新航海技術(shù)下的船舶避碰自動化探討

李志特 吳飛 武漢交通職業(yè)學(xué)院

自從大航海時代開辟以來，航海技術(shù)就成為各個國家重點(diǎn)發(fā)展的內(nèi)容。我國擁有幾千公里的海岸線，大力發(fā)展現(xiàn)代化的航海技術(shù)，不僅能夠促進(jìn)我國的國際貿(mào)易交流，同時對于國防安全和領(lǐng)海主權(quán)的保障也提供有效的支持。盡管目前航海技術(shù)和國際海洋規(guī)則已經(jīng)十分完善，但是仍然會發(fā)生船舶碰撞事故。尤其是遠(yuǎn)洋航行的大型船只，在發(fā)生船舶碰撞事故后，則會對船員構(gòu)成生命的威脅。同時，遠(yuǎn)洋航行發(fā)生事故，也難以采取及時的救援。如果船舶運(yùn)輸著化學(xué)或石油物品，則會對海洋造成污染。通過對目前船舶碰撞事故的調(diào)查情況可以看出，船員不遵守《國際海上碰壁規(guī)則》是造成人為事故的主要原因。為了盡可能的減人為因素對船舶碰撞事故的因素影響，船舶避碰自動化技術(shù)就顯得十分重要。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，新航海技術(shù)下的避碰自動化技術(shù)的研究成為重要的內(nèi)容。

1.新海航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 船舶避碰自動化研究情況

科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，對于航海技術(shù)產(chǎn)生了很大的影響。進(jìn)入新世紀(jì)以來，眾多的科技成果應(yīng)用到航海技術(shù)中。目前比較先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)云計算技術(shù)等，這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了船舶航行中信息化、智能化的展現(xiàn)。這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，推動了整個航海技術(shù)的革命性轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了船舶航行自動化及避碰技術(shù)領(lǐng)域的突破。目前，對于船舶避碰自動化技術(shù)的研究，主要是采集和分析水下、水上物目標(biāo)信息來源為基礎(chǔ)，圍繞信息進(jìn)行處理并且做出決策，然而由傳感技術(shù)來自動控制船舶的操作系統(tǒng)，做出避讓等提示或者措施，來實(shí)現(xiàn)自動化避碰效果的。目前來說，寬水域船舶航行中的技術(shù)難點(diǎn)是信息的量化處理及自動化生成，同時也是目前航海避碰技術(shù)的主要研究內(nèi)容。所謂的信息良好處理，就是在船舶航行中，能夠判斷與目標(biāo)船舶或者障礙物的安全距離及航行情況，采取量化處理，從而實(shí)現(xiàn)安全距離以內(nèi)的應(yīng)變操作，避免產(chǎn)生碰撞。

1.2 避碰自動化與人為因素控制

人為因素是船舶碰撞的重要原因，如果考慮到人為因素，就需要對船員進(jìn)行精細(xì)化的管理，對船員的駕駛技術(shù)和應(yīng)變能力進(jìn)行強(qiáng)化。隨著船舶自動化技術(shù)的不斷加強(qiáng)，對船員的要求也越來越高。當(dāng)下的船員不僅要具備傳統(tǒng)船舶航行中的基本能力，同時也能夠熟悉和操控信息技術(shù)下的船舶操作技術(shù)。在新航海技術(shù)的發(fā)展下，依然要始終認(rèn)識到人的因素的重要性。未來的船舶自動化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用原則，不應(yīng)該是將人為控制所淘汰，而是要以科技技術(shù)來彌補(bǔ)人為操作的不足，最大程度的降低人為操作的失誤，實(shí)現(xiàn)人與智能技術(shù)的有效結(jié)合。

1.3 船舶避碰與船舶觸礁問題

船舶的碰撞與船舶的觸礁是兩種常見的事故，這兩種事故造成的原因很大的區(qū)別，但是對于事故預(yù)防的技術(shù)，有著很大的共同之處。在大部分情況下，船舶的避碰系統(tǒng)和船舶的避礁是分開來實(shí)現(xiàn)的，在船舶航行過程中，需要同時解決這兩個問題。現(xiàn)階段，在船舶避碰的決策問題已經(jīng)基本上解決，需要關(guān)心的問題則是在性能上的優(yōu)化。海上航行的情況復(fù)雜，各個海域的情況也不同，目前來說，有的海域的自動避碰技術(shù)仍然存在滯后的現(xiàn)象。水域下的礁石等問題也十分復(fù)雜，近海與遠(yuǎn)海有著明顯的區(qū)別。水下探礁的技術(shù)于水上障礙物船只的探測，都需要保證其可靠性和即時性。在傳統(tǒng)的海洋航行中，需要通過傳統(tǒng)導(dǎo)航雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)對這些信息的獲取，但是獲取的信息不夠準(zhǔn)確，這些信息有時會使船員產(chǎn)生一定的誤判。在20世紀(jì)80年代以后，一些船舶就實(shí)現(xiàn)了海上暗礁聲納探測系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)的進(jìn)行障礙物于船舶距離進(jìn)行探測，可以準(zhǔn)確的計算出障礙物的距離，并且能夠評估安全水深，一旦存在隱患，就可以實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

2.新航海技術(shù)在船舶避碰中的應(yīng)用

2.1 船舶避碰自動化對AIS的運(yùn)用

AIS（船舶自動識別系統(tǒng)）的出現(xiàn)，對于船舶航行有著十分重要的意義。在AIS的幫助下，船舶避碰自動化系統(tǒng)發(fā)揮了越來越重要的作用。通過使用AIS技術(shù)，可以增強(qiáng)船舶避碰措施，增強(qiáng)ARPA雷達(dá)、船舶交通管理系統(tǒng)和船舶報告功能，在電子海圖上顯示所有船舶的可視化航向、航線、名稱等信息，提高海上通信功能，為船舶提供一種語音和文本通信的方法，使船舶成為一個系統(tǒng)化的整體。AIS使用MMSI碼，這是世界上唯一的編碼系統(tǒng)。每艘船從建造開始到使用結(jié)束都有一個全局MMSI碼。同時，AIS對信息的傳遞可以不受惡劣天氣和海況的影響。總之，AIS技術(shù)對航海的避碰自動化有著十分突出的優(yōu)勢，對于雷達(dá)測試系統(tǒng)的不足有很大的輔助作用，另外，AIS可以結(jié)合到搜集和探測的各類信息，快速的向?qū)γ娲鞍l(fā)出信號，提醒對面船舶進(jìn)行及時的避讓，從而避免產(chǎn)生碰撞。

2.2 海圖信息數(shù)字化應(yīng)用

經(jīng)過學(xué)者長時間的研究和實(shí)踐，船舶在寬水域的避碰研究取得了一定的成果，為船舶的避碰自動化技術(shù)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。目前來看，解決航海中的避碰技術(shù)主要存在兩個問題，一是要獲取船舶航行中的靜態(tài)信息，二是要實(shí)現(xiàn)靜態(tài)信息和航海自動避碰的動態(tài)信息相結(jié)合。在獲取航海中的靜態(tài)信息中，就要使用電子海圖系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)和成像技術(shù)的逐漸成熟，電子海圖技術(shù)的功能性也逐漸完善。電子海圖信息系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)在發(fā)展中已經(jīng)與聲納檢測系統(tǒng)結(jié)合起來，成為用于避碰的靜態(tài)信息。在具體工作中，通過將避碰決策模塊嵌入到ECDIS中，該技術(shù)可以用于動態(tài)和靜態(tài)信息的交換和處理，從而有效地解決了靜態(tài)與避免碰撞信息融合的問題。在此過程中，ECDIS的作用是為自動避碰系統(tǒng)的操作提供可靠且有效的靜態(tài)信息源，并為融合靜態(tài)和動態(tài)避碰信息提供媒介。

2.3 船舶自動化航行系統(tǒng)

船舶自動導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航定位系統(tǒng)、導(dǎo)航方案的制定與實(shí)施、自動操舵、主機(jī)控制、水上避碰、水下防礁、氣象信息接收等組成。它是由電子計算機(jī)、顯示器和控制系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起。一方面，它根據(jù)所需的航行計劃隨時測量船舶的位置并給出航跡。如果船偏離軌道，它會給出正確的航線。另一方面，船舶自動導(dǎo)航系統(tǒng)可以存儲航線，自動制定導(dǎo)航計劃，并根據(jù)獲取的氣象信息修改導(dǎo)航計劃；此外，還可以在電子海圖的背景下顯示船舶的計劃航線和實(shí)際航線，并顯示圖像。將圖像引入到ARPA雷達(dá)自動繪圖儀跟蹤的防撞裝置屏幕或目標(biāo)指向?qū)Ш斤@示屏幕中。另外，船舶自動化航行系統(tǒng)與避撞系統(tǒng)與防礁系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集中自動化的航行效果。

3.結(jié)語

對于海洋航行來說，船舶航行的安全是十分重要的。在和平時期，航海船舶受到外部打擊的情況較少，船舶的航行安全與自身的航行技術(shù)有很大的關(guān)系。在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的今天，航海技術(shù)中應(yīng)用于船舶避碰等安全保障的內(nèi)容更為突出，受到各國政府和相關(guān)企業(yè)的重視。就目前來看，船舶航行中的避碰自動化技術(shù)還有很大的提升空間，相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)該在信息化技術(shù)環(huán)境下，不斷提高自身的技術(shù)水平，進(jìn)一步完善船舶避碰自動化技術(shù)和應(yīng)用，為船舶航行提供更加有效的保障。