全自动避碰系统和溢油雷达

马杰

摘 要：结合船舶避碰系统被动探测和主动探测的优点，改变当前只能通过人工手段进行溢油监视的现状，为海上原油生产增添了一双溢油千里眼。这种监测是以实时、连续和全自动方式运行，以FPSO为原点360°全方位无死角扫描监视区海面，在夜晚或者不良天气条件下都能够持续稳定工作。系统还能对雷达散射截面（RCS）≥0.1m2，物标高度≥0.5m（如小型渔船、舢板等）的小型目标进行持续跟踪、探测，有效地弥补了常规探测手段无法精确发现小型目标的缺陷，能在事故后第一时间找到源头以降低损失，拥有国际领先水平。

关键词：避碰 溢油探测 小目标 TBD算法

中图分类号：U665.22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（a）-0067-02

随着海上石油开发深入，企业事故、环保风险承担压力增大，海上平台设施防碰撞及溢油监控地位愈发重要。

普通的AIS防碰系统属于被动探测系统，通过GPS天线自身定位和VHF天线接收船舶位置，此系统对船舶的监控必须满足：（1）对方船舶安装AIS系统且处于正常开机状态；（2）自身系统必须处于正常状态。某些船舶的AIS系统故障或未安装AIS系统都会给造成船舶在海图中无法显示。

现有海上油田对海面溢油情况多通过目测瞭望或海事卫星监控的措施，其实时性、准确性、可靠性均不佳。

在海上油田增加X波段雷达，并将该系统探测功能与海上现有AIS被动探测系统整合，可以实现对对极小目标（指有效反射面积（RCS）≥0.1m2，高度≥0.5m的小目标，如浮标、橡皮艇）和海面溢油带（长度超过50m）具有良好的探测和识别效果。

1 技术解析

1.1 系统组成

安装在单个平台上的系统包括以下几方面。

（1）一套X波段雷达天线和收发单元（含室外安装支架及电缆）。

（2）X波段雷达天线和收发单元图：一台处理器（内含雷达数据处理子系统、溢油处理子系统、多传感器融合模块和综合终端显控子系统）。

（3）一套桌面式操作终端（含显示器、鼠标键盘）。

（4）安装附件（含电源、内部线缆、手册、光盘等）。

（5）处理器需连接X波段导航雷达（仅天线和收发单元）、AIS、GPS、电罗经，并可接入平台内部网络进行数据共享。

1.2 防碰撞系统技术特征

系统具有以下核心技术：（1）125MHz，14bit高精度采样。（2）目标特征参数关联跟踪算法。（3）TBD先跟踪后探测算法。（4）非恒定自适应门限处理。

基于以上技术，系统具有以下特点。

（1）在正常跟踪大、中目标的同时，实现对小目标的跟踪。

（2）实现对AIS故障或未安装AIS系统的小型船舶的航迹跟踪、预警。

（3）多种报警功能：区域闯入、离开报警；本船距离安全报警；航向安全报警；值班船、穿梭油轮排除报警。

（4）雷达覆盖范围内自动跟踪探测目标。

（5）多信息源融合能力。

（6）在威力重叠区域的目标会被多个传感器发现跟踪，多传感器融合跟踪器会根据每个传感器传来的目标绝对位置，航速、航向以及回波参数等得出唯一的目标参数。

（7）多功能综合显控终端。

（8）安装维护简易。

（9）灵活的可扩展性。

本系统可按照操作者要求增加传感器数量及终端数量，以扩展为大型系统。在现有配置和构成实现的前提下，全自动避碰与溢油探测系统以X波段雷达信号和AIS信号为基础，可以接入综合光电观察设备，实现雷达引导光电的设备联动和目标图像化。同时，本系统可以按照客户要求与其他类型的系统双向共享信息。系统后期通过升级增加模块，可平滑升级为浪高探测雷达等系统。

1.3 溢油探测技术特征

1.3.1 卫星遥感探测技术

卫星遥感监视以人造卫星为工作平台，利用卫星搭载的各种溢油遥感传感器接收来自地表层的信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别水面溢油。

卫星遥感的优点为监测范围大、图像资料易于处理和解译。其缺点为重复观测周期长、空间分辨率低，因此受到了一定的限制。

1.3.2 雷达探测技术

海面上的溢油会对海平面的波动产生影响。在雷达图像上“暗”或“亮”的区域（由海杂波造成的可视化效果来决定），体现了不同的情况。受到溢油影响的地方，反射相对小，因此雷达图像上看到的是一个相对“安静”的区域。这就是说，溢油区域与周围区域比较海杂波反射要少的多。溢油探测系统的任务就是处理探测到的图像，将白色区域确定下来。

以下是溢油探测的基本步骤。

（1）通过与雷达相连的用以搜集雷达扫描数据的计算机网络，再经过图像处理程序得到原始雷達图像数据。

（2）将图像从雷达投影转换成笛卡尔投影。

（3）图像处理，减少图像中的噪声。

（4）柱状图像转换。

（5）溢油甄别和确定。

（6）有关联区域标识。

（7）进一步分析、过滤。

（8）轮廓提取和过滤。

（9）决策规则。

（10）将确定的轮廓和其统计概率值、参数等提交到终端。

雷达溢油探测模块就是通过干净的海面与受污染的海面的各项指标的不同来探测溢油。在我们溢油探测的技术中，使用基于图形预处理、图形过滤的模式甄别；以及多次扫描方法进一步加以确认。通过统计方法进行螺旋式的过滤，使得对于溢油甄别的概率加大。

1.3.3 探测能力对比

经验得出1m3原油在海上扩散面积可以达到1.5万m2。

全自动溢油探测系统可以探测任意大于50m的溢油带，按照50m直径的圆形溢油带计算面积为1962.5m2。

假设溢油量为每小时0.5m3，计算得出溢油速达到系统所要求的面积所需要的时间是：雷达全自动溢油探测系统可以在发生溢油后3.82h发现并实时跟踪溢油区域。响应时间大大优于卫星遥感探测的发现时间（1天）。

技术特点对比如表1所示。

2 应用价值

此全自动避碰及溢油雷达系统，可为作业者提供实时、准确、可靠的海上船舶及溢油信息，做到早期发现、早期预警，极大地提高了决策者处理问题的时间效率，避免或控制重大事故的出现。且系统可以在海上平台现有AIS基础上，增加X波段雷达扩容和实现，施工成本低廉，施工简单，在国家对安全环保日益增强的环境下，不失为一种有效的监测和预警手段。

参考文献

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