1、中 外 船 舶 科 技 2 0 0 7 年 第 3 期综 合 船 桥 系 统 的 应 用 与 发 展王 淑 瑛( 中 船 重 工 集 团 公 司 7 0 7 研 究 所 九 江 分 部 江 西 九 江 3 3 2 0 0 7 )摘 要 : 本 文 首 先 描 述 了 美 国 海 军 综 合 船 桥 系 统 , 叙 述 了 该 系 统 在 各 类 舰 船 上 的 应 用 ; 然 后 论 述 了 该 系 统 采 用 的 关 键 技 术 ,最 后 阐 述 了 未 来 船 桥 系 统 的 发 展 和 展 望 。关 键 词 : 综 合 船 桥 ; 系 统 技 术 ; 装 船 应 用 ; 关 键 技 术
2、; 发 展 展 望综 合 船 桥 系 统 是 人 员 、 设 备 和 程 序 的 结 合 , 用 以 实现 船 桥 所 要 求 的 全 部 功 能 , 这 些 功 能 包 括 导 航 、 机 动 、通 信 、 监 视 、 管 理 和 安 全 等 等 。 该 系 统 被 简 称 为 I B S( I n t e g r a t e d B r i d g e S y s t e m ) , 是 继 综 合 导 航 系 统 I N S( I n t e g r a t e d N a v i g a t i o n S y s t e m ) 问 世 之 后 发 展 起 来 的 海上 自 动 航
3、行 系 统 。 它 的 问 世 使 延 续 了 几 个 世 纪 的 导 航技 术 , 让 位 给 了 综 合 船 桥 系 统 技 术 , 也 给 船 舶 导 航 领 域带 来 了 一 场 变 革 。 这 场 变 革 也 对 世 界 各 国 的 船 舶 工 业 ,包 括 军 船 、 商 船 、 民 船 和 游 船 产 生 了 深 远 的 影 响 。1 导 航 - 几 个 世 纪 的 传 统 技 术导 航 被 描 述 为 一 门 科 学 或 一 门 技 术 。 称 其 为 科 学 ,是 因 为 它 涵 盖 了 仪 器 、 方 法 、 数 学 等 技 术 的 发 展 和 应用 ; 称 其 为 技 术
4、 , 是 因 为 它 包 含 了 对 这 些 工 具 的 熟 练 使用 和 在 使 用 中 获 得 信 息 的 应 用 和 解 释 。 大 量 的 工 作 需要 借 助 精 密 仪 器 和 精 确 的 数 学 用 表 来 完 成 , 而 且 , 在 进行 了 观 察 和 计 算 之 后 , 在 确 定 了 “ 船 舶 位 置 在 海 图 某 一点 上 ” 时 , 老 练 的 航 海 家 就 可 以 进 行 一 次 判 断 性 测 量了 。 而 目 前 这 一 过 程 在 很 大 程 度 上 已 由 I B S 系 统 自 动地 完 成 了 。任 何 一 个 曾 在 海 上 航 行 的 船 桥
5、了 望 人 员 都 会 很 容易 地 注 意 到 综 合 船 桥 系 统 技 术 以 及 相 对 于 传 统 的 人 工方 式 的 导 航 和 领 航 技 术 的 先 进 性 。 在 传 统 操 作 中 , 需 要用 较 长 的 时 间 将 罗 经 的 方 位 、 雷 达 测 量 的 距 离 、 电 子 测量 或 者 天 空 观 察 出 的 位 置 变 换 成 标 在 海 图 上 的 航 线 。到 目 前 为 止 , 航 海 者 时 刻 用 眼 睛 盯 着 那 些 过 时 图 像 , 然后 , 再 用 船 位 推 算 法 对 航 向 和 速 度 进 行 估 计 以 显 示 实时 状 态 , 这
6、 样 的 方 法 已 经 过 时 了 。 对 现 代 综 合 船 桥 系 统来 说 , 从 船 舶 电 子 传 感 器 , 包 括 平 台 罗 经 、 计 程 仪 、 卫 星导 航 接 收 机 、 雷 达 以 及 其 它 设 备 传 递 来 的 数 据 信 息 可被 自 动 地 接 收 , 然 后 , 再 直 接 送 到 计 算 机 , 并 立 即 转 换成 彩 色 电 子 海 图 显 示 的 船 舶 位 置 、 实 时 状 态 的 单 一 的综 合 图 像 。 值 得 注 意 的 是 , I B S 技 术 并 未 消 除 导 航 的 经验 性 , 所 显 示 的 信 息 仍 需 要 有 经
7、 验 的 人 来 解 释 。 他 需 根据 自 己 对 电 子 海 图 上 的 可 视 化 图 像 和 他 个 人 的 经 验 进行 判 断 , 做 出 在 有 其 它 船 舶 和 航 行 危 险 物 存 在 的 情 况下 如 何 安 全 地 操 作 船 舶 以 避 开 危 险 物 的 决 定 。 总 而 言之 , 综 合 船 桥 系 统 的 实 质 就 是 导 航 系 统 与 驾 控 系 统 在功 能 和 设 备 上 从 人 机 工 程 学 的 角 度 进 行 有 机 结 合 , 以一 种 全 新 的 方 式 来 实 现 船 舶 导 航 和 操 纵 自 动 化 ; 其 目的 是 通 过 对
8、船 桥 功 能 的 合 理 设 计 , 实 现 船 桥 操 作 自 动化 , 减 少 船 上 人 员 , 提 高 船 舶 航 行 有 效 性 和 安 全 性 。综 合 船 桥 系 统 最 初 追 求 的 是 建 立 在 航 迹 保 持 基 础上 的 航 行 自 动 化 , 后 来 逐 步 发 展 成 为 集 船 舶 航 行 状 态监 测 、 预 报 和 控 制 、 航 行 管 理 、 航 路 导 航 、 综 合 避 碰 、 通信 、 动 力 监 视 及 遥 控 为 一 体 的 信 息 化 系 统 。 从 广 义 上讲 , 它 还 包 括 综 合 舰 务 管 理 、 舰 艇 消 防 控 制 系
9、统 等 。 直接 推 动 综 合 船 桥 系 统 发 展 的 是 现 代 控 制 理 论 和 技 术 、计 算 机 技 术 、 信 息 处 理 技 术 、 网 络 技 术 、 智 能 技 术 、 人 机工 程 学 和 通 信 技 术 等 的 发 展 和 创 新 。综 合 船 桥 系 统 由 多 个 子 系 统 组 成 , 而 且 所 有 子 系统 紧 密 结 合 组 成 一 个 综 合 网 络 。 典 型 的 I B S 和 E C D I S由 以 下 所 有 或 者 其 中 某 些 模 块 组 成 :- 计 划 制 定 工 作 站- 带 有 E C D I S 的 导 航 工 作 站- 指
10、 挥 显 示 工 作 站- 操 舵 控 制 和 自 动 领 航 系 统- 导 航 / 水 面 搜 索 雷 达- 环 形 激 光 陀 螺 惯 导- 计 程 仪- 风 速 风 向 及 气 象 传 感 器- 差 分 G P S 系 统- 深 度 传 感 器- 红 外 线 传 感 器- 导 航 数 据 分 发 网 络船 舶 机 电2 5中 外 船 舶 科 技 2 0 0 7 年 第 3 期- 黑 匣 子 航 海 数 据 记 录 仪这 些 子 系 统 通 过 一 个 由 斯 佩 利 船 舶 公 司 的 航 海 管理 系 统 所 控 制 的 局 域 网 组 合 在 一 起 。 这 一 终 端 开 放 的W
11、 - N T 软 件 被 设 计 成 可 接 受 未 来 技 术 的 接 口 。根 据 使 用 经 验 , I B S 可 以 为 船 舶 操 作 带 来 相 当 多 的好 处 , 包 括 : 通 过 自 动 化 、 快 速 的 数 据 处 理 和 高 效 集 中 的显 示 , 降 低 了 船 舶 操 纵 控 制 成 本 。 通 过 自 适 应 驾 驶 可 以 减 少 油 料 的 消 耗 , 舵 机的 机 动 也 大 大 减 少 , 同 时 还 保 持 着 航 向 。 通 过 增 强 安 全 航 行 范 围 , 自 动 数 据 搜 集 、 高 效导 航 数 据 显 示 和 船 舶 控 制 提
12、高 了 对 航 行 状 态 的 认 识 ,优 化 了 包 括 防 搁 浅 和 避 免 碰 撞 等 船 舶 操 纵 控 制 的 决 策制 定 过 程 。 通 过 自 动 驾 驶 跟 踪 控 制 实 现 更 精 确 的 船 舶 控制 , 提 高 了 船 舶 安 全 性 和 操 纵 控 制 效 率 。 加 强 了 系 统 机 动 性 扩 展 能 力 , 使 I B S 容 易 进行 修 改 和 扩 展 以 适 应 未 来 船 舶 任 务 的 需 求 。 降 低 了 寿 命 周 期 成 本 , 提 高 了 平 均 无 故 障 工作 时 间 ( M T B F ) 。 网 络 、 电 子 海 图 信 息
13、 显 示 系 统 ( E C D I S ) 、 自 动雷 达 辅 助 绘 图 ( A R P A ) 、 船 舶 控 制 显 示 系 统 ( S C D S ) 以及 自 动 驾 驶 、 高 度 综 合 控 制 作 用 , 这 些 都 大 大 改 善 了 船舶 导 航 的 有 效 性 和 安 全 性 。2 I B S 技 术 在 美 国 海 军 舰 船 中 的 应 用美 国 海 军 舰 船 约 克 敦 号 ( C G 4 8 ) 是 第 一 艘 采 用 利 顿公 司 I B S 技 术 的 美 国 主 战 舰 船 。 该 舰 采 用 作 为 “ 智 能 舰船 ” 主 要 技 术 之 一 的
14、I B S 技 术 的 目 的 是 使 该 舰 在 许 多方 面 实 现 自 动 化 。 最 初 的 使 用 结 果 清 楚 地 表 明 了 I B S的 价 值 : 它 大 大 增 强 了 状 态 认 识 能 力 , 大 大 减 少 了 在 特殊 情 况 下 和 在 正 常 航 行 期 间 舰 桥 了 望 人 员 的 数 量 。 自1 9 9 7 年 在 约 克 敦 号 上 首 次 安 装 以 来 , 美 国 海 军 已 在 大约 1 4 0 艘 水 面 舰 船 和 潜 艇 上 安 装 或 正 在 安 装 利 顿 公 司提 供 的 I B S 和 E C D I S 相 关 产 品 。 目
15、前 这 一 最 新 技 术 已在 1 4 艘 风 暴 级 巡 逻 艇 、 1 0 艘 其 它 水 面 战 舰 、 5 艘 航 空母 舰 、 1 5 艘 军 用 海 上 补 给 指 挥 船 、 2 艘 气 垫 登 陆 艇 和 6艘 大 型 装 甲 两 栖 船 舶 上 得 到 应 用 ; 另 外 , 所 有 的 美 国 潜艇 , 包 括 洛 杉 机 级 、 三 叉 戟 级 、 弗 吉 尼 亚 级 和 海 狼 级 潜艇 也 都 装 备 了 利 顿 公 司 提 供 的 I B S 。2 . 1 巡 逻 艇风 暴 级 巡 逻 艇 ( P C - 1 ) 是 首 次 完 全 按 照 利 顿 公 司 的I
16、B S 进 行 设 计 和 制 造 的 一 级 舰 艇 。 该 级 舰 艇 的 主 要 任 务是 提 供 特 殊 的 高 速 浅 海 支 持 的 作 战 力 量 , 另 外 还 参 加禁 毒 以 及 更 广 范 围 的 作 业 任 务 。 这 些 舰 艇 由 大 约 2 0 人左 右 的 小 组 操 纵 控 制 , 航 速 常 规 在 3 0 k n 以 上 。 它 们 支持 特 殊 作 战 的 一 些 活 动 常 使 它 们 能 出 现 在 能 见 度 低 航行 较 为 困 难 的 危 险 海 域 。 该 级 的 最 新 一 级 舰 艇 龙 卷 风号 于 2 0 0 0 年 6 月 下 旬
17、开 始 服 役 。 该 舰 长 1 8 1 f t . , 是 暴 风级 舰 艇 中 最 新 最 长 的 舰 艇 , 完 全 由 综 合 指 挥 控 制 系 统( C 2 ) 操 纵 控 制 。 利 顿 公 司 为 本 舰 提 供 的 舰 桥 系 统 , 包 括带 有 V M S 和 E C D I S 的 I B S 系 统 、 自 适 应 数 字 陀 螺 自 动驾 驶 台 、 两 套 R A S C A R 导 航 雷 达 和 高 精 度 D G P S 。 另外 , 从 1 9 9 4 年 以 来 , I B S 现 有 的 P C 机 已 经 经 历 了 数 次的 软 件 和 硬 件
18、升 级 。 在 多 次 升 级 计 划 中 包 括 用 平 板 显示 技 术 来 全 面 代 替 老 式 的 C R T 计 算 机 显 示 技 术 、 用 升级 主 舰 桥 导 航 雷 达 ( 代 替 老 式 的 R A S C A R 雷 达 ) 、 以 及采 用 一 台 全 面 兼 容 的 E C D I S - N 导 航 工 作 站 。 在 高 速 航行 、 较 小 的 船 员 小 组 以 及 高 效 操 作 要 求 下 , P C 机 成 了完 美 的 显 示 I B S 特 长 的 平 台 , 比 较 以 往 , 舰 艇 在 较 少 了望 人 员 的 情 况 下 可 以 得 到
19、安 全 的 操 作 控 制 。 这 就 意 味着 艇 员 可 以 在 其 它 方 面 的 操 作 和 舰 艇 战 斗 “ 指 挥 ” 方 面多 用 些 精 力 。 美 国 西 风 号 ( P C - 8 ) 指 挥 官 曾 经 说 过 :“ 在我 的 舰 艇 上 , I B S 是 最 全 能 的 。 我 们 可 以 在 零 可 见 度 下利 用 雷 达 导 航 和 安 装 在 船 上 的 I B S 系 统 从 海 上 驶 进 圣迭 哥 港 。 在 使 用 I B S 时 , 我 完 全 依 赖 和 信 任 I B S 的 导 航图 。 ”2 . 2 水 面 战 舰美 国 C G - 4 7
20、 级 战 舰 的 首 舰 是 提 康 德 罗 加 号 。 几 年前 , 该 舰 在 密 西 西 比 州 帕 斯 古 拉 的 母 港 进 行 了 一 次 重大 改 装 , 即 在 此 舰 上 安 装 了 一 整 套 I B S 。 安 装 I B S 只 是此 次 大 规 模 战 舰 系 统 升 级 的 一 部 分 , 标 志 着 提 康 德 罗加 号 战 舰 作 为 海 军 以 节 省 人 力 和 燃 料 为 目 的 的 “ 智 能舰 ” 计 划 的 首 舰 每 年 可 为 海 军 节 省 近 2 0 0 万 美 元 。C G - 4 7 级 的 I B S 包 括 了 前 面 提 到 的 全
21、 部 设 备 , 由 8 个控 制 台 、 机 架 和 台 式 计 算 机 构 成 。 值 班 时 可 用 触 摸 屏 幕或 圆 弧 形 定 位 装 置 来 观 察 和 熟 练 操 作 , 并 可 得 到 各 种传 感 器 数 据 以 及 海 图 。 利 用 利 顿 公 司 新 的 导 航 系 统 和机 械 控 制 与 监 视 系 统 , 实 现 对 网 络 化 系 统 的 接 口 控 制 ,可 使 战 舰 的 整 个 内 部 外 部 环 境 信 息 实 时 地 甚 至 是 立 即报 告 给 舰 桥 和 值 班 舰 长 。 提 康 德 罗 加 号 战 舰 的 指 挥 官船 舶 机 电2 6中
22、外 船 舶 科 技 2 0 0 7 年 第 3 期最 近 证 实 了 I B S 的 先 进 性 能 。 他 在 I B S 计 算 机 控 制 跟踪 驾 驶 模 式 下 ,“ 驾 驶 ” 战 舰 驶 进 汉 普 顿 罗 兹 港 。 该 指 挥官 在 与 某 报 记 者 会 面 时 说 : 他 观 察 到 I B S 技 术 的 使 用使 得 战 舰 操 作 口 令 中 出 现 了 一 些 新 的 词 汇 。 使 用 诸 如“ 启 动 外 部 模 式 ” 短 语 代 替 “ 右 标 准 舵 ”“ 航 向 保 持 ” 等 术语 。I B S 系 统 在 约 克 敦 号 舰 和 提 康 德 罗 加
23、 号 舰 上 的 安装 使 用 , 确 立 了 利 顿 公 司 的 I B S 成 为 未 来 标 准 舰 桥 的地 位 。 随 着 C G 级 舰 船 指 挥 官 和 船 员 对 I B S 基 本 工 具 的认 识 和 掌 握 , 使 他 们 产 生 了 某 些 改 进 想 法 。 他 们 发 现 薄型 平 板 显 示 器 ( F P D ) 在 设 置 位 置 时 具 有 很 大 的 灵 活 性 ,所 以 , 他 们 将 该 显 示 器 安 装 在 该 舰 的 后 续 舰 上 , 并 用 此代 替 老 式 C R T 显 示 系 统 。 在 用 计 算 机 和 其 它 计 算 机 组件
24、进 行 配 置 时 , F P D 使 来 自 舰 桥 的 混 乱 和 噪 声 更 小 , 也使 设 备 得 到 了 更 好 的 保 护 。2 . 3 航 空 母 舰美 国 海 军 新 型 核 动 力 航 空 母 舰 “ 杜 鲁 门 ” 号 ( C V N )加 入 美 国 大 西 洋 舰 队 , 于 1 9 9 8 年 7 月 2 5 日 开 始 服 役 。该 舰 装 备 了 美 国 所 有 战 舰 中 最 先 进 的 I B S 和 驾 驶 控 制系 统 。 这 一 系 统 包 括 了 六 个 节 点 的 E C D I S 和 航 行 管 理系 统 、 两 个 A R P A 电 子 模
25、 块 、 带 光 栅 扫 描 避 碰 装 置 、 一个 数 字 舰 用 显 示 控 制 台 、 带 有 直 接 操 纵 控 制 ( 舰 桥 控 制和 操 纵 模 块 ) 和 间 接 速 度 控 制 ( 发 动 机 指 令 ) 以 及 利 顿舰 船 控 制 显 示 系 统 。 这 一 采 用 最 新 技 术 的 舰 桥 通 过 光纤 以 太 网 和 航 海 管 理 系 统 已 实 现 了 网 络 化 连 接 。 “ 杜 鲁门 ” 号 现 已 退 役 的 首 任 指 挥 官 曾 经 说 : 安 装 综 合 舰 桥 系统 是 我 服 役 4 0 年 间 所 作 的 最 好 决 策 之 一 。 这 一
26、 最 新 的舰 载 技 术 大 大 增 强 了 有 效 训 练 和 运 用 舰 桥 值 班 队 伍 的能 力 。在 “ 杜 鲁 门 ” 号 上 , 利 顿 船 舶 系 统 公 司 的 I B S 将 电子 海 图 “ 馈 ” 送 到 航 空 母 舰 的 闭 路 电 视 系 统 中 。 这 不 仅使 舰 桥 部 门 和 指 挥 官 员 能 够 实 时 地 看 到 导 航 实 况 , 也使 其 它 技 术 决 策 者 有 条 件 保 持 对 航 空 母 舰 运 动 实 况 的了 解 。 这 样 , 整 个 状 态 认 识 能 力 大 大 得 到 了 增 强 。 频 繁的 位 置 数 据 更 新 为
27、 决 策 者 提 供 了 舰 船 位 置 、 计 划 航 线以 及 其 它 邻 近 舰 船 位 置 相 互 关 系 的 稳 定 实 时 反 馈 信息 。 电 子 系 统 软 件 还 能 提 供 路 线 补 偿 建 议 , 修 正 设 置 偏差 和 舰 船 漂 移 。 这 些 建 议 和 其 它 方 面 性 能 的 增 强 减 轻了 导 航 决 策 制 定 者 的 负 担 。 “ 杜 鲁 门 ” 号 也 是 美 国 第 一艘 安 装 了 全 套 综 合 驾 驶 和 I B S 系 统 的 航 空 母 舰 。 利 顿船 舶 系 统 公 司 提 供 的 带 两 台 2 6 英 寸 彩 色 C R T
28、 显 示 器的 舰 船 控 制 台 替 换 了 在 绝 大 多 数 尼 米 兹 级 舰 上 使 用 的模 拟 操 舵 控 制 台 和 避 风 操 舵 控 制 台 。 值 班 人 员 可 以 使用 跟 踪 球 ( 最 近 C G 型 舰 上 使 用 的 圆 弧 形 定 位 系 统 装置 ) 或 是 舰 船 控 制 台 ( S C C ) 上 的 触 摸 屏 幕 发 送 驾 驶 和 发动 机 指 令 、 激 活 或 停 止 驾 驶 泵 或 指 出 驾 驶 偏 差 。 彼 得 .赖 夫 是 在 有 限 舰 船 机 动 中 使 用 过 该 系 统 的 舱 面 值 班 军官 。 他 曾 在 大 约 1
29、5 年 前 作 为 一 个 年 轻 的 少 尉 “ 驾 驶 “过 尼 米 兹 级 航 母 ( C V N 6 8 ) 。 他 说 : 利 顿 船 舶 系 统 公 司 的I B S 给 美 国 海 军 的 舱 面 值 班 官 员 提 供 了 一 个 决 定 性 的制 胜 优 势 。 它 的 多 功 能 和 高 可 靠 性 方 便 了 驾 驶 并 提 高了 航 行 安 全 性 能 。 I B S 的 最 大 优 点 是 : 打 断 了 信 息 之 间的 屏 障 , 在 一 种 可 以 理 解 且 便 于 使 用 的 格 式 下 建 立 了广 泛 的 和 正 确 的 可 靠 显 示 。 I B S
30、给 予 了 舱 面 值 班 官 员 高效 安 全 操 作 控 制 舰 船 所 必 需 的 所 有 导 航 工 具 。2 . 4 潜 艇提 高 态 势 认 识 能 力 一 直 是 舰 桥 操 纵 控 制 的 主 要 目标 。 在 美 国 海 军 现 行 的 舰 船 操 纵 控 制 中 , 在 有 限 水 域 航行 、 进 出 港 、 飞 行 操 作 、 海 上 补 给 、 小 船 操 纵 控 制 、N G F S 、 抛 锚 、 停 泊 、 牵 引 都 需 要 加 强 值 班 操 纵 控 制 和 其它 一 些 功 能 。 在 有 限 水 域 的 导 航 技 术 和 程 序 保 证 了 严谨 的
31、设 计 和 周 密 的 计 划 , 使 舰 船 安 全 航 行 操 作 和 任 务的 执 行 成 为 可 能 。 谨 慎 的 操 船 者 会 从 任 意 或 所 有 的 信息 源 中 获 得 导 航 信 息 , 能 在 决 策 舰 船 位 置 、 航 行 、 航 速和 预 定 航 线 时 反 复 分 析 所 有 信 息 中 不 精 确 的 和 有 差 异的 参 数 。美 国 海 军 “ 智 能 舰 ” 计 划 对 实 际 舰 桥 和 安 全 舰 船 操作 控 制 产 生 了 影 响 。 1 9 9 8 年 春 天 在 “ 杜 鲁 门 ” 号 和 其 它水 面 舰 船 以 及 潜 艇 上 进 行
32、 了 海 上 试 验 , 反 映 出 由 于 采用 了 加 速 度 的 信 息 处 理 和 极 高 的 彩 色 显 示 精 度 , 舰 桥了 望 决 策 者 的 态 势 认 识 能 力 得 到 了 极 大 的 提 高 和 改善 。 航 行 管 理 系 统 和 S C D S 在 整 个 舰 桥 网 络 系 统 上 迅速 接 收 处 理 和 分 析 有 用 的 导 航 传 感 器 和 舰 船 控 制 信息 。 高 精 度 显 示 器 精 确 地 显 示 出 了 舰 船 预 定 运 动 位 置信 息 ( P I M ) 、 本 舰 位 置 信 息 ( 带 有 航 线 和 速 度 矢 量 信 息 )
33、和 最 多 4 0 次 的 水 面 雷 达 探 测 信 息 , 每 个 处 理 器 信 息 叠加 到 一 幅 电 子 海 图 上 , 这 就 是 众 所 周 知 的 雷 达 叠 加 。 这一 性 能 使 数 以 百 次 的 水 面 探 测 即 刻 被 相 互 联 系 起 来 。航 行 管 理 系 统 自 动 化 和 显 示 技 术 显 著 地 减 少 了 收 集 和处 理 信 息 所 需 要 的 时 间 而 改 变 了 导 航 决 策 周 期 。 因 而增 加 了 评 估 导 航 数 据 可 利 用 性 的 时 间 , 做 出 一 个 安 全而 有 效 的 战 术 决 策 , 如 今 这 一
34、变 革 性 的 方 法 使 导 航 决船 舶 机 电2 7中 外 船 舶 科 技 2 0 0 7 年 第 3 期策 者 可 以 在 很 短 的 时 间 内 进 行 实 时 信 息 显 示 和 观 察 以及 数 据 收 集 和 处 理 , 而 这 些 工 作 曾 非 常 费 时 和 费 力 。 现代 综 合 舰 桥 的 出 现 使 导 航 驾 驶 过 程 不 断 朝 进 步 的 方 向改 变 。 在 标 准 的 舰 桥 组 合 设 置 中 , 由 于 受 时 间 和 空 间 的限 制 , 一 次 仅 能 有 少 数 舰 桥 人 员 能 直 接 使 用 纸 质 海 图来 确 定 精 确 导 航 图
35、 。 在 有 限 水 域 的 导 航 过 程 中 , 传 统 意义 上 的 舰 船 导 航 , 是 当 导 航 数 据 被 绘 制 下 来 时 , 实 际 上显 示 的 是 舰 船 在 标 绘 时 “ 曾 经 ” 位 于 何 处 。 通 常 的 导 航方 式 是 每 次 三 分 钟 画 一 次 舰 船 位 置 。 这 些 “ 老 的 ” 位 置信 息 经 口 头 向 上 级 报 告 , 并 由 于 人 工 绘 图 过 程 和 常 规的 领 航 操 作 的 拖 延 , 造 成 报 告 的 数 据 通 常 比 实 际 的 “ 定位 时 间 ” 有 3 0 至 4 5 秒 的 延 迟 。总 而 言
36、之 , I B S 图 像 具 有 实 时 性 , 全 球 卫 星 定 位 系统 信 息 能 清 晰 地 显 示 在 电 子 海 图 上 并 能 连 续 地 进 行 更新 。 现 代 舰 桥 保 证 了 决 策 者 可 以 自 由 地 进 入 电 子 海 图系 统 , 船 上 安 装 的 航 行 管 理 系 统 提 供 并 允 许 不 仅 在 舰桥 上 而 且 在 全 舰 的 不 同 位 置 显 示 导 航 图 像 。 航 行 管 理系 统 能 够 显 示 由 领 航 员 在 进 入 有 限 海 域 前 生 成 的 所 描述 “ 航 行 计 划 ” 的 电 子 海 图 。 “ 航 行 计 划
37、” 可 以 作 为 计 划航 线 或 预 定 航 线 事 先 确 定 下 来 , 以 便 使 舰 船 从 出 发 地到 目 的 地 沿 着 此 路 线 航 行 。 生 成 和 执 行 电 子 “ 航 行 计划 ” 是 航 行 管 理 系 统 最 重 要 的 功 能 之 一 。3 I B S 采 用 的 关 键 技 术3 . 1 电 子 海 图利 顿 船 舶 系 统 公 司 的 I B S 成 功 的 一 个 关 键 是 针 对从 美 国 官 方 数 据 库 和 其 他 国 家 水 文 地 理 机 构 获 得 的 数据 开 发 了 高 质 量 、 精 确 的 电 子 海 图 。 利 顿 船 舶
38、系 统 公 司是 在 与 国 家 图 像 与 地 图 机 构 ( N I M A ) 签 署 了 合 作 协 议的 情 况 下 开 发 了 数 字 航 海 图 ( D N C ) 直 接 阅 读 器 。 这 一关 键 产 品 保 证 了 直 接 读 取 N I M A 的 D N C 数 据 库 数 据 ,并 以 N I M A 矢 量 产 品 格 式 在 E C D I S 上 显 示 出 来 。 直 接从 N I M A 数 据 库 中 “ 获 取 ” 数 据 的 能 力 将 在 追 求 解 决 电子 海 图 数 据 可 靠 性 和 精 确 性 方 面 的 问 题 ( 完 全 替 换 美国
39、 海 军 舰 船 纸 质 海 图 的 明 确 目 标 的 一 个 先 决 条 件 ) 中获 取 巨 大 的 好 处 。 E C D I S 技 术 在 现 今 的 导 航 程 序 中 是一 个 进 步 。 它 可 以 实 时 观 察 到 包 括 船 舶 确 切 位 置 和 运动 、 水 面 航 运 交 通 ( 目 标 ) 信 息 的 顶 级 “ 快 照 ” 。 这 一 技 术提 供 了 查 看 和 处 理 数 据 的 灵 活 性 。 计 划 可 以 在 数 秒 钟内 改 变 , 并 且 自 动 计 算 和 显 示 出 路 径 点 、 航 线 和 距 离 。在 被 选 择 的 范 围 内 可 以
40、 在 数 秒 钟 内 将 抛 锚 地 点 确 定 在海 图 的 显 示 位 置 上 。 这 种 功 能 为 导 航 和 船 桥 系 统 提 供了 巨 大 的 灵 活 性 并 增 强 了 船 舶 的 安 全 性 。 操 作 者 可 在高 分 辨 率 显 示 触 摸 屏 上 选 择 启 动 需 要 的 功 能 和 诸 如 危险 方 位 、 深 度 、 水 面 接 触 以 及 危 险 区 域 等 至 关 重 要 的 信息 。 偏 移 量 、 中 心 定 位 、 电 子 方 位 线 、 位 置 绘 图 、 电 子 和可 视 化 航 线 以 及 不 同 范 围 标 记 都 是 航 行 管 理 系 统 的
41、 关键 因 素 。 海 图 也 可 以 在 导 航 雷 达 上 生 成 然 后 显 示 到 航行 管 理 系 统 上 。利 顿 船 舶 系 统 公 司 航 行 管 理 系 统 软 件 的 另 一 个显 著 特 点 是 它 具 有 导 航 “ 咨 询 ” 能 力 , 比 如 浮 标 和 灯光 。 一 旦 被 选 择 , 合 适 的 菜 单 选 项 使 得 操 作 者 可 通 过触 摸 屏 幕 查 看 详 细 的 特 征 。 而 这 些 特 征 通 常 要 在 灯 光和 航 海 图 告 示 表 中 的 硬 拷 贝 灯 光 列 表 中 进 行 很 麻 烦的 寻 找 。1 9 9 8 年 , 美 国
42、海 军 作 战 部 认 可 了 电 子 海 图 的 优 越性 和 对 二 十 一 世 纪 美 国 舰 船 的 重 要 性 。 做 出 了 到 2 0 0 7年 为 止 所 有 美 国 海 军 船 舶 装 备 电 子 海 图 以 获 得 安 全 导航 能 力 的 指 示 。 E C D I S - N 标 准 基 于 国 际 海 事 组 织( I M O ) 采 用 的 商 船 标 准 , 但 具 有 显 著 的 不 同 点 。 例 如 ,E C D I S - N 标 准 除 G P S 导 航 定 位 之 外 , 还 需 要 雷 达 和 可视 位 置 的 航 线 信 息 。 海 军 正 处
43、于 转 变 到 使 用 完 全 自 动化 电 子 海 图 系 统 的 过 程 中 , 还 有 一 些 政 策 性 的 问 题 需要 解 决 。 伦 敦 数 学 学 会 ( L M S ) 正 积 极 追 随 E C D I S - N 标准 , 发 展 了 一 种 支 持 美 国 海 军 需 求 、 测 试 和 验 证 概 念 以及 最 终 标 准 的 战 略 。 就 现 在 而 言 , 美 国 海 军 船 舶 将 继 续使 用 纸 海 图 作 为 法 定 的 基 本 导 航 方 式 。 不 过 , 最 终 安 装了 I B S 的 航 行 管 理 系 统 将 成 为 安 全 导 航 的 可
44、靠 模 式 。3 . 2 人 机 工 程 学 技 术人 机 之 间 的 通 讯 是 决 定 复 杂 人 机 系 统 安 全 性 和 有效 性 的 关 键 因 素 。 无 故 障 而 有 效 操 纵 船 舶 的 前 提 包 括船 上 水 手 之 间 、 技 术 系 统 之 间 、 尤 其 是 操 作 员 和 技 术 系统 之 间 顺 畅 的 信 息 流 动 。 大 量 的 海 上 事 故 都 是 由 于 船员 - 机 器 的 交 互 问 题 产 生 的 。 不 适 当 的 人 机 接 口 设 计没 有 考 虑 到 船 桥 上 的 任 务 要 求 , 造 成 了 这 样 或 那 样 的问 题 。由
45、 于 信 息 技 术 的 发 展 , 船 员 的 任 务 更 多 地 转 向 管理 和 监 控 , 为 此 , 以 用 户 为 中 心 的 设 计 思 想 开 始 主 导 船桥 的 设 计 。 对 船 桥 信 息 系 统 和 “ 船 桥 ” 空 间 整 体 的 成 功的 人 机 工 程 学 设 计 将 改 进 航 行 操 作 的 安 全 性 和 有 效性 。 使 用 的 简 化 将 在 船 舶 操 舵 和 航 行 时 , 尤 其 是 在 危 险的 操 纵 状 态 下 , 减 少 船 员 的 工 作 负 担 。 这 就 意 味 着 要 在船 舶 机 电2 8中 外 船 舶 科 技 2 0 0 7
46、 年 第 3 期船 桥 的 开 发 和 评 价 过 程 中 综 合 利 用 人 机 工 程 学 优 势 。船 桥 上 的 人 机 工 程 学 有 几 个 指 导 性 大 原 则 :( 1 ) 简 单 化船 桥 操 作 系 统 和 设 备 的 设 计 应 该 相 对 简 单 , 与 需要 的 人 机 系 统 的 功 能 一 致 , 并 易 于 维 修 , 不 需 要 对 船 员进 行 过 多 的 训 练 和 培 训 。 利 用 简 化 思 想 设 计 的 设 备 通常 更 加 可 靠 , 容 易 被 船 员 操 作 , 也 不 太 容 易 因 为 人 为 因素 而 出 现 故 障 。( 2 )
47、标 准 化设 计 的 设 备 和 人 机 接 口 应 该 尽 可 能 标 准 化 , 并 要求 考 虑 系 统 的 功 能 和 目 的 。 功 能 一 致 的 设 备 应 该 利 用相 同 或 相 似 的 硬 件 和 人 机 接 口 。 软 件 和 硬 件 都 应 该 尽量 标 准 化 。 这 样 , 访 问 相 同 功 能 的 应 用 程 序 时 , 就 可 以利 用 相 同 的 用 户 对 话 、 接 口 和 过 程 。 在 整 个 设 备 单 元中 , 应 该 使 用 同 样 的 接 口 、 开 关 或 断 路 器 以 及 连 接 器 。同 样 , 对 于 公 用 单 元 来 说 , 控
48、 制 、 显 示 、 标 记 、 编 码 、 标 注和 布 局 图 都 应 该 是 一 样 的 。 标 准 化 简 化 了 维 护 过 程 , 减少 了 对 工 具 的 要 求 , 以 及 发 生 人 为 错 误 的 可 能 性 , 减 少了 培 训 时 间 、 技 能 要 求 、 备 件 目 录 和 文 档 。 功 能 不 同 的设 备 或 模 块 单 元 在 外 观 和 辨 识 方 面 应 该 是 不 同 的 。 不同 功 能 的 设 备 应 该 有 不 同 的 接 口 ( 控 制 和 显 示 特 征 、 及接 线 器 ) , 这 样 就 可 以 避 免 错 误 的 内 部 连 接 或 误
49、 用 。( 3 ) 软 件 化对 于 未 来 的 船 用 导 航 设 备 , 应 该 更 多 地 通 过 适 当的 软 件 来 设 计 用 户 界 面 , 这 样 就 有 可 能 将 大 量 新 功 能合 并 到 一 台 设 备 中 。 为 了 减 少 成 本 , 软 件 正 成 为 推 进 设备 创 新 的 驱 动 力 量 。 由 于 设 备 的 设 计 焦 点 是 软 件 , 很 容易 就 可 以 将 不 同 功 能 混 合 在 一 台 设 备 中 , 也 可 以 随 心所 欲 地 分 离 给 定 系 统 的 功 能 并 分 配 到 不 同 的 工 作 站 。为 了 防 止 人 为 表 现 降 低 到 系 统 操 作 、 维 护 、 训 练 和控 制 所 要 求 的 水 平 以 下 , 从 人 机 工 程 学 角 度 讲 , 船 桥 系统 、 设 备 和 设 施 的 设 计 和 选 择 应 该 考 虑 空 气 条 件 ( 包 括温 度 和 湿 度 ) 、 声 音 和 噪 音 、 振 动 和 加 速 和 自 然 或 人 工照 明 水 平 等 环 境 因 素 。 因 此 , 船 桥 系 统 、 设 备 和 设 施 的设 计 应 该 提 供 下 列 布 局 特 征 : 船 桥 可 视 性 , 包 括 视 野 , 窗 口 布 局 ; 在 正 常 、 不 利 、 退 化
