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基于新航海技术的船舶避碰自动化探讨

时间:2022-04-11 09:36:49  浏览次数:

摘 要:文章以基于新航海技术的船舶避碰自动化探讨为题展开论述。首先,在概述环节中,介绍了航海自动化系统的基本构成与功能。然后,分析了在航海自动化中,船舶避碰自动化的现状,以及存在的问题。在此基础上,结合多年的相关经验,探讨了新航海技术在船舶自动避碰中的具体应用。希望可以解决在船舶避碰中存在的问题,不断提高船舶避碰自动化的水平,满足我国航海事业的快速、稳定,以及可持续发展。

关键词:新航海技术;船舶;避碰;自动化;分析

近年来,我国航海事业取得了较快的发展。然而,受到各种因素的影响,船舶碰撞事件屡屡发生,造成了重大的伤亡,损失惨重。除此之外,也使海洋污染的程度加重。相关调查显示,人为因素是造成船舶碰撞事件的主要原因。包括:没有对船位进行准确校核,航路安排航线设计不合理,值班人员责任缺失等。然而,要彻底规避人为因素,显然是不现实的。因此,在未来的航海中,必须实现船舶避碰的自动化。那么,航海自动化系统的功能是什么呢?下面在概述部分中详细论述。

1 概述

当前,在计算机、海洋科技、航空航天等高新技术的支持下,快速推进了船舶自动化的应用进程。船舶自动化系统由三个部分组成,分别是航海自动化系统、机舱自动化系统和船体自动化系统。其中,最关键的部分是航海自动化系统。

1.1 航海自动化系统的构成与功能

根据不同的功能,在航海自动化系统下,又分成多个控制系统。包括:最佳航线编制系统、航向自动控制系统、自动定位系统、自动避碰系统和综合航行管理系统等。具体来讲,在最佳航线编制系统中,主要是为了满足运输任务、环境条件和船舶情况等,进而制定出的最佳航线,该航线在安全性、可靠性方面的要求很高。在此基础上,更加准确的把握船位、航向、航速、风向、风速、航程及其它参考输入量等。在航向自动控制系统中,是对整个船舶的航行动态进行监控,使船舶能按照预定的航向来航行,并且实现自动操舵转向。在定位系统中,可以快速、实时和准确的获得船位。在避碰系统中,是基于船舶在航行中获取的它船动态信息,分析可能出现的碰撞、触礁或搁浅的风险和事件,做出的防范措施。在综合航行管理系统中,通过对每个子系统信息的分析、判断,实验,结合通讯和保安信息进而制定出最合理、科学的航行方案,避开航海危险物,保证船舶运行的安全性、经济性。同时,将决策信息及时输送到操船机构,以便中央系统采取决策,并显示相关信息,给船舶驾驶人员提供重要参考。

1.2 航海自动化研究现状

航海自动化发展以来,在自动化运行中,取得了很大成绩。特别是对智能化船舶进行深入研究后,诞生了集成驾驶台的船舶。比如,德国某公司就引入了集成驾驶台,具有很大的优势。该集成驾驶台的型号为:NACOS55-2。具体来讲,应用此集成驾驶台后,可以在終端输入航线,然后根据罗经、GPS、航向、航速和水深等数据,按照预先制定的计划航行。在航行的过程中,很自然会遇到来船。此时,系统根据自动雷达标绘仪,能够获取来船的运动要素,判断有无危险,并发出警报。在这种情况下,驾驶员就可以及时采取避碰措施。如果船舶在航行中,与实际计划的航线偏移过大,系统也会自动发出警报,提醒驾驶员采取相应措施驶回原航线。除此之外,在显示器上可以显示航行中的所有信息,只要采用检索的方式,就可以根据实际需求,在数据库中获得相关信息。根据上面的分析,可以得出下面的结论,在系统中输入计划航线后,满足安全水域的正常航行要求,则使用集成驾驶台能够实现自动驾驶。但是,在受限水域中,本船遇到来船或者危险物后,即便系统也能发出警报,然而整个决策提出、执行的过程均由驾驶员来完成。在这种情况下,出于航海自动化基本功能的考虑,保证计划航线不变,避碰系统的不安全自动化就是影响航海安全的最大因素。

1.3 影响船舶避碰的主要因素

研究表明,大部分船舶避碰、触礁事件主要是人为因素导致的。针对人为因素,可以采用两个办法来解决。第一,加强对海员技术、知识的培训,增强海员的责任心,提高海员的业务能力以及综合素养。第二,增强船舶的自动化程度,实现船舶避碰的自动化。当前,随着社会、经济的快速发展,海员休息制度更加人性化,海员不长期在船从事航海,而是定期上船工作已经成为一种事实。与其他行业相比,航海职业非常艰苦,工作环境复杂,导致海员流动性大。其次,对航海院校的生源进行观察发现,对于经济条件比较好的部分学生,其很少愿意从事航海事业。另外,从学生的思想上来看,也很少有学生愿意终身从事航海事业。在这种情况下,导致航海驾驶员普遍年龄小,缺乏航海经验,技术能力不高等现象,不利于实现船舶的安全驾驶。针对以上问题,必须加强船舶避碰系统的自动化检查,减轻船舶驾驶台工作人员的值班负担。所以,在新的发展形势下,要解决人为因素的缺陷,必须要提高航海自动化的水平。只有这样,才能更加确保海上航行的安全性,避免发生意外事故,造成重大的人员伤亡、经济损失以及海洋污染。

2 船舶避碰自动化研究现状与存在的问题

2.1 船舶避碰自动化现状

船舶自动避碰指的是:系统自动采集水上、水下标的物,并对其进行处理,生成决策信息,以及决策的实施等。其中,基于对航海自动化子系统的考虑,可以利用操船系统来完成决策的自动化实施。近年来,航海相关人员基于安全水域船舶的避碰,做了大量研究工作。比如:对避碰信息的量化处理、决策的自动生成等。在避碰信息量化中,又涉及到多个评价指标,比如目标船的运动要素、船舶碰撞危险度等。针对避碰决策的自动生成,可以采用多种办法,包括模糊数学法、专家智能技术、神经网络法等来实现。相关研究表明,在船舶碰撞、搁浅或触礁事件中,最主要的原因就是人为因素导致的。如果所有值班驾驶员都能够认真遵守国际国内相关的避碰安全制度,严格按照规范操作,就不会发生船舶碰撞、触礁或触礁等等的船舶安全事件。但是,在前面的论述中,已经提到人为因素是不能从根本上避免的,所以,针对以上问题,还要依靠于技术。

2.2 船舶避碰自动化存在的问题

通过以上分析,基于航行水域船舶自动避碰的问题,大部分已经得到了解决。然而,还需要在性能上进一步完善。但是,受到水面水下物标信息探测可靠性的影响,导致在受限水域自动避碰决策中,依然存在很多问题。长期以来,在获取水面水下物标信息时,主要依靠导航雷达的扫描探测。但是,导航雷达自身有一定的局限性,对物标信息的可靠性产生了负面影响,甚至阻碍了船舶自动避碰进程的研究。在二十世纪八十年代,诞生了水中雷达,用来探测水下物标的信息。但是,该探测技术受到距离的影响,到后来没有得到广泛的应用。

3 新航海技术在船舶避碰自动化中的应用

随着科技的快速发展,在航海领域中应用了更多的新技术,比如GPS/DGPS技术、GMDSS(全球海上遇险与安全系统)等。此后,又出现了船舶自动识别系统AIS和电子海图显示与信息系统ECDIS。作为新的航海技术,在应用的过程中,发挥了哪些作用呢?下面进行详细的论述。

3.1 AIS在船舶自动避碰中的作用

长期以来,通过对船舶航行安全性的研究,充分体现了船舶与船舶、船舶与陆岸在通讯中交换信息时的重要性。另外,部分通信导航存在的局限性也日益呈现出来,不利于船舶的自动避碰。针对上述问题,诞生了AIS技术。该技术具有多重优势,包括信息量大、抗天气影响、近距离目标显示,绕越障碍传输等。尽管如此,AIS技术也存在一定缺陷。比如,在应用的过程中,需要承载额外的信息,导致信息过载。在这种情况下,很可能会发出错误的信息,或者乱码的信息。这些信息没有专门的校验方法,只能依靠驾驶员的识别、判断。如果驾驶员经验不足,就会出现错误的判断,产生很大的负面影响。针对上面的分析,可以看出AIS既有优点,也有缺点。其优点在于,很好的弥补了雷达获取航海目标船信息不足的缺陷。总的来讲,AIS作为一种传感器,应用于自动避碰系统当中,能够使信息量更丰富,是雷达信息的辅助信息源。除此之外,AIS在应用的过程中,可以将本船上的意图以短信息方式发送到目标船上,并将本船动态和相关参数同步发送出去,包括避让的时机、幅度、恢复时机等。这样,只要来船上安装了AIS后,就可以接收和识别本船的操船意图,进而采取有效的调配行动,保证船舶之间的安全避让并安全通过。可以看出,AIS在船舶避碰中发挥了重要的作用。首先,增强了目标来船的信息量,使避碰信息更加科学化、合理化。其次,在船舶自动化避碰中,成为有效的通信设备,便于进行信息的传递与交流。

经过多年的研究,针对航行水域船舶避碰的问题,已经得出了有效的解决办法。在此基础上,推动了船舶自动避碰系统的发展。近年来,专家将受限水域的自动避碰作为重点来研究,并取得了很大的进展。

3.2 海图信息数字化在船舶自动避碰中的作用

在受限水域自動避碰中,主要存在两个问题。第一,获取静态信息。第二,静态信息与动态信息的结合。早在二十世纪八十年代,行业中已经采用了海上暗礁探测声纳法,来探测水下危险物标,并获取相关的静态信息。然而,应用上述方法时,受到探测距离的限制。因此,还需要采用其他辅助技术的支持,才能完成探测的任务。后来,随着科技的快速发展,在二十世纪九十年代诞生了纸质海图信息数字化技术,即电子海图技术。电子海图技术应用后,加强了信息系统、声纳探测系统的有效结合。

4 结束语

随着海上事业的快速发展,给海上航行的安全性提出了更高的要求。在此基础上,也加快了海洋自动化的研究,并取得了很大的成绩。然而,在实际开发的过程中,受到各种因素的影响,依然存在部分船舶自动化问题,没有得到解决。近年来,海洋船舶避碰自动化已经引起了社会各界的广泛关注。在科学技术的支持下,新技术越来越多的应用到了船舶避碰自动化研究中,保证了船舶航行的安全性、可靠性。最后,在未来的发展中,相关人员还要不断加大研究的力度,促进技术的更新换代,提升航海船舶避碰设备自动化的水平。只有这样,才能满足航海事业的快速、稳定发展。

参考文献

[1]谢朔,初秀民,柳晨光,等.船舶智能避碰研究综述及展望[J].交通信息与安全,2016,01:1-9.

[2]关腾飞.新型航海技术对船舶避碰自动化的影响研究[J].山东工业技术,2016,07:264.

[3]袁松才,董亚力.探讨新的航海技术对船舶避碰自动化的影响[J].科技展望,2014,09:126.

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