船舶自动跟踪航行系统与驾驶自动化分析

船舶自动跟踪航行系统与驾驶自动化分析

摘要：当前在全世界范围内，交通事业都处于蓬勃发展之中，而海路运输作为

一种基础的运输方式，地位仍然十分重要，所以对于船舶的安全性和运输效能的

要求就更高了。得益于当前电子技术的进步，也给船舶自动化水平带来了很大的

提高，而船舶驾驶方式也逐渐倾向于综合化、全自动化以及集成化了。有效运用

自动航行系统可以减轻驾驶工作人员的工作强度，通过缓解疲劳的方式来降低人

为失误的情况，一方面可以提高船舶运行的安全性，另一方面可以提高整个船舶

营运的经济性。

关键词：船舶自动航行；组成和功能；现状；发展方向

对于全船自动化的运行来说，自动航行系统是其中非常重要的一个构成环节，自动航行系统一方面可以有效运用当前先进的计算机技术和网络技术以及控制技

术等等，并且对这些技术进行有效的集成。所以从实际用途来看，一方面可以通

过操舵来保持航向，还能完成航迹的跟踪技术，运用雷达数据来避免操作中的碰撞。当前航行自动化技术已经成为了航行的基本要求，并且在高级客船、货船以

及一部分军用舰艇中得到了应用，在未来，其应用面会更为广泛，确保整个船舶

运输的安全性，保证船舶运输行业的稳步发展。

1组成和特点

自动航行系统一般由航行监控器(含电子海图与信息显示系统ECDIS)、航行计

划工作站、ARPA、自适应自动舵、泊船监视器、主机遥控、导航系统、海图数字

化仪及其它设备组成,通过船桥局域网将上述监控器、工作站及各种传感器联结起来,并通过网关将船舶上的其它系统,如船舶营运管理系统、通信系统、货物装卸

监控系统及机舱自动化系统联在一起。自动航行系统的主要特点是:

(1)船舶综合信息的集中显示在驾驶台的终端上,可以用文字、曲线或图像的形式集中显示船舶航行信息、船体运动信息、机舱信息、导航定位信息与航区气象

信息等,使驾驶员方便快捷地了解全船动态,并用主要精力去注视航行海域的环境

变化以执行某些必要的操作。

(2)自动航线跟踪与监控采用组合导航技术与自适应自动舵技术,对导航定位信息进行优化处理,对计划航线进行自动航线跟踪与监控。

(3)电子海图显示与信息系统(ECIDS)的应用尽管目前ECDIS系统还不是很完善,

所用的电子海图既有光栅扫描型,也有矢量型,尚未统一。但是随着IMO关于ECDIS 标准的确定,很快会统一使用按照IHO规定的格式DX90生产的矢量型海图。

(4)船舶过去航迹数据的记录、存贮与再调用可以记录、存贮与再调用本船船

位及航行数据信息、雷达跟踪目标的信息、航行与雷达报警信息等。

(5)综合报警信息的集中显示可以提供并集中显示警戒圈报警、偏航报警、接

近目的地点报警、深度报警、走锚报警、传感器失效报警、防瞌睡报警等信息。

(6)泊船信息增加横向速度显示。

(7)可根据船东的要求对船舶驾驶台进行组合设计。

(8)改善人机界面,1人驾驶,易于操船,可减少船员劳动强度。

二、当前阶段先进国家自动航行技术发展水平

当前世界上已经有很多生产商对导航技术进行了研发，并且已经推出了自己

的产品，应用广泛并且市场反应良好。

除此之外德国的SCC综合船桥和日本生产的VOYAGER功能十分完善，技术先进，所以

进行重点介绍和说明

（一）关于德国SCC综合船桥的介绍

德国SCC综合船桥具有更好的功能性，除了航海计划和控制航机之外，还有避撞功能和、通过电源管理来实现对于发动机的远程控制，并且也有着很好的通讯功能和雷达功能，作为

一体化成套设备来说，其是非常出色的。整个设备布置结构合理，驾驶室的设计完全符合于

人体工学，操作非常简单，并且具有很高的安全性。总体上来说，其具有以下几条功能。

（1）确定航行计划

可以对转向速率进行有效设置，还可以设置航路节点，可以用图形的方式直观地显示出来，并且可以向所有的雷达单元以及相关的控制系统来进行数据的传输。

(2)自动航迹控制

按设定的航行计划自动航迹保持,在雷达屏幕上显示本船的航向等数据。

(3)航行信息显示

所有必须的船舶操纵数据,如位置、航向、速度、漂移、水深、天气、舵角、转向速率、

航迹偏差等重要数据的显示。

(4)避碰

ARPA自动雷达标绘采用高分辨率光栅扫描代替PPI的显示方式,并采用在雷达图形画面

上同时显示地理参考坐标和航迹控制的计划航线、公差带图形及航行轨迹的重合技术,使船舶

操作更容易。

(5)雷达电子海图

电子海图显示系统ECDIS和自动雷达标绘仪ARPA的叠加称为多功能驾驶仪MULTIPILOT,

雷达数据的显示和电子海图信息的直接比较,减少了碰撞危险,使船舶操纵更安全。

(6)传感器

三维多普勒计程仪、差分GPS位置传感器和其它高精度测量装置保证了速度、航向及位

置的准确和可靠。

(7)通讯

模块化通讯单元的组合,构成了网络的综合通讯系统DEBEG3020。

(8)船舶的操作和管理

SCC分布式计算机系统模块,控制、监测和管理船舶的全部操纵设备,包括自动电源供应、

发动机的远程控制、货舱等的监测和控制。综合船舶管理系统用于船舶的装载、卸载的平衡

以及船舶纵向力和扭矩数据的记录与管理。

（二）关于日本VOYAGER船桥的介绍

日本的VOYAGER综合船桥,集航海计划、自动航迹控制、航行信息显示、避碰、雷达电

子海图、传感器、自动电源管理、发动机遥控、船舶管理和通讯于一体。其主要特点:制定计

划航线方面已经实现了人工智能化,当天气影响原计划航线时,可以进行智能管理,避开暴风雨

地区,自动找到最近的航线,并以最快的速度、最经济的方法自动航行到目的地;“黑匣子”可连

续记载船舶在航行中的操纵、雷达、海图和数字化声音等数据。技术概况:

(1)先进的定位计算;

(2)DGPS已得到了进一步完善,采用卡尔曼滤波技术提高定位精度;

(3)ARPA雷达自动标绘仪,充分利用X和S波

(4)通讯采用GMDSS,满足用户要求,确保航行安全;

(5)电子海图系统符合IMO标准,使用DX-90海图可方便、迅速和安全地制定航行计划;

(6)自动操舵可使船舶在狭窄海域以高精度沿航线航行,在宽水域以经济目标航行的自适应操舵方式;

(7)操纵电机控制推进电机和推进器系统,使智能自动航行更安全、控制更简单。

三、结语

结合上文所谈，我们已经知道自动航行系统包括以下几个方面的技术。首先是通讯技术

和集成技术，其次是先进的智能控制技术，再次是信号综合技术以及滤波处理技术，并且还

包括了船舶优化系统和船舶安全系统。其中最重要的是船舶安全系统和船舶优化系统，这个

系统可以通过卫星来确定当前的天气信息，并且依次为依据来进行适当的航向修正。所以这

样看来，这部分功能构件对于航线优化的作用也是非常明显的。所以在未来阶段，自动航行