综合船桥背景下船用雷达、AIS与ECDIS的综合应用

张正生 张树奎 谢保峰

摘要：本文介绍了雷达、AIS与ECDIS的主要功能，分析了三种系统在综合船桥背景下综合应用的优势和注意事项，并对其在未来智能船舶时代的发展方向进行了预测。

关键词：雷达;AIS;ECDIS;综合船桥系统;综合应用

中图分类号：U644.4         文献标识码：A

随着科技的发展，各种新型导航设备不断涌现，但这些设备相对独立、布置分散，各种导航信息缺乏有效的整合，这就给值班驾驶员（Officer of the Watch， OOW）作出综合判断带来了很大压力，也导致OOW容易出现判断失误。为了避免这种误判，必须合理、集成地布置驾驶台导航设备，特别是在功能上对各种导航设备进行综合和优化，向OOW提供经过有效整合的综合导航信息。在这种背景下，综合船桥系统应运而生，并在航海生产实际中得到了广泛的应用[1]。

如图1所示，雷达、AIS和ECDIS既是综合船桥系统中最重要的三个设备和传感器，也是综合船桥系统中人机交互界面的硬件基础。因此，雷达、AIS以及ECDIS在综合船桥系统中的综合应用对于船舶航行安全至关重要。

1 船用雷达、AIS与ECDIS及各自的主要功能

1.1 船用雷达系统及其主要功能

船用雷达是现代船舶驾驶台上最重要的导航仪器之一，自二战之后应用于商船，至今已有几十年历史。早期船用雷达利用微波段电磁波直线传播和反射的原理，只能获取目标的方位和距离。自20世纪60年代开始，电子计算机技术在各个领域广为应用，船用雷达的计算机处理部分通过对目标持续的跟踪，能够准确快速获取目标的方位、距离、航向、航速、DCPA、TCPA等避碰参数，并直观地显示出来;帮助OOW判断碰撞危险，制定避碰决策，采取相应的避碰行动，并核查避碰行动的有效性，确定恢复原航向 / 航速的时机，在船舶避碰应用中显示出特有的优越性。在现代船舶的综合船桥中，船用雷达既被看作保持正规暸望、避免船舶碰撞的有效手段，也被认为是航行定位、导航的重要仪器之一，是避碰无可替代的信息终端，是避碰工作站重要的硬件基础[1]。

1.2 AIS及其主要功能

船舶自动识别系统（AIS）是可以在VHF的87频和88频上，在一定的作用范围内，进行船-船和船-岸的识别、导航和通信信息的传输，自动完成船-岸和船-船识别的现代助航系统;可以不依赖雷达自动发送本船AIS信息、获取目标船航行数据，改善船舶避碰信息状况。[2]AIS船台通常由一个VHF发射机、两个VHF接收机、一个GNSS接收机、一个通信处理器以及人机交互界面组成。AIS系统的主要功能如下：

（1）自动连续地接收船台、岸台的AIS信息，自动连续地发射本船的AIS信息。

（2）对与安全有关和优先级别高的的调用优先回应。

（3）作为VTS的工具向主管部门提供船舶和货物信息，帮助其对船舶进行精确跟踪和动态监视。

（4）提供标准输入和输出数据的接口，接收其他设备的信息以及向其他設备输出信息，以作为综合船桥系统中最重要的一个目标信息来源。

1.3 ECDIS系统及主要功能

电子海图显示与信息系统（ECDIS）是通过专用计算机的控制，把海图信息、船位信息、雷达信息等其他船舶动态信息集中处理，并主要以图文形式显示在专用显示器上的新型船舶导航及辅助决策系统，是继雷达之后，航运领域的又一里程碑式的重大技术应用，是综合船桥系统的航线设计工作站。其主要功能如下：

（1）以各种显示方式进行海图显示，并根据需要可分层显示海图信息。

（2）可以进行航线设计，是综合船桥系统的航线设计工作站。

（3）可以通过人工、自动或半自动的方式进行更新。

（4）可以查询组成电子航海图的物标航海信息或者整个航线上的航行条件信息。

（5）可以对航行中的船舶， 按照事先预设的计划航线进行动态监管、计算偏离量等，必要时给出指示和报警。

（6）可以记录船舶航行过程中所用海图的详细信息以及航行要素， 并具有法律效力。

综上，单独从三个设备的各自功能来看，它们各有短板，因此，最优方案应该是设备间的综合应用，组合互补。

2 船用雷达、AIS与ECDIS在综合船桥背景下的综合应用

目前，随着综合船桥系统的普及推广，雷达、AIS与ECDIS已很少被当作一个单独的导航设备来使用，而是相互之间互为传感器、互为子系统，在综合船桥的框架之下综合应用。航海人员应充分了解这三种设备综合应用的优势和注意事项，充分发挥设备、系统组合互补的优势，尽量避免其带来的不利影响，确保航行安全。

2.1 船用雷达、AIS与ECDIS综合应用的优势

2.1.1 信息高度集成

综合船桥其中的一个基本思想就是要把相互独立的设备信息有效整合，以供船舶驾驶人员更为高效地使用。在目前主流厂商生产的综合船桥系统中，基本都已经实现在驾驶台的任意一台综合显示器上（两个雷达综合显示器、一个或两个ECDIS综合显示器），获取AIS、雷达或ECDIS的所有信息，并且这种信息的集成不是简单的设备叠加，而是对功能的综合和对信息的综合处理。由此带来的好处是显而易见的，它降低了OOW的工作强度和判断失误，大大改善了船舶导航的有效性和安全性。

2.1.2 信息更全面可靠

在单独使用雷达、AIS或ECDIS时，OOW始终无法同时获得航行时所需的航行环境或目标的全部信息。比如，我们单独使用雷达时无法获得盲区内、扇形阴影区被杂波淹没的目标信息以及周围航行环境的信息（潮、流、底质等）;单独使用AIS时无法获得没有安装AIS设备的目标信息以及周围航行环境的信息[3];单独使用ECDIS时无法获得周围动态目标的信息。而在综合船桥平台上综合应用以上设备时，不同设备之间可以相互取长补短。借助雷达、AIS与ECDIS的综合，我们可以同时获取雷达盲区内、雨雪海浪杂波干扰区内的目标信息（AIS不存在近距离盲区，受雨雪海浪干扰小）;可以获取周围航行环境中潮、流、底质以及所有组成电子航海图物标的航海信息（ECDIS可查询信息）;还可以获得本船周围动态目标的信息，包括那些没有安装AIS设备的动态目标（雷达可主动获取目标数据）。

综上，通过不同设备的综合应用，可以同时获取单一设备无法获取的信息。并且不同设备获取的同一目标信息，可以经过系统的关联运算后，大幅提高目标信息的可靠性和可用度。船舶驾驶人员在信息充分的基础上，可以作出更为及时、准确、全面的判断，保障船舶航行安全。

2.1.3 目标信息获取更及时

从原理上看，无论计算机的处理速度有多快，雷达都要持续地对目标进行跟踪才能获取目标信息，因而无论多先进的雷达都会存在跟踪延时的问题;而AIS从原理上看，获取目标的信息延时极短，特别是高动态的目标，对于船舶这样速度的用户来说，在多数情况下几乎可以认为是实时的。在综合船桥的框架下，通过雷达、AIS和ECDIS的综合应用，我们可以利用AIS获取目标信息的低延时特性，提供给雷达和ECDIS更多的实时信息;在船只密集区，如码头、港区、河口等区域，迅速获取环境与目标信息，迅速作出判断，迅速采取安全可行的避让措施[4]。

2.2 雷达、AIS与ECDIS综合应用应注意的几点

2.2.1 统一公共基准点

统一公共基准点（CCRP）是指在本船上确定一个位置点，关于本船的所有水平测数据，方位、距离、目标相对航向、目标相对航速、CPA、TCPA，均以此位置点为基准点所得。通常，CCRP设为本船驾驶台的指挥位置，在系统安装时设定。在被明确标示和能够显著区分的情况下，有的设备上可以设置多个CCRP，在航行中由驾驶人员根据航行任务的需要酌情选择。CCRP是多设备综合应用时保障精确观测目标参数的基础。因此，在雷达、AIS以及ECDIS多设备综合应用时，要特别注意CCRP设置是否合理。

2.2.2 传感器误差

当雷达、AIS以及ECDIS多设备综合应用时，涉及到的关键传感器主要包括：GNSS（位置）传感器、THD（艏向）传感器、SDME（速度与距离）传感器、AIS本身以及雷达本身。这些关键传感器的误差在很大程度上决定了目标数据的精度和对局面判断的正确与否，尤其在航行精度要求高、机动性强、富余水深受限、航速較低等航行环境中，需要雷达、AIS以及ECDIS多设备综合应用协助航行，驾驶团队要特别注意这些关键传感器提供极限数据精度的限制，避免盲目使用和疏于核查关键传感器提供的数据而导致的不利安全情景发生。

2.2.3 ECDIS本身局限性

ECDIS局限性包括：（1）软件维护问题。导致系统可能不满足 SOLASA公约V192.14规定，不符合IHO《ENC产品规范》最新版本或表示库，无法正确加载和显示最新绘制的航道特征;或即使航道特征已经包含于ENC，也可能无法启动应有的报警和指示。（2）运行异常问题。随着 ECDIS在船上强制配备，IMO收到了一定数量的 ECDIS运行异常报告。如果 ECDIS作为本船海图的唯一来源，则要特别注意驾驶团队对此应有完备的知识储备和充分的应变能力。

3 结语

虽然，现行的综合船桥系统下船用雷达、AIS与ECDIS的综合应用对信息航海发展的推动作用具有里程碑式的意义，但随着信息航海深入发展，现行系统仍需继续大幅改进，以适应智能化船舶时代的到来。笔者认为未来航海导航系统之间的功能综合和数据综合处理（数据融合）将是更深度的融合，在智能识别、态势评估和自动航行方向会有很大的发展潜力，并且对航运的安全、高效和环保起到积极的作用。需要特别指出的是在船-船间、船-岸间信息传输方面，现行的AIS系统会因为其传输带宽窄、传输速度与效率低、传输协议版本陈旧等因素，注定不会是未来信息航海的最佳系统平台和载体，会被全新的高速、高效、安全的船舶自动信息传输技术取代。

（责任编辑：武多多）

参考文献：

[1]赵燕.船舶综合导航系统雷达与AIS数据处理技术[D].大连：大连海事大学，2010.

[2]刘彤，陈铎，张国强.船舶综合驾驶台通信与导航系统[M].大连海事大学出版社，2012：188-211.

[3]苑靖国，张海奉.船用导航雷达和AIS综合应用的优势与局限[J].科学创新与运用，2012（2）：12-13.

[4]王小金.船载AIS和导航雷达在使用中应优势互补[J].航海技术，2002（6）：30-31.