基于新航海技术的船舶避碰自动化探讨

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

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[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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