55m交通應急指揮船電氣設計特點

戴小丹

摘要：本文介紹了55m交通應急指揮船電力系統和信息交互系統的設計特點。將VSAT衛星網絡、5G網絡、船岸視頻會議功能融入到信息化指揮系統中，從而提高船舶的應急救援和執法能力。

關鍵詞：交通應急指揮船;電力;信息通信

中圖分類號：U665.12? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： This paper describes the design characteristics of electric power system and information interaction system of the 55m traffic safety emergency command boat. The VSAT satellite network， 5G network and ship-shore video conferencing functions are integrated into the information command system so as to improve the boat's emergency rescue and law enforcement capabilities.

Key Words： Traffic safety emergency command boat; Electric Power; Communication

1前言

隨著船舶智能化技術的發展，船舶電力系統及全船信息化管理系統的智能設計逐步突顯。電站的可靠性和穩定性是船舶生命力的有力支撐，強大的信息交互能力是船舶實現遠程指揮、調度的有力保障，也是現代執法船的重要特征之一。

隨著粵港澳大灣區的建設，珠海海洋經濟進入快速發展的道路。為了提升珠海海域交通和海洋漁業執法保障能力，促進海洋經濟發展，珠海急需建造具備一定抗風等級、質量穩定、具有船岸信息交互等現代化通信手段的執法船。

下面介紹珠海55m交通應急指揮船的電氣設計特點。

2電氣設計特點

2.1船舶主要參數

本船工作區域為近海航區，依據中國船級社《海上高速船入級與建造規范》（2015）及2017年修改通報和中華人民共和國海事局《國內航行海船法定檢驗技術規則》（2011）及2016年修改通報進行設計。

55m交通應急執法船是目前珠海市最大噸位的海上應急指揮、海上搶險救援和消防多功能船，主要任務是承擔珠海市管轄海域執行巡邏、維護治安、指揮、應急、救助、消防、反走私等任務。本船配備了先進的船岸信息交互等現代化通信設備，進一步加強珠海海域海上執法管理力度，大幅度提升了粵港澳大灣區水上交通安全監管與應急救援能力，為粵港澳大灣區保駕護航。

本船的主要參數如下（表1）：

2.2電力系統設計特點

（1）本船電力系統采用：

交流：三相三線絕緣系統、單相雙線絕緣系統;

直流：雙線絕緣系統;

交流電源電壓：400V/220V， 50Hz;

直流電源電壓：DC24V;

電站總功率：300kW。

一般情況下，本船運行1臺發電機組，可以滿足船舶航行、進出港

工況下的設備用電需求，另一臺備用;使用消防水炮時，2臺發電機并車運行，為全船用電設備提供電力。

（2）發電機參數（表2）：

（3）消防功能：

為了增強執法能力，在保持船舶主要參數及發電機功率不變的情況下，船東增加了預算，將本船的消防能力提升到一個新的水平：

（A）首主水炮射程由約60m提高到約80m，泡沫罐約5m3;駕駛甲板尾部左右舷各增加1門副炮，泡沫罐約5m3，射程約60m;機艙增設1套水炮泵。

（B）首、尾部水炮獨立運行，帶泡沫的消防水源由通過變頻調速尾部水炮系統的泡沫泵和水泵提供。

（4）全船用電情況（表3）：

（5）電站管理系統（PMS）：

由于增加消防水泡后電站工況變得復雜，為了確保電站的可靠性和穩定運行，配置一套電站管理系統（PMS）對電站進行管理。PMS系統功能情況如下：

（A）使用水炮時，2臺發電機組并車運行，為全船用電設備提供電力。

首、尾水炮同時使用時，暫停使用廚房設備及住艙空調，此時發電機負荷率為～87%，滿足使用要求;起動水炮時，設有重載問詢。當發電機剩余功率不足以起動水炮時，可在駕控臺手動強制切斷全部空調負載和廚房設備;當水炮起動并正常使用時，可視情況再次使用部分空調負載。

（B）為保證不同工況下電站的可靠運行和主要設備的起動、使用，配電系統設有四級卸載功能（表4）：

手動控制位置設置在駕控臺，自動控制由配電板PMS執行。

2.3船岸信息交互通信系統設計特點

船岸信息交互通信系統，主要包括：衛星光電取證系統;視頻會議系統;5G無線網絡系統;衛星通信系統等。通過利用VSAT衛星網絡、5G網絡，實現船舶網絡接入和船岸視頻會議功能。

2.3.1衛星通信系統

（1）總體構架

VSAT衛星通信網地市遠端站的業務數據，通過衛星傳輸與部、省、市的固定站連接;地市遠端站包括固定站、車載站（動中通、靜中通）和衛星便攜站等類型。

系統的總體架構圖，如圖1所示：

（2）主要技術指標

信道數量：同時支持網管和業務雙通道;

調制解調方式：BPSK、QPSK、8PSK、16APSK、16QAM;

數據速率：最高速率≧10Mbps;

工作模式：至少支持網橋和路由兩種工作模式;

網絡傳輸協議：支持IPv4和IPv6協議;

監控：具備本地參數設置、狀態顯示功能，具備遠程監控功能，遠控接口支持

LAN/RS232/RS485可選;

數據接口：具備網口和RS422接口;

具備網管代理和業務接入控制功能，主要包括：具有IP QoS保障功能;具有IP

數據壓縮功能;具有TCP協議加速功能，TCP加速性能≧70%（無誤碼）。

（3）主要功能

通過一體化船載通信天線，將衛星信號轉化為IP業務信號，并配合岸基5G網絡，為船舶提供有線、無線的網絡接入服務。終端可為手機、電腦、IP攝像頭等基于IP的終端設備。

系統具有以下主要功能：

（A）寬帶網絡接入：通過標準Ku波段動中通系統配置，單船帶寬可滿足寬帶接入，可提供船舶各類信息，如圖像、視頻、語音、數據等的回傳需求;并可通過衛星網絡接入公網，實現各類APP、專網應用等功能;

（B）無線網絡覆蓋：通過船上無線AP的布放，可將無線信號覆蓋到工作和娛樂

（C）區域，使操作人員在Wi-Fi覆蓋區域方便的接入網絡，進行各類網絡操作;

（D）SIP語音電話：網絡通話服務可以支持網絡電話功能，在船上可直接撥打外線電

（E）話，在海上也能享受到陸地固話一樣的高音質通話服務;

（F）視頻會議：通過網絡實現船岸的視頻會議功能;

（G）光電取證和視頻監控圖像實時傳輸：通過網絡實現光電取證和視頻監控圖像實時

（H）傳輸至指揮中心。

（4）系統具體構成

本系統主要由以下部分構成：衛星信號接收部分;岸基5G網絡接收部分;Wi-Fi無線覆蓋部分;SIP語音電話部分;視頻會議部分;船內局域網;光電取證和視頻監控部分。

（1） 衛星信號接收部分

衛星傳輸部分包括天線和天線控制器：

（A）衛星天線單元由天線、功放和LNB組成，并集成了衛星調制解調器，完成衛星信號的發射和接收。船上使用船載天線，隨著船舶移動可自動跟蹤衛星，保證天線的信號接收質量。本船方案中選用1臺1.0米船載VSAT天線和6W功放配置以支持擴展Ku頻段應用;

（B）天線控制器可以為無線網絡覆蓋和船舶辦公局域網提供數據接口。選用船東確認的衛星資源和主站進行配置，為船舶提供上網服務;5G信號覆蓋范圍以外地區，可通過本衛星實現數據的傳輸和上網，確保本船與指揮中心的雙向音視頻通信。

（2）岸基5G網絡接收部分

當船舶能接收到岸基5G網絡時，通過開通運營商的上網服務，為本船提供5G網絡接入，作為衛星網絡的補充;在近岸有5G信號覆蓋的區域，優先使用5G網絡，無5G信號的海域自動切換到VSAT網絡。

（3）Wi-Fi無線網絡覆蓋部分

在船上設置適量的無線AP信號發生器。系統廣播無線信號，無線終端接入網絡后進行認證上網，并對終端行為進行管理，控制用戶的行為以確保工作用戶優先使用無線網絡。

5G路由采用華為設備，主要參數如下：

無線速率：雙頻并發，1167Mbps;

無線頻段：2.4GHz&5GHz，支持5GHz優選;

無線類型：內置雙頻Wi-Fi天線，配備4顆信號放大器;

CPU：巴龍5000多模芯片、凌霄雙頻Wi-Fi芯片;

網口：1個Wan/Lan自適應千兆網口、1個千兆Lan口、1個SIM卡安裝槽（Nano-SIM）;

外接天線2個5G天線擴展接口;

適用網絡：5G/4G;

4G傳輸速率：1.6Gbps/150Mbps;

5G傳輸速率：2.33Gbps/1.25Gbps;

網絡頻段：5G全網通、4G全網通;

功耗：﹤24W;

AC/DC：AC：100-240V 50Hz/60Hz，DC： 12V/2A。

（4）SIP語音電話部分

在船上放置SIP語音電話，通過衛星網絡連接至運營商主站服務器，通過對接移動運營商機房網關，實現國內船岸電話功能。

（5）視頻會議部分

視頻會議系統采用華為TE40-1080高清視頻會議終端一體機，內置攝像頭和麥克風，支持智能語音呼叫和Wi-Fi無線互聯。用于船舶與指揮中心之間通過5G無線網絡或衛星網絡，進行實時視頻會議。

船舶衛星端站分配固定IP給船上視頻會議主機設備，通過總部多點MCU的終端設備，由總部主會場邀請呼叫，或者分會場（包括軟件終端）呼入，實現船岸視頻會議互通。

通過視頻信號線輸入接口，將光電取證和視頻監控的圖像信號，連接至視頻會議主機中，實現圖像實時傳輸至岸上視頻會議方并在大屏幕中顯示，也可通過專用的操作鍵盤手動將光電取證和視頻監控的視頻信號接入到大屏幕顯示屏。

（6）船內局域網部分

為了方便船內網絡連通，實現文件管理、文件共享、打印機共享等功能，在每個房間布置有線網口，通過網線匯聚到VSAT系統交換機，組成船內局域網。

（7）光電取證和視頻監控部分

系統架構圖如圖2所示：

光電取證和視頻監控系統，主要目標是信息獲取功能。在執行任務中，根據目標運動特征，進行可疑目標分析;具有遙控攝錄、證據收集等功能;具有電視監視功能，可實時監視錄取本船附近、甲板、重要艙室的視頻圖像。

（A）光電取證設備

光電取證設備，由高性能電視攝像系統、紅外熱像儀、激光照明器、圖像識別跟蹤系統、兩軸轉臺、圖像壓縮系統、陀螺伺服穩定、操縱設備等部分組成，其主要功能如下：

（a）具有可見光和紅外雙模圖像攝錄功能，可全天時全天候工作，清晰、實時、穩定地在指定的范圍內搜索、獲取目標圖像，搜索范圍可設定，也可通過操縱指向器進行人工搜索;

（b）穩定地在指定的范圍內搜索、獲取目標圖像，搜索范圍可設定，也可通過操縱指向器進行人工搜索;

（c）具備對目標的跟蹤能力、識別能力;

（d）具有穩像功能和自動調光、自動對焦的功能，采用高隔離度穩定平臺;

（e）對攝像機輸出的數字視頻圖像進行壓縮，并可通過網絡傳出

（B）視頻監控設備

視頻監控的硬盤錄像機和控制鍵盤布置于駕駛室駕控臺上。一臺帶電動翻轉折疊的顯示器安裝在駕駛室頂，另一臺監視器布置在監控臺;艙外球機和艙內攝像機分別布置本船甲板區域及機艙、辦案室等重要艙室，駕駛室和監控室均可觀察全船重要部位的情況。

（C）其它設備

（a）為提升船員的精神生活，本船增設了投屏設備，把電視機的娛樂資源拓展至手機，使電視機的娛樂功能變得更加強大和更具個性化;

（b）將光電取證交換機的視頻信號連接至視頻會議顯示頻，并增設了控制鍵盤，使光電取證的視頻信號直接接入視頻會議系統，優化了系統設計，節省了成本，空間布置也更加靚麗;

（c）工作和娛樂完美結合，把視頻會議的大顯示屏用電視機屏幕來替代，一屏兩用，節約成本。

3結束語

55m交通應急執法船根據現代海上公務執法船的需求，對電力系統及信息化交互系統等方面進行升級設計：電站的管理采用先進的智能管理和人工強制干預相結合的方式，提高了電站使用的靈活性、可靠性和穩定性，為應急指揮船執行任務提供可靠和穩定的電力保障;利用強大的網絡通信，使之具有遠程視頻會議、遠程指揮調度的功能，配置上滿足廣東省應急管理廳關于省地級市應急管理信息化建設的要求，為未來接入廣東省應急指揮信息網預留了接口，提高了船舶的整體性能和先進性。

該船已順利試航及交付使用，各項性能優秀，各方反饋相當滿意，打造了300t級精品執法船型的典范。