探讨根据信息集成预处理的船舶综合舰桥系统

罗毅

摘要：舰桥在船舶中担负着指挥枢纽的地位，是航行安全的一线保障。在航海事业发展初期，舰桥采用的是单独工作的模式，船舶整体信息集成度不高，信息处理能力较为有限。随着自动化机械的普及、航海理论的深化，以自动航行为特征的综合舰桥系统应运而生，有效提升了船舶管理效率，保障了航行安全。本文从三个关键方面对舰桥系统信息集成处理进行了设计思路探究，并提出了相应的优化路径。

Abstract： The bridge bears the position of command hub in ships and is the front-line guarantee of navigation safety.In the early stage of the development of navigation， the bridge adopts the separate work mode， the overall information integration degree of the ship is not high， and the information processing capacity is relatively limited.With the popularization of automatic machinery and the deepening of navigation theory， the comprehensive bridge system characterized by automatic navigation emerged at the historic moment， which effectively improved the efficiency of ship management and ensured the navigation safety.This paper explores the design idea of information integration of ship bridge system from three key aspects and proposes the corresponding optimization path.

关键词：信息集成;综合舰桥系统;电子海图;CAN总线

Key words： information integration;integrated bridge system;electronic chart;CAN bus

中图分类号：TP311                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0237-02

0  引言

航海业是我国国民产业的重要成分，除运输航海、渔业航海外，还有以军事、科考等为目标的航海，发展航海事业是我国扩大经济交流范围，提升国防安全实力的重要渠道。然而，旧有模式中由于科技手段的限制，船舶对海洋坐标、航行状态等信息的收集处理过于分散，集成处理能力较差，在一定程度上增加了航行风险，亟需寻找新型的集成化信息处理模式。

1  综合舰桥系统结构概述

综合舰桥系统IBS是为改善传统模式中驾驶、指挥单独运作，信息处理能力受限等状况而研发出来的，从20世纪70年代诞生至今，它与自动化技术的融合度愈发紧密，当前已经成为了集电子导航、驾驶控制、信息交换等功能为一体的综合性系统，在现代互联网技术的支撑下，面对突发事件响应速度极快，控制性能优良，为航行安全提供了有力保障。挪威是该技术的第一发源地，研发之初系统较为简单，避障和导航是其主要的功能價值。至20世纪80年代以后，受经济环境影响，各国纷纷将目光聚焦到IBS的优化上，系统功能持续完善，智能化和综合化特征日趋明显。当前针对IBS的研究已经上升到了系统工程层面，在自动驾驶、雷达避碰等传统功能的基础上，主张通过信息技术、互联网、控制技术等的融合，实现动态监控、消防报警等功能的全面统一。纵观现阶段世界各国IBS系统产品，结构基本可以划分为五个部分，一是电子海图系统，借助卫星定位和信息采集，可以辅助航线规划决策，显示海区情况等;二是自动识别系统，主要面向其他船舶或航空器，能够满足船舶型号、位置等信息的传送和接收需求;三是自动雷达辅助系统，可以自动获取避碰点，为驾驶员提供实时避碰信息;四是舰船综合报警系统，主要负责提供潜在危险信息，引导驾驶员及时排除风险因素;五是综合显示信息系统，贯穿航行、靠泊的所有阶段，负责显示主要设备信息。考虑到信息收集阶段有可能存在的误差情况，数据预处理是十分必要的，因此本文从导航、数据库、报警系统三个层面对信息集成预处理进行了设计思路分析和优化探讨，以提升数据精准度，使IBS系统更好地服务于航海事业。

2  综合舰桥系统信息集成预处理实现价值

2.1 提升故障预报和诊断能力

船舶动力装置是船舶设备管理中的重点对象，在航行能量的供应中具有直观重要的地位，其中主动力装置主要有汽轮机、柴油机等类型，能够为船舶的航行提供推动力。这些装置通常由主机、传动设备等组成，运行中各部件受热能、外部摩擦等的共同作用，较易发生磨损老化，一旦关键设备出现故障，将会直接带来安全风险。应用舰桥系统可以对设备运行信息进行集成化的实时收集和处理，防止重大安全事故出现，集成预处理功能的实现，还能对数据起到校正作用，使之更加符合数据库存储要求，同时提升兼容性，保障故障预报和诊断的准确性。

2.2 强化船舶综合管理功能

综合舰桥系统本身具有高度的整合性，可以将海域信息、船舶状态等信息汇聚到控制设备当中进行集中处理，通过共享机制消除信息差，使全船能够在统一信息资源储备、统一事务调度指令下完成航行作业，集成后的信息还可以通过卫星远程传输至航运公司、陆地管理机构，从而提升航运信息动态监控能力，保障管理的有效性。綜合航运系统对航线、气象等信息的收集也能为航运规划提供依据，提升决策的合理性，集成信息预处理的实现，还可以及时纠正数据，避免系统信息渠道不畅带来的严重后果，使船舶综合管理更加科学和优质。

3  综合舰桥系统信息集成预处理实现策略

3.1 集成导航系统信息预处理设计

综合舰桥系统中主要应用电子海图作为导航工具，它能够以最新海图信息为依据进行数据更新，满足投影显示和比例尺缩放需求，并在航行中实时调取静态地理坐标，向船舶控制室传达周围暗礁、岛屿等的相对位置。在静态坐标基础上，电子海图还能实时判别设定航线是否科学，与周围地物之间的相对间距是否合理，从而降低人为因素在航行中的作用。实践操作中只需要事先设置偏差极值，当实际航线超出这一极值限定时，电子海图就会发出偏离警告，以此保证航迹正确。为电子海图提供导航信息的设备是非常多样的，除GPS外，还有测深仪、气象仪等，因此可以通过对多渠道、多维度的信息进行综合分析处理，从而得出最为准确的船位、航速等数据。此外，电子海图还具有数据备份功能，当系统发生故障时，船舶可以选择使用备份系统完成航行，从而降低系统瘫痪带来的不稳定影响。

电子海图系统信息的集成预处理主要体现在图像更正、航海信息咨询等环节，它所对接的是由官方ENC专门制作的更正数据[1]，船舶航行中航海人员还可以经由通告、航行警告等进行实时更正，在自动化基础上，支持手工和半自动数据预处理，灵活性更高，数据适用性和准确性都显著提升。同时，电子海图还设置有信息查询功能，以潮汐时间、地点数据为例，航行期间驾驶员可以通过鼠标对意向位置进行数据请求，系统会自动联网获取该地历史潮汐数据，并经过复杂计算将信息文字信息等显示在屏幕上，辅助航海路线决策，以此实现信息集成预处理。

3.2 集成数据库信息预处理设计

实时数据库是综合舰桥系统集成化运转的基础，能够为数据的处理提供更精准更实时的信息，保障电子海图等子系统的运行效率。在事务处理方面，传统数据库普遍采用ACID模型，在此规则内单个事务必须完成全部操作，数据事务之间具有明显的隔离性，事务完成后也不能满足撤回要求，这种运作模式在航海事业发展早期较为适用，但随着当前数据信息的多元化发展，已经远不能满足实践需要。基于此，本文引进了以物联网为基础的实时数据库模式，采用开放源码运行方式，数据库在满足存储功能的基础上，还可以进行查询和分析，通过日志读取、写入完成数据更改和记录，同时重新设计了TCP/IP协议接口，系统可以根据忙线程数量等信息进行动态调整。当实时数据库运行中遇到阻断障碍，重启后会自动恢复中断事务，降低系统损失，从而保障信息集成化处理的稳定性。

实时数据库对于集成信息的预处理主要体现事务调度、I/O缓冲区域等的设计上，采用BASE思想建立事务调度模型，通过事务重要性、顺序性等指标进行优先等级划分，增强模型面对并发事务时的适应性，同时还附加了加锁控制设定，可以有效提升数据完整性。考虑到数据体量过大会给实时数据库带来较大的负荷压力，甚至导致存储功能瘫痪，因此在算法上还做了调整，对于超过限值大小的文件，提前进行压缩处理，提升数据库运作能力，保障实时更新稳定性。由于实时数据库是在物联网基础上搭建起来的，需要连接较多的传感设备、硬件设施等，因此可能出现不兼容问题，导致系统瘫痪，因此在读写集成化信息读写操作前，还设置了I/O缓冲区域，对接口不匹配的问题进行预处理[2]。

3.3 集成报警系统信息预处理设计

在IBS系统中，报警系统主要有两种控制运作模式，一种是集散型控制系统，它采用了分布式控制的策略，可以实现多节点信息采集工作，局域网特征较为明显，某节点的故障并不会对系统运行产生较大影响，稳定性较高。同时，它的监测分站一般分布在设备附近，电缆连接需求量不高，因此信号传送过程中受线路稳定性的制约也不甚明显，整体故障率较低。但在分布式架构中，数据是以递进形式传播，点到点的架构使得传输量极为受限，精准度也相对降低，节点排列时对设备总量要求较高，前期成本极大。另一种则是现场总线技术，主要有网关、操作站等几个组成部分，结构较为分散，可以满足多机舱分部运行的需求，通过和以太网的配合，能够有效提升系统稳定性，并实现集成化管理，在当前的航海实践中得到了极其广泛的应用。

因此在舰桥系统信息集成预处理设计中，引入了CAN总线技术，各分部设备均通过双绞线形式与总线相连接，数据交流采用串行通行模式，每台设备的标识符都是独一无二的，当主机进行信息广播时，无论是否为目标设备，各节点都会进入待接收装填，并根据附带的地址信息进行判别与读取。例如总线结构中船舶防火监控与报警系统，其总监控并入集成的船舶综合舰桥系统，另在船长室内有分控屏，其它船舱内部则设置了声光报警器，总线模块在接受到隐患信息之后，将其进行A/D转换和传输[3]。CAN总线还具有错误检测与处理机制，这是集成信息预处理的关键所在，通过循环冗余检查、报文格式检查等，可以有效提升数据传送的准确性。

4  结论

综上所述，加强综合舰桥系统信息集成预处理性能，有助于提升船舱设备故障预防和诊断能力，强化船舶综合管理能力，因此要正视这一技术的优越性，发掘电子海图系统在图像更正、航海信息咨询等方面的运用机制，促进物联网技术与船舶实时数据库的融合，引入CAN总线技术提升异常报警的准确性，从而实现综合舰桥系统的优化，为航海安全奠定扎实基础。

参考文献：

[1]郝振钧.电子海图显示与信息系统新技术的实施[J].产业与科技论坛，2018，17（22）：65-66.

[2]宋全记.基于物联网和云平台的船舶远程智能安全报警系统[J].微型电脑应用，2020，36（04）：153-156.

[3]闵红利.分布式总线通信模块在船舶防火监控与报警系统的应用[J].舰船科学技术，2018，40（06）：145-147.