小型LNG船通讯系统方案设计

王连佳，何金平，王炳轩，张 龙，徐渐晗

小型LNG船通讯系统方案设计

王连佳1，何金平1，王炳轩1，张 龙1，徐渐晗2

（1.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300457. 2. 中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131）

按照LNG运输船对自动化程度及安全性的要求，需提供LNG运输船及船只之间、船与陆地之间的有线及无线的通讯系统。本文以小型LNG运输船为应用目标，设计一套完整的自动化通讯系统，来满足小型LNG运输船的通讯需求。该方案提出的通讯系统能够将工作指令准确、迅速的传达，保证日常生产和安全航行，对船舶通讯系统详细设计提供指导。

LNG船舶 通讯系统 方案设计

0 引言

船舶自动化程度及通讯技术对船舶正常航行有着非常重要的作用。目前，对船舶通讯的要求已不仅仅局限于局部的、单一的、独立的监控和管理，而是对大范围、多层次、集中式的系统提出了更高要求。本研究针对某小型LNG船，开展方案设计研究，实现该船-船和船-岸通讯功能，保证其日常生产与安全航行。

1 通讯系统构成

通讯系统实现船舶内部工作指令的传达、船与船之间通讯、船与陆地之间通讯等功能，系统包含内部通讯系统、外部通讯系统、助航系统。通过有线和无线通讯保证船舶日常生产和安全航行。

2 内部通讯系统

2.1 自动电话系统

船上配备1套PABX程控交换系统，本系统将提供本船、岸站及全球范围内电话通讯业务和相关业务。此系统由程控交换机（PABX），主配线架，各种类型电话终端，电话电缆和其它相关设备和材料组成。电话终端安放在工作和休息区域内，特殊区域安装防水、防爆电话[1]。

PABX程控交换机将与卫星通讯系统相连，通过卫星链路完成与陆地之间的语音业务。PABX程控交换机将接入本船的广播/告警系统，完成启动电话广播功能。

2.2 声力电话系统

按照CCS有关规范要求，为LNG船提供内部通讯及应急联络服务的声力电话系统。采用船用无源增音式声力电话机，在无任何外部电源供给的情况，可作为船舶应急通讯联络设备使用[2]。

2.3 广播系统

配备一套广播系统，此系统在海洋石油领域有广泛应用。此系统由广播主机、控制话站、扬声器、电缆和其它相关材料组成。采用A/B双机系统：每个系统均可单独控制100%的外围设备。此冗余方式主要用于海洋石油领域；每个系统均配备100%的控制部件（控制板、放大器等）以控制100% 的外围设备；通过DDSI双系统接口确保控制话站同时连接到两个子系统；两个子系统完全隔离以保证在任何情况下至少有一套设备在工作。广播系统功能设置如下表：

表1 广播系统功能设置表

2.4 视频监控系统

船上将建设1套高清CCTV视频监控系统，该系统主要由：前端摄像机、硬盘录像系统、控制终端系统、流媒体转发系统及传输线缆等组成。

高清视频监控系统作为安全生产重要的辅助手段，具有实时性、高速响应、高清晰、大范围、稳定运行等几个必要条件，此系统主要用于对船舶的主要工艺装置区、主要电气设备运行情况进行监视，以便及时发现险情或确认生产工艺状态等；能够实现对监视现场的高清晰和每个细节的监视、录像，不仅可以监视现场发生的各种事件，现场的一些仪表信息、操作细节也能被很好的拍摄下来并记录。

在中控室建立监控中心，安装系统服务器主机，可实现对监控系统的全局管理。同时通过局域网，任意一台PC通过安装客户端软件均可作为分控端使用和操作监控系统。

LNG运输船属于危险品生产区域，具有很高的防爆要求，所以船上所安装的电器设备必须具备EX II BT5以上的防爆标准（中控室内安装的摄像机可采用非防爆机型）。

由于生产区全部为防爆区域，生产区安装的所有摄像机均采用EX II CT6防爆等级的一体化防爆摄像仪。

2.5 通用报警

参照“CCS”及“SOLAS”有关规范安装一套通用报警系统，用于通用紧急报警系统，以接入广播系统，使报警信号通过广播扬声器覆盖全船。警报板使用大规模集成电路及微处理技术，可产生多种报警信号[3]。

2.6 局域网系统

船上配备1套局域网系统，实现船舶内部网络通讯，此局域网可以通过卫星通讯系统连接到内部网络或互联网。

船舶网络使用卫星系统以太网接口作为船舶网关及上联主干出口，以交换机作为主干交换设备，用户终端计算机接入网络交换机中。

3 外部通讯系统

3.1 无线电通讯系统

3.1.1 GMDSS无线组合台

1）单边带系统

船上配备1套500 W中/短波单边带（MF/HF SSB）系统，此系统将作为卫星通讯系统的备份设备，确保LNG运输船对基地及其他船舶的通讯畅通，不致因卫星设备或其他原因造成的通讯联系中断。系统包括MF/HF SSB收发信机单元、DSC终端单元、电源单元和天线单元组成。系统设备安装位置为无线组合台内部。

该系统将提供与GPS系统联接接口。

2）卫星通讯C终端

Inmarsat-C终端是GMDSS（全球海上遇险和安全系统）中重要而且必须配备的设备。该系统是INMARSAT于1980年提供的一种存储转发双向数据通讯系统，可以用于日常通讯，提供双向电文、数据、E-mail、数据报告、单个寻呼、群呼、遥控遥测数据采集等服务[4]。

Inmarsat-C系统具有体积小、价格低、速度快、通讯费用低、运营时间长及全球覆盖等特点，已广泛用于海上通讯[5]。

3）无线组合台(电台框架)

船上配备一台无线组合台，主要适用于A3海区。它结合了MF/HF控制单元和Inmarsat-C终端，另外还有两个键盘及打印机。

4）应急电源系统(DC24 V Power Supply)

配备电池充电器和直流24 V镍镉电池共一套，此系统具有电压、电流检测功能。作为GMDSS系统设备（VHF-FM， NAVTEX ， GPS， SSB等设备）备用供电。

3.1.2 VHF-FM无线电系统

DSS的相关要求，为了便于LNG运输船与周围的船只之间进行话音通讯，在LNG运输船上配备1套VHF-FM海上无线电系统，该系统包括VHF发射器(内置DSC功能)、接收器、电源供应单元、天线及手持对讲机(本质安全类型，密封防水)等。收发信机的电源单元将会自动地把交流220 V转变为直流24 V。万一主电源断开，直流24 V电源块至少能够维持系统一个小时运作。

3.1.3 UHF-FM移动无线电系统

FM移动无线电系统要求用于在所有可操作性区域和所有LNG运输船的外部区域，以基站或对讲机的形式提供移动通讯信道。该系统主要包括超高频中继台、超高天线以及一定数量的手持对讲机。

FM移动无线电系统提供1套UHF-FM设备，安装在LNG运输船上。垂直安装，有全向传播的特点。室外天线安装在高处，室内天线安装在各层甲板，能够在特定的环境下适合用作业的需求。

3.1.4 NAVTEX接收机

LNG运输船配备一套NAVTEX 接收机，它可以自动接收海事安全信息。信息包括以下几种：沿海导航，气象警告，冰情报告，搜索和援救告警，预报信息，飞机领航信息，远距离无线导航系统信息。

3.1.5 应急无线电示位标

船上配备1套紧急示位标（EPIRB）设备，符合GMDSS和IMO的要求。应急无线电示位标包括一个发射器，一个紧急电源，一根天线，一套安装架和一套释放装置。该紧急示位标完全密封防水，能漂浮在水面工作。即使到达20米的水深处也不会受到任何损害。在船舶遇险时，通过人工激活，紧急示位标会在5秒钟之内开始运行，如果是自由漂浮类型的话，能够在水面漂浮时自动进入工作模式。

3.1.6 雷达应答器

船上配备一定数量的雷达应答器（SART），分别安装在救生艇上。雷达应答器的工作频率在9 GHz，通过询问任意的海上和天空雷达的9 GHz频段来产生一系列的响应信号。

3.1.7应急双向对讲系统

出于应急求救的目的，在LNG船需配备1套应急双向对讲机系统。整个系统配包括一定数量的对讲机以及配套的充电座（每个救生艇配备1个对讲机）。该设备用于救生艇之间，救生艇和主船之间通讯，符合GMDSS及SOLAS的要求。该对讲机能够设置工作在VHF-FM的16频道或者其它频道。发射器的RF输出功率位1～5瓦。该对讲机自身含有电源，有一充电电池和一锂电池，确保在发射和接收比为1：9的基础上，能够维持正常的工作8小时以上，并且提供充电座。

3.1.8 卫通F站

一套Inmarsat－F站系统将配备在LNG运输船上，该系统已经是GMDSS的标准配置设备，主要提供PSTN移动电话、传真、数据传输等基本业务。

3.1.9 卫星电视接收系统

船上配备1套卫星电视接收系统，实现船舶在停泊及航行过程中收看卫星电视节目，使船员及时了解外界信息，丰富船员的文化生活。该系统主要包括1套自动跟踪卫星电视接收天线、一定数量的卫星电视接收机等。建设的移动卫星电视接收系统，接收同步轨道卫星中星6B 20套电视信号。

3.1.10 KU波段卫星通讯系统

为了解决LNG运输船在海上作业期间电话、网络以及数据回传到陆地网络，为LNG运输船架设一套KU波段动中通卫星通讯系统，最大带宽可达2Mbps，使船舶在作业和航行期间保持不间断的数据通讯，以实现电话、网络、传真目的。

海上船载站选用KU波段动中通天线。LNG运输船上的卫星天线系统首先根据自身船位信息计算出对准卫星所需的方位角及仰角信息。天线控制系统会根据相关信息锁定并稳定跟踪该卫星。卫星Modem进行调制解调并通过该设备集成的网络交换功能引出网络功能。话音及传真采用VOIP设备接出中继，该设备与卫星Modem连接，通过网络数据的形式进行传输。

3.1.11气象站系统

在LNG运输船配备1套气象站系统，该系统主要提供实时的风向、风速、温度、湿度和气压信息。为船舶的生产提供必要的气象服务。该系统的组成包括：中心处理单元，风向风速传感器，温度湿度传感器，气压传感器，显示单元，风向风速显示单元，显示软件。

4 助航系统

4.1 船舶自动识别系统（AIS）

AIS（Automatic Identification System）全称自动识别系统，是近几年以来国际海事组织（IMO）、国际航标协会（IALA）、国际电信联盟（ITU）共同研究选择的船舶必须安装的设备之一[6]。国际海事组织最新通过的海上人命安全公约有关修正案中的要求，所有300总吨及以上的国际航行船舶，和500总吨及以上的非国际航行船舶，以及所有客船，应按要求配备一台自动识别系统（AIS）[7]。

配备1套AIS系统，包括AIS主机，GPS天线、VHF天线、工控机，专用软件（电子海图）等。船舶自动识别系统（AIS）能够集航行信息采集处理、无线电数据传输、电子海图信息系统于一体，配合全球定位系统（GPS）将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。

4.2 通导预警终端系统

配备一套通导预警终端系统，接入AIS系统，以电子海图为基础，对特殊区域内海底管线及船舶进行实时监控；可通过船舶位置数据信息，预警区域及电子海图等实现平台与船舶、船舶与管线之间避碰。

4.3 雾笛系统

配备一套雾迪系统，该系统满足SOLAS 1960和SOLAS 1974规则要求，满足IMO 1972 要求。具体技术参数如下：

雾笛系统技术参数表

技术参数参数要求 电源AC220 V 雾笛控制方式自动、手动、电动 声级（1m）至少138 dB 气源压力0.6～1.0Mpa 可听距离至少1.5海里

4.4 船载航行数据记录仪（VDR）

配备一套船载航行数据记录仪VDR系统，该系统不仅可以保存用于事故原因分析的船舶位置、速度、状况、主机动作、操作手段等船舶航行信息。还可以记录雷达数据、驾驶台声音、通讯声音、火灾报警、GPS、计程仪、风速风向等信息[8]，为海事调查和仲裁提供了科学的法律依据。该系统符合国际海事组织（IMO）A.861(20)决议性能标准，同时满足IEC61996、IEC60945和IEC61162等多项国际标准的要求，获得中国船级社（CCS）型式认可证书。

5 结语

本文是对小型LNG运输船通讯系统的设计分析，区别于以往船舶通讯系统局部的、单一的、独立的监控和管理，本文通过船舶内部通讯系统、外部通讯系统、助航系统的设计探索，设计一套完善的小型LNG运输船舶通讯系统，以满足LNG船舶对自动化和安全性的较高要求。方案提出的通讯系统能够将工作指令准确、迅速的传达，保证日常生产和安全航行。该通讯系统研究成果可运用到实际建造中，同时对后续船舶建造具有很好的借鉴意义。

[1] 船舶通讯导航技术介绍[A]. 中国造船工程学会. 2011船舶电气及通讯导航技术发展论坛论文集[C]. 中国造船工程学会: 中国造船工程学会, 2011: 5.

[2] 中国船级社. 钢质海船入级规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[3] 中国船级社. 气体燃料动力船检验指南[S]. 2010.

[4] IEC 61097-4-2012, 全球海上遇险和救助系统(GMDSS). 第4部分: INMARSAT-C船载地面站和INMARSAT增强群呼叫(EGC)设备. 操作和性能要求、测试方法和要求的试验结果[S]. 2012.

[5] 康红霞, 李兴林. INMARSAT-C全球移动目标监控管理系统[J]. 信息系统工程, 1999(06):40.

[6] 宋志凯. 船舶AIS关机监测系统在内河水域的应用[A]. 中国航海学会内河海事专业委员会. 2020年海事管理学术年会优秀论文集[C]. 中国航海学会内河海事专业委员会, 2020: 4.

[7] 王振洲, 王宇, 蒋庆朝. AIS在渔船上的应用与展望[J]. 数字通信世界, 2019(01): 157-158+49.

[8] 陈峰, 高丽浚, 于智勇. VDR新规解析及应用[J]. 广东造船, 2018, 37(03): 89-91+88.

Scheme Design of Communication System for Small LNG Carrier

Wang Lianjia1, He Jinping1, Wang Bingxuan1, Zhang Long1, Xu Jianhan2

(1.CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Co., Tianjin 300452, China. 2. CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co., Ltd. Tianjin 300131, China）

U653

A

1003-4862（2021）11-0061-04

2021-04-21

王连佳（1988-），男，工程硕士，工程师。研究方向：船舶机电设备管理。E-mail: wanglj60@cnooc.com.cn