航行管理系統集成體系框架研究

顏仁聰 郭兵 張越

摘要：隨著計算機技術的發展，傳統造船業也逐漸走向信息化、數字化。航行管理系統軟件布置在駕駛室內，對船舶的安全航行起著至關重要的作用。本文介紹了航行管理系統軟件的集成體系結構的構建，并描述了其應用。

關鍵詞：電子海圖;駕駛信息;船舶狀態;信息集成;數據共享

1前言

航行管理系統（VMS）是一個涉及多個領域的高度綜合信息管理系統，如計劃領域、導航領域以及監控領域等。以導航任務為依據，針對船舶的運動狀態進行全天候監控，使導航方案的編制以及具體落地得到了進一步優化。VMS是通過領先的計算機技術、導航原理以及圖形圖像處理技術高度集成之后，使各個工作站之間實現數據共享與信息集成，逐步建立起的統一化的自動導航管理系統。

2航行管理系統體系框架

導航管理系統是一個面向任務的管理系統。利用成熟的計算機技術和高速的網絡傳輸手段，在以太網上共享信息，實現導航、避碰、狀態信息的綜合顯示，達到安全導航的目的。

2.1職能

航行管理系統是由導航信息、電子海圖與船舶狀態這三大模塊構成的，下文將具體介紹這些模塊的功能：

2.1.1電子海圖

電子海圖系統是防止船舶碰撞的前提條件，可提供移動目標信息、運動狀態信息、路由信息、數字圖表信息以及全面的報警信息，能全方位地體現船舶和海上其他物體、航行環境之間的相對運動關系的動態發展情況。

2.1.2駕駛信息

駕駛信息Conning是通過文字、儀器以及圖形的形式具體呈現會對船舶航行的安全性產生影響的運行控制信息、綜合導航信息以及氣象信息，讓航行指揮員可以系統、便捷、直觀地了解并掌握駕駛情況。

2.1.3船舶狀態

船舶狀態支持劃分、管理、過濾平臺各個系統的工作狀態的綜合信息，同時通過圖形化、系統化的形式呈現損傷管理信息、推進信息、報警信息以及動力信息。

2.2軟件架構

基于信息集成和數據共享的原理，設計了導航管理系統軟件。為了提高可靠性和靈活性，導航管理系統的每個階段都采用了緊密耦合的軟件體系結構。各工作臺運行多功能導航管理軟件，實現電子海圖、導航信息、船舶狀態切換和顯示。

此體系結構的優點體現在兩個方面：① 高度信息共享。所有操作部件都能獲得導航指揮和駕駛控制所需的信息，改變了以往信息獲取依賴于指揮員穿梭于各個部件之間或以口頭報告的形式傳遞的局面。信息傳輸和顯示方便、準確，有利于實現一體化指揮控制。尤其能有效降低船長在海上航行時指揮員和操作人員的勞動強度。② 高度集成的功能。它改變了以往在船舶控制中需要增加一種信息或功能時，配備顯控設備的現象。在硬件標準化的前提下，系統集成從簡單的硬件集成轉變為全面的軟件集成，立足于有限的工作臺發揮多元化的功能，提高工作空間的利用率，縮減司機室硬件設備的用量，營造優質的駕駛控制環境。此外，選取層次化的方法設計航行管理軟件，將該軟件分成核心層、基礎層與應用層。

基于對程序的可維護性、可控性以及可測試性的思量，確定使用分層結構對軟件系統進行設計。程序設計分為三層：基礎層、業務層和UI層。此外，在程序的三個層之外還有一個公共數據庫，它存儲每一層可以調用的公共數據結構和公共函數。

2.2.1基層

API層包括數據庫接口、圖形接口、網絡接口和信息共享池。該層封裝并屏蔽底層的具體實現，為業務層和UI層提供統一的對象服務。防止底層實現中的更改影響核心業務層和UI層。

2.2.2業務層

業務層內有駕駛信息顯示業務邏輯、通用業務邏輯、船舶狀態監控業務邏輯以及電子海圖業務邏輯等諸多模塊，此層對導航管理流程與底層業務處理邏輯進行封裝，賦予UI層以統一的功能接口，如數據分析、數據處理、數據顯示等功能邏輯。

2.2.3用戶界面層

在軟件系統內，UI層是一個十分重要的用戶界面，界面內有許多人機交互模塊，如駕駛信息顯示界面、控制庫、船舶狀態監控界面以及人機交互等。在用戶界面內，控件庫居于核心位置。結合業務實際狀況與系統功能，航行管理系統研發了一個研發效率較高的系統控制庫。此控制庫可有效保證用戶界面的個性化，支持定制，使軟件人機界面的用戶友好性得到有效提高。

2.2.4公共層

公共功能部分不屬于系統的任何層，是系統的公共功能部分，可以被系統程序的任何模塊調用。該部分包括系統全局變量、系統通用結構、系統通用算法功能、用戶界面顏色標準、系統通用功能等模塊。

2.3船岸信息同步原理設計

為了實現船岸信息的同步，首先要考慮分布式數據庫技術。每艘船都有自己的數據中心和岸上的中央數據庫服務器。通過該技術，可以將數據信息傳輸到船舶，并通過Internet將數據復制到岸上的管理機構，從而實現船舶與岸上的信息傳輸。然而，在現有技術下，遠洋船舶和陸上碼頭并不總是相連的。從經濟和可行性的角度來看，通過海事衛星實現船岸數據同步是最經濟、安全、有效的方法。因為船岸連接時間并不長，所以實用性最強的是立足于郵件、將維通C站當成通道這一方式。一旦系統認為需要同步船岸數據，其將先建立內有數據文件的一個新電子郵件，緊接著與衛星通信站C相連，并向目的地發送電子郵件。

3應用情況

駕駛臺上設置了導航管理軟件。與傳統船舶相比，它具有“集成度高，機動性好”的特點。軟件具有應急備份和多功能切換功能。當系統出現故障時，其他工作站可臨時切換到系統界面接管工作，確保船舶安全。

3.1“緊湊”布局

在布置小型船舶時，可在操作者的范圍內布置導航指揮控制設備，一人即可實現導航決策和導航控制。同時，為最大限度地減少人為失誤的可能性，設置導航員和副導航員模式，實現一人操作一人監督的互補運行模式。

3.2.操作實踐

引航員與機組之間的溝通應注重技巧。例如，當導航計劃中的時間節點、速度等內容需要用數字表示時，應盡量使用數值范圍，避免使用準確的數值。按計劃？當白色時間為1400時，計劃速度為12 kn，可表示為“根據航行環境，速度保持在11-13 kn之間，靠泊時間約為1330-1430”。航行中，應根據實際情況隨時修改預先編制的引航員計劃，并及時通知船舶，以便船長了解實時動態，避免因對現狀缺乏了解而造成不必要的懷疑和猜測，有利于相互合作與配合。引航員應鼓勵并愿意接收機組人員提出的挑戰。當機組成員對引航員的行為提出疑問或質疑時，應向機組解釋其操作意圖。如果當時的情況導致引航員沒有機會及時解釋機組提出的挑戰，他也應該對機組的詢問表示關注，并在適當的時候解釋機組先前提出的挑戰，以消除可能由個人失誤造成的災難風險。

3.3船舶動態報告

在港區及其外圍規定若干報告點，要求通過報告點的船舶用甚高頻或特高頻無線電話按規定程序和格式向系統中心報告船位和航行計劃以及船舶數據資料。系統中心對船舶動態報告進行匯總、標繪、分析，隨時核對、更新。用計算機對船舶動態進行這種跟蹤和分析，比人工作業可大大加強預見航道擁擠、及時采取預防措施和及早發出警告的能力。

總結

隨著水運事業的發展，船舶交通量不斷增加，為使船舶能順暢通航于有限水域或擁擠水域，船舶在運行過程中要逐漸建立起的航行管理系統集成框架;實現對船舶的動態監控和船舶信息的綜合顯示，達到對船舶航行安全管理的目的。

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