中控室建立監控中心，安裝系統服務器主機，可實現對監控系統的全局管理。同時通過局域網，任意一臺PC通過安裝客戶端軟件均可作為分控端使用和操作監控系統。

LNG運輸船屬于危險品生產區域，具有很高的防爆要求，所以船上所安裝的電器設備必須具備EX II BT5以上的防爆標準（中控室內安裝的攝像機可采用非防爆機型）。

由于生產區全部為防爆區域，生產區安裝的所有攝像機均采用EX II CT6防爆等級的一體化防爆攝像儀。

2.5 通用報警

參照“CCS”及“SOLAS”有關規范安裝一套通用報警系統，用于通用緊急報警系統，以接入廣播系統，使報警信號通過廣播揚聲器覆蓋全船。警報板使用大規模集成電路及微處理技術，可產生多種報警信號[3]。

2.6 局域網系統

船上配備1套局域網系統，實現船舶內部網絡通訊，此局域網可以通過衛星通訊系統連接到內部網絡或互聯網。

船舶網絡使用衛星系統以太網接口作為船舶網關及上聯主干出口，以交換機作為主干交換設備，用戶終端計算機接入網絡交換機中。

3 外部通訊系統

3.1 無線電通訊系統

3.1.1 GMDSS無線組合臺

1）單邊帶系統

船上配備1套500 W中/短波單邊帶（MF/HF SSB）系統，此系統將作為衛星通訊系統的備份設備，確保LNG運輸船對基地及其他船舶的通訊暢通，不致因衛星設備或其他原因造成的通訊聯系中斷。系統包括MF/HF SSB收發信機單元、DSC終端單元、電源單元和天線單元組成。系統設備安裝位置為無線組合臺內部。

該系統將提供與GPS系統聯接接口。

2）衛星通訊C終端

Inmarsat-C終端是GMDSS（全球海上遇險和安全系統）中重要而且必須配備的設備。該系統是INMARSAT于1980年提供的一種存儲轉發雙向數據通訊系統，可以用于日常通訊，提供雙向電文、數據、E-mail、數據報告、單個尋呼、群呼、遙控遙測數據采集等服務[4]。

Inmarsat-C系統具有體積小、價格低、速度快、通訊費用低、運營時間長及全球覆蓋等特點，已廣泛用于海上通訊[5]。

3）無線組合臺(電臺框架)

船上配備一臺無線組合臺，主要適用于A3海區。它結合了MF/HF控制單元和Inmarsat-C終端，另外還有兩個鍵盤及打印機。

4）應急電源系統(DC24 V Power Supply)

配備電池充電器和直流24 V鎳鎘電池共一套，此系統具有電壓、電流檢測功能。作為GMDSS系統設備（VHF-FM， NAVTEX ， GPS， SSB等設備）備用供電。

3.1.2 VHF-FM無線電系統

DSS的相關要求，為了便于LNG運輸船與周圍的船只之間進行話音通訊，在LNG運輸船上配備1套VHF-FM海上無線電系統，該系統包括VHF發射器(內置DSC功能)、接收器、電源供應單元、天線及手持對講機(本質安全類型，密封防水)等。收發信機的電源單元將會自動地把交流220 V轉變為直流24 V。萬一主電源斷開，直流24 V電源塊至少能夠維持系統一個小時運作。

3.1.3 UHF-FM移動無線電系統

FM移動無線電系統要求用于在所有可操作性區域和所有LNG運輸船的外部區域，以基站或對講機的形式提供移動通訊信道。該系統主要包括超高頻中繼臺、超高天線以及一定數量的手持對講機。

FM移動無線電系統提供1套UHF-FM設備，安裝在LNG運輸船上。垂直安裝，有全向傳播的特點。室外天線安裝在高處，室內天線安裝在各層甲板，能夠在特定的環境下適合用作業的需求。

3.1.4 NAVTEX接收機

LNG運輸船配備一套NAVTEX 接收機，它可以自動接收海事安全信息。信息包括以下幾種：沿海導航，氣象警告，冰情報告，搜索和援救告警，預報信息，飛機領航信息，遠距離無線導航系統信息。

3.1.5 應急無線電示位標

船上配備1套緊急示位標（EPIRB）設備，符合GMDSS和IMO的要求。應急無線電示位標包括一個發射器，一個緊急電源，一根天線，一套安裝架和一套釋放裝置。該緊急示位標完全密封防水，能漂浮在水面工作。即使到達20米的水深處也不會受到任何損害。在船舶遇險時，通過人工激活，緊急示位標會在5秒鐘之內開始運行，如果是自由漂浮類型的話，能夠在水面漂浮時自動進入工作模式。

3.1.6 雷達應答器

船上配備一定數量的雷達應答器（SART），分別安裝在救生艇上。雷達應答器的工作頻率在9 GHz，通過詢問任意的海上和天空雷達的9 GHz頻段來產生一系列的響應信號。

3.1.7應急雙向對講系統

出于應急求救的目的，在LNG船需配備1套應急雙向對講機系統。整個系統配包括一定數量的對講機以及配套的充電座（每個救生艇配備1個對講機）。該設備用于救生艇之間，救生艇和主船之間通訊，符合GMDSS及SOLAS的要求。該對講機能夠設置工作在VHF-FM的16頻道或者其它頻道。發射器的RF輸出功率位1～5瓦。該對講機自身含有電源，有一充電電池和一鋰電池，確保在發射和接收比為1：9的基礎上，能夠維持正常的工作8小時以上，并且提供充電座。

3.1.8 衛通F站

一套Inmarsat－F站系統將配備在LNG運輸船上，該系統已經是GMDSS的標準配置設備，主要提供PSTN移動電話、傳真、數據傳輸等基本業務。

3.1.9 衛星電視接收系統

船上配備1套衛星電視接收系統，實現船舶在停泊及航行過程中收看衛星電視節目，使船員及時了解外界信息，豐富船員的文化生活。該系統主要包括1套自動跟蹤衛星電視接收天線、一定數量的衛星電視接收機等。建設的移動衛星電視接收系統，接收同步軌道衛星中星6B 20套電視信號。

3.1.10 KU波段衛星通訊系統

為了解決LNG運輸船在海上作業期間電話、網絡以及數據回傳到陸地網絡，為LNG運輸船架設一套KU波段動中通衛星通訊系統，最大帶寬可達2Mbps，使船舶在作業和航行期間保持不間斷的數據通訊，以實現電話、網絡、傳真目的。

海上船載站選用KU波段動中通天線。LNG運輸船上的衛星天線系統首先根據自身船位信息計算出對準衛星所需的方位角及仰角信息。天線控制系統會根據相關信息鎖定并穩定跟蹤該衛星。衛星Modem進行調制解調并通過該設備集成的網絡交換功能引出網絡功能。話音及傳真采用VOIP設備接出中繼，該設備與衛星Modem連接，通過網絡數據的形式進行傳輸。

3.1.11氣象站系統

在LNG運輸船配備1套氣象站系統，該系統主要提供實時的風向、風速、溫度、濕度和氣壓信息。為船舶的生產提供必要的氣象服務。該系統的組成包括：中心處理單元，風向風速傳感器，溫度濕度傳感器，氣壓傳感器，顯示單元，風向風速顯示單元，顯示軟件。

4 助航系統

4.1 船舶自動識別系統（AIS）

AIS（Automatic Identification System）全稱自動識別系統，是近幾年以來國際海事組織（IMO）、國際航標協會（IALA）、國際電信聯盟（ITU）共同研究選擇的船舶必須安裝的設備之一[6]。國際海事組織最新通過的海上人命安全公約有關修正案中的要求，所有300總噸及以上的國際航行船舶，和500總噸及以上的非國際航行船舶，以及所有客船，應按要求配備一臺自動識別系統（AIS）[7]。

配備1套AIS系統，包括AIS主機，GPS天線、VHF天線、工控機，專用軟件（電子海圖）等。船舶自動識別系統（AIS）能夠集航行信息采集處理、無線電數據傳輸、電子海圖信息系統于一體，配合全球定位系統（GPS）將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動態結合船名、呼號、吃水及危險貨物等船舶靜態資料由甚高頻（VHF）頻道向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近海面所有船舶的動靜態資訊，得以立刻互相通話協調，采取必要避讓行動，對船舶安全有很大幫助。

4.2 通導預警終端系統

配備一套通導預警終端系統，接入AIS系統，以電子海圖為基礎，對特殊區域內海底管線及船舶進行實時監控；可通過船舶位置數據信息，預警區域及電子海圖等實現平臺與船舶、船舶與管線之間避碰。

4.3 霧笛系統

配備一套霧迪系統，該系統滿足SOLAS 1960和SOLAS 1974規則要求，滿足IMO 1972 要求。具體技術參數如下：

霧笛系統技術參數表

技術參數參數要求 電源AC220 V 霧笛控制方式自動、手動、電動 聲級（1m）至少138 dB 氣源壓力0.6～1.0Mpa 可聽距離至少1.5海里

4.4 船載航行數據記錄儀（VDR）

配備一套船載航行數據記錄儀VDR系統，該系統不僅可以保存用于事故原因分析的船舶位置、速度、狀況、主機動作、操作手段等船舶航行信息。還可以記錄雷達數據、駕駛臺聲音、通訊聲音、火災報警、GPS、計程儀、風速風向等信息[8]，為海事調查和仲裁提供了科學的法律依據。該系統符合國際海事組織（IMO）A.861(20)決議性能標準，同時滿足IEC61996、IEC60945和IEC61162等多項國際標準的要求，獲得中國船級社（CCS）型式認可證書。

5 結語

本文是對小型LNG運輸船通訊系統的設計分析，區別于以往船舶通訊系統局部的、單一的、獨立的監控和管理，本文通過船舶內部通訊系統、外部通訊系統、助航系統的設計探索，設計一套完善的小型LNG運輸船舶通訊系統，以滿足LNG船舶對自動化和安全性的較高要求。方案提出的通訊系統能夠將工作指令準確、迅速的傳達，保證日常生產和安全航行。該通訊系統研究成果可運用到實際建造中，同時對后續船舶建造具有很好的借鑒意義。

[1] 船舶通訊導航技術介紹[A]. 中國造船工程學會. 2011船舶電氣及通訊導航技術發展論壇論文集[C]. 中國造船工程學會: 中國造船工程學會, 2011: 5.

[2] 中國船級社. 鋼質海船入級規范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[3] 中國船級社. 氣體燃料動力船檢驗指南[S]. 2010.

[4] IEC 61097-4-2012, 全球海上遇險和救助系統(GMDSS). 第4部分: INMARSAT-C船載地面站和INMARSAT增強群呼叫(EGC)設備. 操作和性能要求、測試方法和要求的試驗結果[S]. 2012.

[5] 康紅霞, 李興林. INMARSAT-C全球移動目標監控管理系統[J]. 信息系統工程, 1999(06):40.

[6] 宋志凱. 船舶AIS關機監測系統在內河水域的應用[A]. 中國航海學會內河海事專業委員會. 2020年海事管理學術年會優秀論文集[C]. 中國航海學會內河海事專業委員會, 2020: 4.

[7] 王振洲, 王宇, 蔣慶朝. AIS在漁船上的應用與展望[J]. 數字通信世界, 2019(01): 157-158+49.

[8] 陳峰, 高麗浚, 于智勇. VDR新規解析及應用[J]. 廣東造船, 2018, 37(03): 89-91+88.

Scheme Design of Communication System for Small LNG Carrier

Wang Lianjia1, He Jinping1, Wang Bingxuan1, Zhang Long1, Xu Jianhan2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China. 2. CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co., Ltd. Tianjin 300131, China）

U653

A

1003-4862（2021）11-0061-04

2021-04-21

王連佳（1988-），男，工程碩士，工程師。研究方向：船舶機電設備管理。E-mail: wanglj60@cnooc.com.cn