关于船舶设备的自动化及信息化研究

运输需求提出具有建设性的意见和建议，为船舶设备自动化及信息化发展提供参考。关键词：远洋运输；船舶设备；自动化；信息化自哥伦布发现新以后，海上运输业不断发展，并成为沿海

国家经济发展的重要推动力量，为推动远洋运输业的发展，造船业

随之兴起，船舶总吨位、数量成为一个国家远洋运输能力的象征， 然而，受制于技术等多方面因素的共同影响，远洋运输行业发展速

度较陆上运输发展缓慢。随着电子信息技术在多行业中的快速渗透，

船舶设备自动化、信息化水平持续提升，为远洋运输行业发展注入

了新的动力。1船舶设备发展概述船舶设备的发展经历了手动、半自动、自动三个阶段。首先， 船舶设备手动阶段是指以人的经验为主，船用设备控制目标的实现 需要人的全程参与，如星象仪、航向舵等，该阶段航行安全指数和

效率最低；其次，在人类进入到工业阶段后，船舶设备基本实

图1: RF-5000型短波数字跳频电台原理框图现了半自动控制，利用机械原理提高船舶航行过程中的控制效率和

精度，大大降低了对船员数量依赖性，如轮机控制系统、导航系统

等；最后，在电子信息技术全面普及的情况下，船舶设备已经基本

实现了自动化及信息化，自动驾控系统、电子海图、船舶自动识别

系统实现了船舶安全航行、智能控制等功能。2船舶设备的自动化及信息化现状根据船舶系统功能的划分情况，船舶设备的自动化及信息化发 展可以通过驾控系统、通信系统、导航系统进行一个较为全面的了

解。统工作状态正常。不仅如此，船用智能通信系统还承担着对外无线 2. 1船舶驾控系统的自动化及信息化通信的任务，受外部复杂空间电磁环境的影响，通信质量稳定性较 船舶航行过程中的速度、航向等均通过驾控系统来实现，现代

差，智能通信系统可利用自动变频技术弱化电磁干扰效果，最大限

船舶驾控系统的使用代替了传统控制模式，大大提高了控制效率，

度保证通信信号的畅通。减少了人力成本，甚至实现了在无人值守的情况下，驾控系统可根

以RF-5000型短波数字跳频电台为例，其原理框图如图1所示。 据计算机对多路数据的处理结果进行自动控制。外部电磁干扰通过天线耦合至收发单元，当自适应控制器判定

以ABB公司生产的Anew Console综合驾控台为例，该驾控台 通信干扰功率超过阈值后，则由控制单元进行快速扫频操作，并选

采用模块化设计思想，结合数据可视化技术将多路传感器信息在显

择通信质量最优信道，根据信道质量确定跳频频率优先级。当跳频

示器上进行显示，并通过计算机数据处理中心为操作人员提供参考。

单元确定执行跳频动作时，跳频控制单元同步发出跳频信号，保证

其中，依托自动托管技术，Anew Console综合驾控台可通过航线设

收发双方始终在同一信道上。定与自动规划匹配最佳航速，并根据周边海域环境变化适时发出警 2. 3船用自动导航系统报，提醒操作人员及时介入，避免航行安全事故的发生。远洋运输与陆地运输的一个最大区别在于导航技术的应用，路 中国在船舶驾控系统研究方面起步较晚，但经过近十年的发展，

上行驶可以凭借各种自然或人工参照物进行导航，而海洋上缺少固

以VISION2100型驾控台为代表的国产驾控台虽然在自动化、信息

定参照物，极易迷失方向，早期人们通过星象仪进行定位，这是天

化水平方面依然落后于发达国家，但是，作为远洋运输与船舶建造

文导航技术的雏形，随着卫星定位技术、惯性导航技术的不断发展， 行业的后起之秀，中国船舶驾控系统自动化、信息化落后面貌将得

以GPS、北斗为代表的卫星定位系统，以及电罗经为远洋运输船舶

到彻底扭转。提供了精准的定位信息。2.2船用智能通信系统定位技术是船用自动导航系统的核心，海上船舶将各自定位信

根据船舶设备自动化、信息化发展的需要，船用通信系统作为

息与航向、航速等数据通过卫星通信系统发送至管控中心，由管控

内部数据传输的重要保障，除需要稳定的系统架构以外，还需要对 中心对所有船舶的航行数据进行监视，一旦出现大概率会遇几率的

不同数据进行分析，及时发现数据中的异常情况，并向对应数据来

情况，管控中心将向对应船舶发出预警信息，甚至通过远程干预的

源部门进行提示，在故障进一步扩大的情况下进行处置，保证各系方式调整船舶航向、航速。94电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering自动化控制Automatic Control表1:自适应网络数据系统功能表序号

功能

带宽自适应调节1

2

要求

为实现内部网络带宽资源的最优化利用，自适应网络数据系统可以根据各终端实际数据吞备注3

吐量的变化为其分配与之相应的带宽为避免网络通信资源的浪费，自适应网络数据系统应当对所传输数据进行预检，禁止传输

数据有效性预检未通过预检的数据，并提示操作人员对数据信息进行检查自适应网络数据系统并非完全可靠，在传统通信网络冗余架构设计的基础上，通过节点冗网络节点冗余架构设计余架构设计可大大提高系统可靠性。除依托岸基管控中心以外，船用自动导航系统还可以利用VHF 4船舶设备自动化及信息化不利因素分析近年来，船舶设备自动化及信息化水平不断提升，有效减轻了

天线接收周围船舶共享的数据信息，并由综合导航系统实时绘制周

围船舶航迹向与未来一段时间内的航行轨迹，同时与本船航向进行 比对，若存在碰撞风险，则自动导航系统将根据实际情况重新规划

多条可行路径，并将路径更改计划报导航部门确认。船员在远洋运输过程中的工作压力，然而，以电子信息技术为核心

的船舶设备同样存在隐患。4.1环境因素导致设备故障率较高3船舶设备的自动化及信息化发展建议尽管，船舶设备的自动化及信息化水平已经能够满足现阶段远

洋运输对安全性高、成本低的要求，但是，在全球航运市场竞争日

电子元器件对工作环境有着严格要求，由于船舶内外环境高温、 高湿、振动、高腐蚀等特点，导致电子元器件的可靠性明显降低，

进而存在设备故障风险。针对这一问题，在船舶设计过程中，需要根据船用设备所处的 环境确定相关设备参数标准，配套设备需提交对应型式试验报告。

益激烈的情况下，船舶设备的自动化及信息化水平依然有待提高， 对此，可在以下几个方面进行努力。3. 1构建自适应网络数据系统船舶设备的自动化、信息化是提高远洋运输安全性和高效性的

同时，根据数据统计结果，对故障率较高的设备加强检修频次，增

加备品备件携带数量。必然要求，传统内部通信网络实现的仅仅是网络数据传输桥梁作用， 4.2电磁干扰对设备工作可靠性的影响电磁干扰是电子信息设备故障高发的又一重要因素，复杂的电

为满足未来船用设备自动化、信息化水平的不断提高，则需要构建

自适应网络数据中心，其功能如表1所示。以自适应网络数据系统节点冗余架构设计为例，若该通信网络

磁信号通过辐射传导和闭合回路传导两种方式耦合至电子信息设备

之中，极易导致设备误动作、功能失效等问题，尤其是对于一些较 为敏感的电子设备，甚至会受到自身内部的电磁干扰。该问题的解决可以从两个方面出发：内部节点设计为2个，且使用“桥式”架构，如图2所示。假设，AB、AC、AD、BC、BD、CD、A' B'、A' C'、A' D'、

B' C'、B' D'、C' D'发生故障的几率均为P (O(1) 明确船舶设备电磁屏蔽设计标准；低(S=3P3-P4-P5) o由此可见，相比较传统冗余结构设计的“直连式”

(2) 在船舶设计过程中需要考虑各类型船用设备对电磁环境 的适应性，将强电磁辐射设备与敏感设备隔离。能够有效应对不同情况下的网络节点故障，且便于快速故障定位与 维修。5总结船用设备的自动化及信息化是一把“双刃剑”，为更好地发挥

3.2智能舰桥控制系统自动驾控系统在一定程度上解决了船舶远洋运输过程中的动

船舶设备自动化及信息化在船舶航行安全、成本控制等多方面的作 用，除对船舶设备研发进行研究以外，还需要结合实际情况完善船 舶建造设计方案。随着船舶远洋运输行业的快速发展，船舶设备自

力、航向等控制功能，大大减轻了驾驶人员的工作压力。但是，根

据未来智能航运发展规划，功能更加丰富、自动化水平更高的智能

动化及信息化水平将持续提升，类似“无人汽车”的“无人远洋运

舰桥控制系统将成为船舶设备自动化及信息化发展的必然趋势。输船舶”必然会出现。参考文献(1) 智能舰桥控制系统在继承传统控制模式的基础上，增加 语音、视觉等多种控制技术，实现更为丰富的人机交互，提髙控制 效率。[1]卢迪.浅析船舶电气自动化的发展前景[J].中小企业管理与

科技(下旬刊), 2016 (02).(2) 智能舰桥控制系统利用人工智能技术，对所有数据进行 实时监视，及时判定风险数据，并能够在最短时间内做出响应。例

如，集控室内部温度传感器反馈主发动机燃烧室温度变化异常，曲

⑵ 杜一民.船舶电气自动化系统可靠性保障技术的应用[J].机

电信息, 2012 (09).线拟合结果存在发动机高转速受损可能，此时，智能舰桥控制系统

将结合周边海域情况(船只、风向、风速、浪高)调整发动机转速，

[3] 谢建宏.船舶自动化技术的应用与发展研究[J].山东工业技

术,2018(10).以避免持续高转速对发动机造成的伤害。[4] 王金光，涂兴建，李日发.浅析船舶自动化技术现状[J].科

技资讯,2014(12).[5] 张振运.船舶自动化导航存在的问题与对策[J].中国水运(下

(3) 智能舰桥控制系统能够通过无线通信系统与周边船只进 行数据共享，进而实现非人因素下的自动避碰功能。例如，智能 舰桥控制系统将导航雷达数据与AIS数据进行融合，借用AIS的 VHF甚高频天线将对应航行数据向目标船只共享，智能舰桥控制

半月),2012(10).系统对本船与目标船只的会遇情况进行计算，并根据计算结果调整

各自航向、航速，保证会遇距离在安全可控范围。作者简介尹晓丹，女，硕士学位。研究方向为舰船综合保障。95