探討根據信息集成預處理的船舶綜合艦橋系統

羅毅

摘要：艦橋在船舶中擔負著指揮樞紐的地位，是航行安全的一線保障。在航海事業發展初期，艦橋采用的是單獨工作的模式，船舶整體信息集成度不高，信息處理能力較為有限。隨著自動化機械的普及、航海理論的深化，以自動航行為特征的綜合艦橋系統應運而生，有效提升了船舶管理效率，保障了航行安全。本文從三個關鍵方面對艦橋系統信息集成處理進行了設計思路探究，并提出了相應的優化路徑。

Abstract： The bridge bears the position of command hub in ships and is the front-line guarantee of navigation safety.In the early stage of the development of navigation， the bridge adopts the separate work mode， the overall information integration degree of the ship is not high， and the information processing capacity is relatively limited.With the popularization of automatic machinery and the deepening of navigation theory， the comprehensive bridge system characterized by automatic navigation emerged at the historic moment， which effectively improved the efficiency of ship management and ensured the navigation safety.This paper explores the design idea of information integration of ship bridge system from three key aspects and proposes the corresponding optimization path.

關鍵詞：信息集成;綜合艦橋系統;電子海圖;CAN總線

Key words： information integration;integrated bridge system;electronic chart;CAN bus

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0237-02

0? 引言

航海業是我國國民產業的重要成分，除運輸航海、漁業航海外，還有以軍事、科考等為目標的航海，發展航海事業是我國擴大經濟交流范圍，提升國防安全實力的重要渠道。然而，舊有模式中由于科技手段的限制，船舶對海洋坐標、航行狀態等信息的收集處理過于分散，集成處理能力較差，在一定程度上增加了航行風險，亟需尋找新型的集成化信息處理模式。

1? 綜合艦橋系統結構概述

綜合艦橋系統IBS是為改善傳統模式中駕駛、指揮單獨運作，信息處理能力受限等狀況而研發出來的，從20世紀70年代誕生至今，它與自動化技術的融合度愈發緊密，當前已經成為了集電子導航、駕駛控制、信息交換等功能為一體的綜合性系統，在現代互聯網技術的支撐下，面對突發事件響應速度極快，控制性能優良，為航行安全提供了有力保障。挪威是該技術的第一發源地，研發之初系統較為簡單，避障和導航是其主要的功能價值。至20世紀80年代以后，受經濟環境影響，各國紛紛將目光聚焦到IBS的優化上，系統功能持續完善，智能化和綜合化特征日趨明顯。當前針對IBS的研究已經上升到了系統工程層面，在自動駕駛、雷達避碰等傳統功能的基礎上，主張通過信息技術、互聯網、控制技術等的融合，實現動態監控、消防報警等功能的全面統一?？v觀現階段世界各國IBS系統產品，結構基本可以劃分為五個部分，一是電子海圖系統，借助衛星定位和信息采集，可以輔助航線規劃決策，顯示海區情況等;二是自動識別系統，主要面向其他船舶或航空器，能夠滿足船舶型號、位置等信息的傳送和接收需求;三是自動雷達輔助系統，可以自動獲取避碰點，為駕駛員提供實時避碰信息;四是艦船綜合報警系統，主要負責提供潛在危險信息，引導駕駛員及時排除風險因素;五是綜合顯示信息系統，貫穿航行、靠泊的所有階段，負責顯示主要設備信息?？紤]到信息收集階段有可能存在的誤差情況，數據預處理是十分必要的，因此本文從導航、數據庫、報警系統三個層面對信息集成預處理進行了設計思路分析和優化探討，以提升數據精準度，使IBS系統更好地服務于航海事業。

2? 綜合艦橋系統信息集成預處理實現價值

2.1 提升故障預報和診斷能力

船舶動力裝置是船舶設備管理中的重點對象，在航行能量的供應中具有直觀重要的地位，其中主動力裝置主要有汽輪機、柴油機等類型，能夠為船舶的航行提供推動力。這些裝置通常由主機、傳動設備等組成，運行中各部件受熱能、外部摩擦等的共同作用，較易發生磨損老化，一旦關鍵設備出現故障，將會直接帶來安全風險。應用艦橋系統可以對設備運行信息進行集成化的實時收集和處理，防止重大安全事故出現，集成預處理功能的實現，還能對數據起到校正作用，使之更加符合數據庫存儲要求，同時提升兼容性，保障故障預報和診斷的準確性。

2.2 強化船舶綜合管理功能

綜合艦橋系統本身具有高度的整合性，可以將海域信息、船舶狀態等信息匯聚到控制設備當中進行集中處理，通過共享機制消除信息差，使全船能夠在統一信息資源儲備、統一事務調度指令下完成航行作業，集成后的信息還可以通過衛星遠程傳輸至航運公司、陸地管理機構，從而提升航運信息動態監控能力，保障管理的有效性。綜合航運系統對航線、氣象等信息的收集也能為航運規劃提供依據，提升決策的合理性，集成信息預處理的實現，還可以及時糾正數據，避免系統信息渠道不暢帶來的嚴重后果，使船舶綜合管理更加科學和優質。

3? 綜合艦橋系統信息集成預處理實現策略

3.1 集成導航系統信息預處理設計

綜合艦橋系統中主要應用電子海圖作為導航工具，它能夠以最新海圖信息為依據進行數據更新，滿足投影顯示和比例尺縮放需求，并在航行中實時調取靜態地理坐標，向船舶控制室傳達周圍暗礁、島嶼等的相對位置。在靜態坐標基礎上，電子海圖還能實時判別設定航線是否科學，與周圍地物之間的相對間距是否合理，從而降低人為因素在航行中的作用。實踐操作中只需要事先設置偏差極值，當實際航線超出這一極值限定時，電子海圖就會發出偏離警告，以此保證航跡正確。為電子海圖提供導航信息的設備是非常多樣的，除GPS外，還有測深儀、氣象儀等，因此可以通過對多渠道、多維度的信息進行綜合分析處理，從而得出最為準確的船位、航速等數據。此外，電子海圖還具有數據備份功能，當系統發生故障時，船舶可以選擇使用備份系統完成航行，從而降低系統癱瘓帶來的不穩定影響。

電子海圖系統信息的集成預處理主要體現在圖像更正、航海信息咨詢等環節，它所對接的是由官方ENC專門制作的更正數據[1]，船舶航行中航海人員還可以經由通告、航行警告等進行實時更正，在自動化基礎上，支持手工和半自動數據預處理，靈活性更高，數據適用性和準確性都顯著提升。同時，電子海圖還設置有信息查詢功能，以潮汐時間、地點數據為例，航行期間駕駛員可以通過鼠標對意向位置進行數據請求，系統會自動聯網獲取該地歷史潮汐數據，并經過復雜計算將信息文字信息等顯示在屏幕上，輔助航海路線決策，以此實現信息集成預處理。

3.2 集成數據庫信息預處理設計

實時數據庫是綜合艦橋系統集成化運轉的基礎，能夠為數據的處理提供更精準更實時的信息，保障電子海圖等子系統的運行效率。在事務處理方面，傳統數據庫普遍采用ACID模型，在此規則內單個事務必須完成全部操作，數據事務之間具有明顯的隔離性，事務完成后也不能滿足撤回要求，這種運作模式在航海事業發展早期較為適用，但隨著當前數據信息的多元化發展，已經遠不能滿足實踐需要?；诖耍疚囊M了以物聯網為基礎的實時數據庫模式，采用開放源碼運行方式，數據庫在滿足存儲功能的基礎上，還可以進行查詢和分析，通過日志讀取、寫入完成數據更改和記錄，同時重新設計了TCP/IP協議接口，系統可以根據忙線程數量等信息進行動態調整。當實時數據庫運行中遇到阻斷障礙，重啟后會自動恢復中斷事務，降低系統損失，從而保障信息集成化處理的穩定性。

實時數據庫對于集成信息的預處理主要體現事務調度、I/O緩沖區域等的設計上，采用BASE思想建立事務調度模型，通過事務重要性、順序性等指標進行優先等級劃分，增強模型面對并發事務時的適應性，同時還附加了加鎖控制設定，可以有效提升數據完整性?？紤]到數據體量過大會給實時數據庫帶來較大的負荷壓力，甚至導致存儲功能癱瘓，因此在算法上還做了調整，對于超過限值大小的文件，提前進行壓縮處理，提升數據庫運作能力，保障實時更新穩定性。由于實時數據庫是在物聯網基礎上搭建起來的，需要連接較多的傳感設備、硬件設施等，因此可能出現不兼容問題，導致系統癱瘓，因此在讀寫集成化信息讀寫操作前，還設置了I/O緩沖區域，對接口不匹配的問題進行預處理[2]。

3.3 集成報警系統信息預處理設計

在IBS系統中，報警系統主要有兩種控制運作模式，一種是集散型控制系統，它采用了分布式控制的策略，可以實現多節點信息采集工作，局域網特征較為明顯，某節點的故障并不會對系統運行產生較大影響，穩定性較高。同時，它的監測分站一般分布在設備附近，電纜連接需求量不高，因此信號傳送過程中受線路穩定性的制約也不甚明顯，整體故障率較低。但在分布式架構中，數據是以遞進形式傳播，點到點的架構使得傳輸量極為受限，精準度也相對降低，節點排列時對設備總量要求較高，前期成本極大。另一種則是現場總線技術，主要有網關、操作站等幾個組成部分，結構較為分散，可以滿足多機艙分部運行的需求，通過和以太網的配合，能夠有效提升系統穩定性，并實現集成化管理，在當前的航海實踐中得到了極其廣泛的應用。

因此在艦橋系統信息集成預處理設計中，引入了CAN總線技術，各分部設備均通過雙絞線形式與總線相連接，數據交流采用串行通行模式，每臺設備的標識符都是獨一無二的，當主機進行信息廣播時，無論是否為目標設備，各節點都會進入待接收裝填，并根據附帶的地址信息進行判別與讀取。例如總線結構中船舶防火監控與報警系統，其總監控并入集成的船舶綜合艦橋系統，另在船長室內有分控屏，其它船艙內部則設置了聲光報警器，總線模塊在接受到隱患信息之后，將其進行A/D轉換和傳輸[3]。CAN總線還具有錯誤檢測與處理機制，這是集成信息預處理的關鍵所在，通過循環冗余檢查、報文格式檢查等，可以有效提升數據傳送的準確性。

4? 結論

綜上所述，加強綜合艦橋系統信息集成預處理性能，有助于提升船艙設備故障預防和診斷能力，強化船舶綜合管理能力，因此要正視這一技術的優越性，發掘電子海圖系統在圖像更正、航海信息咨詢等方面的運用機制，促進物聯網技術與船舶實時數據庫的融合，引入CAN總線技術提升異常報警的準確性，從而實現綜合艦橋系統的優化，為航海安全奠定扎實基礎。

參考文獻：

[1]郝振鈞.電子海圖顯示與信息系統新技術的實施[J].產業與科技論壇，2018，17（22）：65-66.

[2]宋全記.基于物聯網和云平臺的船舶遠程智能安全報警系統[J].微型電腦應用，2020，36（04）：153-156.

[3]閔紅利.分布式總線通信模塊在船舶防火監控與報警系統的應用[J].艦船科學技術，2018，40（06）：145-147.