航行管理系統(tǒng)集成體系框架研究

顏仁聰 郭兵 張越

摘要：隨著計算機技術(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）是一個涉及多個領(lǐng)域的高度綜合信息管理系統(tǒng)，如計劃領(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)，針對船舶的運動狀態(tài)進行全天候監(jiān)控，使導(dǎo)航方案的編制以及具體落地得到了進一步優(yōu)化。VMS是通過領(lǐng)先的計算機技術(shù)、導(dǎo)航原理以及圖形圖像處理技術(shù)高度集成之后，使各個工作站之間實現(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)是一個面向任務(wù)的管理系統(tǒng)。利用成熟的計算機技術(shù)和高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸手段，在以太網(wǎng)上共享信息，實現(xiàn)導(dǎo)航、避碰、狀態(tài)信息的綜合顯示，達到安全導(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，可提供移動目標信息、運動狀態(tài)信息、路由信息、數(shù)字圖表信息以及全面的報警信息，能全方位地體現(xiàn)船舶和海上其他物體、航行環(huán)境之間的相對運動關(guān)系的動態(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)會對船舶航行的安全性產(chǎn)生影響的運行控制信息、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、過濾平臺各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)的綜合信息，同時通過圖形化、系統(tǒng)化的形式呈現(xiàn)損傷管理信息、推進信息、報警信息以及動力信息。

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)的每個階段都采用了緊密耦合的軟件體系結(jié)構(gòu)。各工作臺運行多功能導(dǎo)航管理軟件，實現(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)點體現(xiàn)在兩個方面：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部件之間或以口頭報告的形式傳遞的局面。信息傳輸和顯示方便、準確，有利于實現(xiàn)一體化指揮控制。尤其能有效降低船長在海上航行時指揮員和操作人員的勞動強度。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，配備顯控設(shè)備的現(xiàn)象。在硬件標準化的前提下，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_發(fā)揮多元化的功能，提高工作空間的利用率，縮減司機室硬件設(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。

基于對程序的可維護性、可控性以及可測試性的思量，確定使用分層結(jié)構(gòu)對軟件系統(tǒng)進行設(shè)計。程序設(shè)計分為三層：基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層和UI層。此外，在程序的三個層之外還有一個公共數(shù)據(jù)庫，它存儲每一層可以調(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現(xiàn)，為業(yè)務(wù)層和UI層提供統(tǒng)一的對象服務(wù)。防止底層實現(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，此層對導(dǎo)航管理流程與底層業(yè)務(wù)處理邏輯進行封裝，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層是一個十分重要的用戶界面，界面內(nèi)有許多人機交互模塊，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)實際狀況與系統(tǒng)功能，航行管理系統(tǒng)研發(fā)了一個研發(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性化，支持定制，使軟件人機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、用戶界面顏色標準、系統(tǒng)通用功能等模塊。

2.3船岸信息同步原理設(shè)計

為了實現(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)制到岸上的管理機構(gòu)，從而實現(xiàn)船舶與岸上的信息傳輸。然而，在現(xiàn)有技術(shù)下，遠洋船舶和陸上碼頭并不總是相連的。從經(jīng)濟和可行性的角度來看，通過海事衛(wèi)星實現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步是最經(jīng)濟、安全、有效的方法。因為船岸連接時間并不長，所以實用性最強的是立足于郵件、將維通C站當成通道這一方式。一旦系統(tǒng)認為需要同步船岸數(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，機動性好”的特點。軟件具有應(yīng)急備份和多功能切換功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其他工作站可臨時切換到系統(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，可在操作者的范圍內(nèi)布置導(dǎo)航指揮控制設(shè)備，一人即可實現(xiàn)導(dǎo)航?jīng)Q策和導(dǎo)航控制。同時，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，實現(xiàn)一人操作一人監(jiān)督的互補運行模式。

3.2.操作實踐

引航員與機組之間的溝通應(yīng)注重技巧。例如，當導(dǎo)航計劃中的時間節(jié)點、速度等內(nèi)容需要用數(shù)字表示時，應(yīng)盡量使用數(shù)值范圍，避免使用準確的數(shù)值。按計劃？當白色時間為1400時，計劃速度為12 kn，可表示為“根據(jù)航行環(huán)境，速度保持在11-13 kn之間，靠泊時間約為1330-1430”。航行中，應(yīng)根據(jù)實際情況隨時修改預(yù)先編制的引航員計劃，并及時通知船舶，以便船長了解實時動態(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)鼓勵并愿意接收機組人員提出的挑戰(zhàn)。當機組成員對引航員的行為提出疑問或質(zhì)疑時，應(yīng)向機組解釋其操作意圖。如果當時的情況導(dǎo)致引航員沒有機會及時解釋機組提出的挑戰(zhàn)，他也應(yīng)該對機組的詢問表示關(guān)注，并在適當?shù)臅r候解釋機組先前提出的挑戰(zhàn)，以消除可能由個人失誤造成的災(zāi)難風(fēng)險。

3.3船舶動態(tài)報告

在港區(qū)及其外圍規(guī)定若干報告點，要求通過報告點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)中心報告船位和航行計劃以及船舶數(shù)據(jù)資料。系統(tǒng)中心對船舶動態(tài)報告進行匯總、標繪、分析，隨時核對、更新。用計算機對船舶動態(tài)進行這種跟蹤和分析，比人工作業(yè)可大大加強預(yù)見航道擁擠、及時采取預(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，船舶在運行過程中要逐漸建立起的航行管理系統(tǒng)集成框架;實現(xiàn)對船舶的動態(tài)監(jiān)控和船舶信息的綜合顯示，達到對船舶航行安全管理的目的。

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