船舶應用光纖的可行性

劉德洪

1光纖介紹

光纖的應用發展異常迅猛。據不完全統計，目前全球的光纖年需求量不下1億芯km， 2007年為1.2億芯km，并且每年還在以全球平均5%，發展中國家平均10%的速度增長。特別是高清有線電視的普及和3G技術的推廣，使得全球鋪設光纜的工作異常繁忙，截至2007年10月，歐洲的3G普及率達到10%。光纖到戶（FTTH）工作也在迅速開展，目前，歐美、非洲和中東等地區正大規模進行光纜鋪設工作。可以預測，2009年全球光纖消耗量應接近2億。2007年11月，中國網通發布信息稱，將投資150億元實現在北方10個省區大中城市實施FTTH項目。

光纖在各個領域的應用十分廣泛，陸上通信、跨洋通信及航空業等都在推廣使用光纖。然而，光纖在船舶上的應用還遠未得到很好的發展。目前，光纖僅在科學考察船和軍用艦船上少量使用，商用船舶的使用基本空白。因此，為盡快提高船舶科技水平，確保航行安全，提升航運經濟效率和船員文化生活質量，節約材料，降低船舶建造成本，有必要在船舶上大力推廣光纖的應用。

2船舶應用光纖的可行性分析

2.1光纖在通信方面應用的優點

光通信比起電纜通信有許多優點：

（1）通信容量大。理論上，一根頭發絲粗細的光纖可以同時傳輸億路語音，實際應用可達24萬路。一根光纜含有幾十甚至上百根光纖（如96芯光纜），如考慮復用技術的應用，其通信容量之大是驚人的。

（2）抗干擾性強。光信號在傳輸時僅在纖芯內部進行，不同光纖芯線之間幾乎不會相互串擾。光纖通信不受電磁干擾，耐腐蝕，可撓性強。例如，中國長飛光纖光纜有限公司生產的光纖包層直徑為125 m，光纖彎曲半徑為15 mm時，其彎曲附加損耗小于0.05 dB，完全滿足甚至優于ITU-T推薦的技術規范；在光纖彎曲不小于25 mm時，其彎曲衰耗可忽略不計?？垢蓴_、帶寬大等特點適于數字通信方式。

（3）體積小，重量輕，便于施工和維護。這些優點非常適于在艦船上應用。

（4）節約大量金屬材料。據推算，使用 km光纜可節約150 t銅和500 t鋁（或鉛），而我國制造光纖的二氧化硅材料非常豐富。

（5）成本低，價格便宜。光纖的成本比銅纜低很多。普通雙絞3號銅纜的價格為0.5元/（芯m），5號銅纜為1.3元/（芯m），銅價為8萬元/t，且每年以30%~60%的速度持續漲價。光纜的價格為80元/（芯km）， 相當于0.08元/m。目前，每芯光纖的價格僅為3號銅纜雙絞線的1/3，5號線銅纜的1/8。

除上述幾方面外，光通信還有其他一些優點，如通信距離長、傳輸損耗小等。當然，光通信也有其不足的地方。如不易直接將光放大，分路耦合不方便，耐高溫性差，彎曲半徑不能太小等。 但是，隨著光通信技術的快速發展，這些問題都將得到解決。此外，還有設備價格問題，如耦合器的使用量較多會帶來系統安裝成本的上升，但隨著光通信事業的不斷發展，特別是FTTH的發展，這些元器件將會被大批量生產，屆時價格會更便宜，使用也會更方便。

2.2光纖產量豐富，使用技術成熟

目前，國際上光纖產品技術非常成熟，如我國長飛光纖光纜有限公司就可以生產出近40種光纜，并已經廣泛應用于陸上和部分海上通信，產品性能適應于陸上、海上、民用和軍用需要，完全可滿足船舶應用需要。我國是生產光纖光纜的大國，長飛光纖光纜有限公司的光纖產量居全球第2位，光纜產量居全球第5位，占國際市場40%的份額，是我國唯一能夠生產預制棒的企業。目前該公司正在試驗大尺寸的預制棒，如果試驗成功，僅1根200 mm×的預制棒可連續拉出長達 km的光纖。

目前，光纖的使用技術成熟，在局域網、城域網和PON，EPON，GPON，GEPON，FTTH，FTTB等方面均已得到廣泛應用。

2.3船舶應用光通信材料的可行性

按照IMO以及相應船旗國政府要求，船舶設備（包括船舶通信設備）都需要進行檢驗，合格后方能發放相應證書。目前，各國船舶檢驗機構主要按照IEC 60945及其所引證的IMO大會A.694(17)決議《海上航行與無線電通信設備和系統試驗方法及試驗結果要求》對無線電產品進行檢驗。

目前，市場上許多種類的光纖、光纜均可以達到使用要求，甚至超出其他一些國際組織的標準和試驗要求，包括瑞士通用公證行（SGS）有關環保方面的要求以及UL 1581對電纜線和軟線試驗的參考標準等。因此，光通信材料和設備在船上應用完全可行。

3光纖在船舶領域應用的必要性

（1）船舶數量大，應用光通信前景廣闊。40年來，全球船舶運營量發展非常迅速，2003年達到25萬億tkm。就國際貿易運輸船舶而言，截至2005年1月，全球登記貿易船舶總數為艘，總計總噸。僅2007年，全球新造船訂單接近艘。近年來，全球船舶運輸量每年都以7.8%左右的速度增長。隨著發展中國家高速公路的建設，大大拉近內陸與沿海的距離，促進船舶工業大發展。此外，由于能源的逐漸緊缺和船舶運輸的節能特點，進一步促進船舶運輸業發展。截至2008年底，我國國際航行船舶達艘，全國船舶登記數量為25萬艘，其中海船2萬艘?？梢?，在船舶領域推廣使用光通信前途光明。

（2）現代化船舶對通信系統的依賴性不斷增加。

①船舶航行安全和經濟航運系統，包括客船船長決策支持系統所需要的信息采集、傳輸和響應所要求的報警信號的采集與傳輸等。雖然對這些系統所提出的部分信號檢測與采集屬于非強制性要求，但對于國際航行船舶來說，如果船舶不符合這些建議要求，在接受港口國檢查時很可能由此引起船舶被滯留。

②目前，國際航運界正在研究開發駕駛臺綜合導航系統（IBS）。IBS是集成船舶信息探測和信息操作并能進行集中控制的綜合系統，包括航路執行、航行安全、通信、機艙控制和保安信息等。雖然目前還沒有專門的IBS設計標準， 且IBS對船舶來說也是非強制性的，但各船級社已經為船舶提供選擇性的船級符號，這些船級符號表示該船舶配備了支持單人操縱的IBS。

③通過海事衛星對船舶進行陸上控制，包括對航行狀態的控制、船舶故障的遠程診斷和故障排除等，也需要大量的船舶與陸地間數據和圖像的信息交換。

④船舶監測和報警信號不斷增多。如國際社會要求客滾船安裝前后艙門、水密門開關狀態的監測設備；海上劫持事件的多發及其影響的加大迫使航運界在船舶前后甲板、船中等部位安裝監視和報警裝置。

⑤對于油船，利用光纖傳輸冷光源代替防爆燈對船艙進行照明，可以減少防爆燈因為電線漏電或燈泡損壞而使油船起火爆炸的危險。

⑥光纖應用是船上文化生活建設的需要。為提高船員和旅客的文化生活質量，可以為船員和旅客提供Internet和CATV服務。

4艦船的光纖應用情況

現有資料表明，除少量科學考察船、軍艦和水上居住船艇已經應用光纖外，商船上應用光纖通信幾乎空白。

我國的科學考察船已經利用光纖作為船舶駕駛臺和機艙的信號檢測傳輸媒介，這為船舶應用光通信技術提供了很好的例證，要傳輸大量信號必須使用光纜。

一些船舶已經對部署以光纖為信道的EPON網絡進行研究，并得到實際應用，主要用于提供視頻監控、互聯網、文檔、郵件及數據庫等服務。

另外，可以通過船載衛星信號接收裝置將衛星信號輸入局端設備，進而通過光分路器（若干）分別進入若干個網絡單元（ONU），每個ONU再為若干部電視機、電話或電腦服務。

除上述監控系統和衛星網絡系統外，郵件、論壇、網站、文件系統，電話業務系統和VOD視頻點播系統等都可應用光纖技術。在實際應用上，這些系統可以整合成EPON服務部署。由于光通信系統元器件體積很小，整個中央處理器的體積僅有密碼箱那么大，方便船舶安裝使用。

在歐洲的阿姆斯特丹等港口城市，已經有一些水上居住船艇布置了光通信系統，其主要基于FTTH概念，當船舶靠岸時用來與城市的高速網絡（City Net）相連接。

5結論與建議

鑒于光纖的應用有諸如成本低、維護簡單、易擴展和兼容性好、安全性強、抗干擾及保密性強等優點，在全球多個領域全面推廣應用光學技術的今天，作為科學技術領先的船舶工業，在光學發展和應用方面也應該跟上時代步伐。光纖在船舶上應用不但會降低船舶建造成本，還可減少污染，節約大量金屬材料。研究表明，在安全和使用性能方面，光通信材料和設備完全可以滿足各方面的標準和要求。在對船舶信號源的監測傳輸和處理要求不斷增加的今天，只有利用光通信技術，才能更好地達到這些要求，從而確保船舶安全航行和經濟運營。此外，為提高船員和旅客的文化生活水平，也有必要在船上部署衛星通信和互聯網等系統。因此，光纖在船舶領域的應用是必要和可行的。建議：

（1）大型客船和集裝箱船率先安裝光纖系統，逐步實現所有國際運輸船舶采用光通信技術。

（2）光通信運營商在建設陸上基站時，應考慮將基站建到港口地區，并且在實施FTTH工程時，對客運碼頭和大型集裝箱碼頭實施光纖到泊位（FTTB）工程，便于船舶在靠港時與該城市的網絡連接。

（3）進一步組織力量，對已經部署光通信的現有船舶使用情況及惡劣氣候條件下光通信接口的狀況進行可靠性調查，以便提出改進措施。

（4）進一步研究適于船舶應用的光通信器件，特別是在使用方便性和可靠性方面進行深入的調查研究。

（作者系交通運輸部海事局原副局長、第9和第10屆全國政協委員）