全電力推進船舶航行監測系統分析

劉夢覺

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

全電力推進船舶航行監測系統分析

劉夢覺

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

本文在電力推進船舶需求逐漸加大，應用逐漸成熟的前提下，介紹了全電力推進船舶航行所需監測的相關內容，設計了一個較為完善的航行監測系統，為后續的研究提供了參考。

全電力推進船舶航行監測監測記錄

0　引言

隨著船舶電氣設備的發展，大功率高科技用電設備的在各類工程船舶、軍用船舶上的應用越來越廣泛[1]。船舶行業的技術發展己不僅僅停留在制造船體上，如何研發和制造更多實用的船舶高科技用電設備及相關配套設備成為整個船舶行業的重要板塊。隨著大量高科技用電設備在船舶上的裝載，電力推進船舶的應用更加廣泛。電力推進船舶可以全船共同使用一個電網，使得船舶總裝機容量得以下降，既能節能減排，又能減少供能設備在船上的空間占用。與此同時，全電力推進系統和各種大功耗高科技設備的共同裝載，使得全船的航行和用電狀態對推進系統的影響更大，對船員、海況、艙室環境、電站和用電設備的監測對實現穩定航行更加重要[2]。

1　電力推進船舶航行監測內容

船舶航行的監測有很多個方面，最終由船員根據監測的信息判斷如何使用電力推進設備航行。為了更好的記錄與決策，應對各種航行時可能的狀況，保障船舶的穩定航行，并利于航行后的分析總結。全電力推進船舶需要對航行時的船員狀況，全船運行狀況，海況氣候，周邊其他船舶及目標進行全面監測。

全船的監測應通過語音監測、圖像監測、數據監測三種方式展開對駕駛室、集控室、海圖室、瞭望臺、音頻通訊、命令、海況、海圖、外部目標、船內人員、溫度、氣體、密封、舵槳、損管、發電設備、推進設備、其他用電設備的全面監測。

1.1語音監測

語音監測主要針對重要艙室、VHF（甚高頻）通信和船上發布的命令。

1)重要艙室語音記錄：包括駕駛室、海圖室、集控室等，與航行情況相關的語音監聽及記錄。

2)VHF通信記錄：船舶對外聯絡的 VHF語音，包括接收和傳送的音頻信號。

3)命令記錄：包括船長下達航行命令和電網設備使用命令的記錄，機電長發布的設備操作指令等等。

1.2圖像監測

圖像監測包含雷達、聲吶繪圖，最新的ECDIS（電子海圖顯示與信息系統）技術、船舶內外的視頻監測，光電桅桿圖像。

1)雷達監測：ARPA（自動雷達標繪儀）可以自動搜尋一定海域內船舶或海洋平臺，選擇對象后進行跟蹤，并將對象的位置、航向和航速以矢量形式顯示。

2)聲吶監測：通過聲吶采集數據，獲得周邊水下目標的大小、方位，距離，速度等，以圖像形式展現附近水下目標的信息。

3)ECDIS：接收導航衛星傳送附近的海圖信息，同時結合定位儀和里程記錄儀、各類探測儀，綜合反映出船舶的行駛狀態和附近海洋信息，用于保障船舶航行。

4)視頻監測：對船舶內部重要艙室、舷梯、甲板的錄像監測，重點部位的紅外熱掃描圖像；對船舶近距離水域視頻監測圖像。

5)光電桅桿監測：船舶上光電桅桿拍攝到的錄像通過計算機顯示屏實時播放，并保存。

1.3數據監測

數據監測主要指以數字、簡短文字顯示的信息，如功率、開關狀態、設備名稱等等。通過各類傳感器和儀表測出的數據經過通信傳送和計算，最后在多臺計算機上顯示。

1)電力推進設備監測：推進變壓器、變頻器、電機、螺旋槳、齒輪箱、聯軸器等設備的重要參數、運行狀態、指令響應和主要報警信號。

2)電站監測：電壓/電流/功率等發電機參數，開關狀態，電網運行狀態，燃料供給情況。

3)航行監測：目前時間，本船位置、航向、航速、吃水，所在位置的水流、水深、風速、風向、氣壓、氣溫等。

4)操舵監測：操舵部位，操舵控制方式，操舵控制指令及響應，液壓故障、電源失電等主要報警信息

5)減搖鰭監測：尾部控制，控制方式，控制指令及響應，重要報警信息。

6)潛浮監測：浮力調整水量，通氣和通海等主要控制閥狀態及潛深信息。

7)均衡與懸停監測：均衡水量，均衡控制指令，縱橫傾與浮力不均衡狀態信息，及主要控制閥狀態信息，懸停系統控制指令。

8)損管監測：火災報警、艙室進水報警、防火門，水密門開關狀態，風機切斷及滅火劑施放，彈藥艙監測報警（軍船）。

9)全船管道監測：全船管路水壓、氣壓，蓄能器工作狀態，主要閥件狀態。

10)環境監測：艙室氣壓、有害氣體報警

11)航行信號燈監測：航行信號燈的通斷狀態和開關狀態。

12)AIS（船舶自動識別系統）：基岸設施發送的附近海域船舶、潛水器、海洋平臺的相關航行數據。

2　電力推進船舶航行監測系統設計

航行監測系統將為電力推進船舶的航行決策提供完善的數據支撐。整個系統由多臺計算機及各類探測設備組成，包括岸基遠程監測臺，綜合航行監測臺，電力推進監測臺，電站電網監測臺，大氣煙火密封門監測臺，液氣溫度監測臺，附近海域監測臺，視頻監測臺，航行數據庫服務器，導航雷達，陀螺羅經，拾音器，各類傳感器，攝像頭等等。

如圖1所示，航行監測系統采用數據采集，服務器，監測臺三層架構。將通過信號接收臺、傳感器、攝像頭、拾音器、聲吶、雷達等設備收集到的信息傳入服務器。服務器中建立大型航行數據庫，服務器將所有的圖像、聲音、數據存入數據庫，同時根據相應需求轉發到各監測臺進行處理顯示。該系統采用服務器，而不直接將采集到的信息發送到監測臺的主要目的是為了方便信息的管理，將信息匯總儲存。同時采用冗余服務器，加強了整個監測系統的信息安全。

岸基遠程監測臺和綜合航行監測臺主要顯示船舶航行的電子海圖，海況，本船航行情況，電力推進設備是否穩定運行，電網情況，重要設備的故障報警。

電力推進監測臺監測推進變壓器，變頻器，電機，螺旋槳，操舵，減搖鰭等推進設備的各項運行指標，運行指令及響應情況，故障報警等等。

電站電網監測臺監測電站的啟停狀態，各發電機組的重要參數，電網總功率、電壓、電流，各設備的用電情況，電路的開斷狀態。

附近海域監測臺包括外部靜態目標如島嶼、航標船、海洋平臺、冰川等，動態目標如其他船舶、魚群等。根據外部目標的位置、移動方向和速度等，為我船航行決策提供預判和依據。

大氣煙火水密監測臺關注全船的空氣環境，消防和水密門開閉情況。顯示船體內部有害氣體，金屬顆粒，火災，密封艙故障等安全問題的報警。

液氣溫度監測臺可查看全船管道壓力、流速、溫度，油箱、水箱的壓力、液位、容量、溫度，并提供相關報警。

視頻監測臺顯示航行相關重要艙室、舷梯、甲板、船舶近距離水域的直播錄像。同時對重點部位進行紅外掃描，顯示紅外熱掃描圖像，確保航行相關重要艙室的安全。

圖1　航行監測系統架構圖

3　結語

以各種數據采集、數據庫、數據分析、網絡、通信技術為基礎的航行監測系統，實現對船舶航行過程中所有相關信息的監測，有利于加強對船舶航行設備的狀態評估，進行故障診斷，幫助航行決策[3]；有助于加強海上生命安全，提高船舶海上航行的穩定性和安全性；有利于海洋環境的保護，避免各種海上可能發生的各種事故，并有利于事后原因的分析。同時方便相關單位對船舶航行的集中管理，提高船員工作效率，減少人力資源消耗。對于軍用船舶，更可以幫助判斷敵情，制定作戰方針，加強各船舶之間的作戰配合。本文對提高全電力推進船舶的航行安全性和穩定性具有理論意義和實際參考價值。

[1] 孫建波，郭晨，張旭. 船舶機艙監測和報警系統的設計與研究[J]. 系統仿真學報，2006，18(2): 851-856.

[2] 賈寶柱，任光. 王冬捷. 船舶機艙綜合監控系統可靠性分析及設計[J]. 大連海事大學學報，2003，29(1) 27-30.

[3] 阮譽婷. 電力推進船舶監測與控制網絡[D]. 大連:大連海事大學，2006.

The Analysis on Navigation Monitoring System of an All Electric Propulsion Ship

Liu Mengjue
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Against the background of the gradual increase and the application matures in demand for an electric propulsion ship，this paper introduces related items to be monitored for the all-electric propulsion ship in sailing. It designs a comprehensive Navigation monitoring system，which provides a reference for subsequent research.

all electric propulsion ship; navigation monitoring; monitoring records

TP277

A

1003-4862（2015）12-0069-03

2015-09-22

船舶動力基礎科研（MPRD）計劃，MPRD-IEP0304

劉夢覺（1989-），男，碩士，助理工程師。研究方向：船舶電力推進監控系統設計。