現代航海技術的發展及應用研究

鄺建華

(中國人民武裝警察部隊海警總隊海南支隊 海南?？?570208)

海洋作為國際上貿易的重要通路，伴隨現代航海技術發展，國際之間的交流與合作更為密切，我國在改革開放后，大力與周邊國家合作，伴隨合作開展到歐美等國家，海洋運輸的功能不斷增強。隨著國家貿易規模拓展，世界范圍內的各個國家均開始關注海洋運輸[1]。新時期，航海技術發展到全新階段，發展前景更為廣闊，高新技術在航海過程中不斷應用，各類技術應用的目的是提升船舶動力，保證船舶運行安全，降低危險事件發生率。比如：在船舶上使用自動避碰技術，有利于提升船舶運行安全性。其中融合電子海圖及AIS技術、報警技術等，實現船舶自動化避碰的整體目標，為我國海洋貿易的開展奠定堅實的基礎。

1 現代航海技術發展情況

自世界歷史角度上看，航海技術歷經豐富且漫長的發展階段。我國具有豐富的海洋資源及漫長的海岸線，造船技術處于世界領先水平。早明朝初期，我國已經制造出巨型海洋郵輪，船隊最遠達到非洲地區。在歐洲工業革命后，航海技術及造船技術進入全新發展階段，奠定現代航海技術的雛形[2]。進入21世紀后，第三次工業革命開始，其成果在航海領域應用，航海技術發展水平進一步提升?，F代化航海技術朝自動化及智能化方向發展。

1.1 造船技術發展

造船技術作為航海的基礎，我國的造船技術已經呈現出多樣化的發展趨勢，在不同船舶制造領域應用。海洋貨運船舶建造作為重點，在高新技術的導向下，船舶船體及內在均已發生改變，比如：為保障海洋運輸的總體效益，需不斷提升船舶的容量，在擴大船身尺寸的同時，也要對船體進行處理，提升船體的空間可利用性。信息技術在船舶制造領域應用，保障船舶定位的準確性，可避免外界環境產生的干擾，并保證船舶運行航線正常。船舶中有較多的垃圾、污染物，在排放過程中需要對垃圾進行過濾，以免對海洋環境產生巨大的污染。在全球環境問題爆發的同時，海洋資源保護成為重要的課題，在未來的船舶建造技術發展中也要引起足夠的重視。

1.2 自動化航行技術發展

該技術是人工智能發展下的產物，指的是通信系統及操作系統、定位系統的自動化技術，航行自動化程度高，航海則更為順利。航行自動化包括兩種，分別為航行計劃系統、顯示信息系統。其中，航行計劃系統是人們根據經驗制定航海線圖的方式，并將制作的線路發送到自動化系統中，便于自動化系統識別[3]。在遇到突發情況時，航行計劃系統要評估制定航線形式，若制定的航線風險性大，則適當更改航行線路?，F代化的計劃系統，通過氣象導航系統可編制相關的航行計劃，并根據天氣情況設計航線，船長針對實際情況，選擇是否更換航線，盡可能規避危險氣象對航行安全的影響。信息顯示系統是船舶航行中顯示周圍情況的系統，包括周圍海域及海岸等，船舶一旦遇到故障，智能監控系統可配置相關的應急方案，操作人員根據數據對船舶航行狀態進行分析，及時應對突發性問題。

1.3 AIS技術發展

現階段，AIS技術已經在航行中應用，通過傳感器及定位儀等技術，立體化傳播航行信息。通信機在條件允許的范圍內，與其他船只進行應答交流，以此完成信息共享；也能模擬信號傳輸，搭建交管體系[4]。船舶在航行過程中，可能受到外界環境因素影響，尤其是在海洋運輸途徑中，遇到突發風險，發起救援比較緩慢。為保證船舶的航行速度，避免危險進一步擴大，需指定自主報告系統，并劃分船舶航行的警戒區及環形道，將此作為主要參考依據，以此制定最佳的航行線路。AIS作為航海技術中的重點技術，與其他技術相互交融，有利于促進航海技術發展。

1.3.1 AIS與雷達技術

船舶在航行過程中，若想了解其他船舶的運行信息，需要使用雷達進行監測，駕駛員接收其他船舶的數據后，分析自身所在航線與其他船舶是否發生沖突，發生沖撞的可能性是多少，經過分析后，重新規劃線路。但單一雷達技術監測數據及反饋信息速度慢，還需了解對方船舶的其他信息，包括船舶運行速度、時間及船名等。設備數據傳輸速度慢，容易導致船舶航行面對安全隱患，對航行人員及船舶均會產生巨大影響。AIS技術在應用后，數據傳輸速度不斷提升，且傳遞的信息更為全面。比如：AIS技術下，船舶信息系統船舶的內容包括船舶的名字及通信業務碼，為彌補雷達缺陷，將AIS 與雷達聯合使用，技術融合后，數據傳輸更為適用、精準。在大霧及降雨天氣下，AIS技術對船舶的影響較大，可監測船舶運行情況，確保船舶航行的安全性。但AIS 技術設備在使用中，需要相互通信的船舶均安裝對應的設備，才能彼此間識別及共享信息。目前，AIS技術在船舶技術領域普遍應用，彼此通信識別得以保障，但海上船舶數量眾多，將AIS 與雷達技術聯合使用，有利于提升信息傳導速度，為航行安全奠定基礎。

1.3.2 AIS與信息系統

信息系統及電子海圖稱之為ECDIS，指的是滿足標準的電子海圖，其中的核心是計算機，通過計算機連接、定位、探測，顯示船舶航行信息。電子海圖顯示系統進一步更新，該技術在船舶上的數量隨之增多。過往的船舶在航行過程中，信息系統與GPS 聯合應用獲得信息，但無法快速獲得周圍船舶信息，對此，信息系統的功能未能充分發揮。AIS 系統在應用后，聯合電子海圖系統，有利于對周圍進行探查，以數字的方式呈現電子海圖。這種信息系統可獲得數據信息，并計算DCPA及TCPA等數據，保證船舶駕駛人員判斷與周圍船舶的安全距離。相比LDC 系統，信息系統的數據更為精準及形象，描繪的內容更為全面。對此，將信息系統與AIS 系統應用在船舶上，為船舶運行安全提供保障。

1.3.3 AIS與衛星技術

衛星定位技術功能在于導航、定位、授時等，在飛機行駛及車輛行駛應用廣泛，具有全天候、高精度及易操作的特點，AIS系統作為該系統的關鍵，工作基礎時間是世界標準時間，也稱之為UTC，該系統的關鍵技術是SOTDMA 技術，該技術將信息通道時間分為單獨的間隙，AIS系統與時間間隙同步運行，有利于標準系統運行的穩定性[5]。對此，通過衛星定位技術可提供準確的UTC，滿足AIS系統與時間間隙同步運行的目的。

2 現代航海技術的應用

2.1 自動駕駛技術應用

在航海過程中，需要制訂嚴密的航行計劃，尤其是關注天氣變化，針對天氣因素合理編制航海計劃，選擇適合的航海路線，有利于提升航海安全性?；诓僮骼碚摷皻庀箢A報、導航設備可完成線路規劃。操作過程中需要基于航線計劃及操作系統進行綜合設計，關注航線轉向點及曲率半徑處理，使雷達海圖及航行計劃在控制系統中傳輸。針對航行軌跡控制系統也要合理使用，該系統的目的是按照船舶既定計劃航行，對航行計劃提前設定，達到自動化控制的目的[6]。通過該系統，也能在ARPA上收集船舶信息，通過高分辨率的光柵對雷達進行掃描，合理使用航行軌跡系統，有利于避免船舶在運行過程中發生碰撞。也要加強氣象海圖的應用，該系統是APPA雷達及電子海圖系統的疊加，是自動駕駛時的重要設備，船舶在運行過程中，需要正確使用氣象海圖系統，從而保證自動駕駛過程中的安全性。

2.2 避碰自動化技術應用

對過往的船舶安裝情況進行分析，多數船舶發生事故的原因與人為因素相關，船長長期在水上生活，條件比較艱苦，航行過程中發生碰撞的概率高，船員流動性大，部分船員的航行經驗不足，專業能力不強，在一定程度上對航行安全性產生影響。為避免發生重大的安全事故，需普及船員安全方面的知識，提升船員的安全意識[7]，進而提升船員在航海過程中的責任感及綜合素質。船舶維修人員應當定期對船舶進行維護，觀察自動化系統的運行情況，保證系統運行的穩定性。與新航海技術融合，可提升船舶自動化水平，一旦發生碰撞可激發防御功能，最大程度地降低人為因素導致的安全事故，避免船舶上的人員受到傷害。在船舶自動避碰系統中有很多的結構，包括航行方向控制及整體控制、自動化控制等。避碰控制作為自動化控制的重要內容，一旦發生碰撞風險可及時調轉方向，使船舶的位置偏離，避免發生碰撞。船舶在運行過程中，通過各類技術可獲得行駛信息，根據碰撞后的風險程度，制訂科學的應急處理方案。航行控制根據航行環境制定，為船舶制定一條高質量的路線，對原本的航線進行優化，確保航行過程中的安全性。在航行過程中，自動控制系統對航行速度及航向方向、船舶位置綜合分析，保證船舶處于穩定的航行狀態，根據計劃路線順利行駛。結合安全管理規定，自動控制系統適當調整方案，避開危險目標，并保證運行期間的穩定性，而并非突然轉向。

在自動避碰系統中，通過局域網采集信號，管理計算機一般是先進的工業計算機，界面接受信息及處理信息的能力強、反應速度快，接收到傳播碰撞信息后可快速做出反應，盡可能降低碰撞事故的發生率。在參數顯示界面上，每個測量值及測量名稱出現在大屏幕上，一旦超出界限會發出警報，紅燈自然閃爍，大屏幕也會出現新的數值[8]。大屏幕傳感器發生問題時，需要及時檢測傳感器故障，相關技術人員及時整改。開啟監控系統后，船舶監控界面均在屏幕上呈現。對巡回參數關鍵點進行觀察，打開測量參數要點畫面，在標題上輸入功能按鍵，會彈出相關的對話框。一旦測量值超出范疇，會開啟聲光報警。按下靜音按鈕才能回到正常界面，解除聲光報警。在數據上，需要定期記錄船舶與障礙物的距離，并儲存到數據系統，便于在航行后調取與分析。

2.3 AIS系統與其他系統的聯合應用

2.3.1 AIS與GMDSS技術組合應用

GMDSS 系統作為海上信息系統，在應用過程中，系統運行期間直接連接地面信號，數據短時間傳遞給駕駛者，其中包括天氣信息及其他船舶的運行信息。在航行期間發生緊急事故，也可GMDSS系統提示。通過該系統，也能使駕駛員掌握數據差值，船舶發生危險進行搜救過程中，也要使用AIS系統提供輔助[9]。在應用AIS 系統中對遇難船舶信息進行傳遞，及時查詢失蹤人員情況。通過高新技術搜救的成功率更高，若船舶沒有AIS技術，搜救人員則攜帶電子海圖中的AIS應答器，進入現場模擬搜救，提升搜救成功率，并將信息傳遞給附近船舶，完成多船搜救，進一步提升搜救率。

2.3.2 AIS與ARPA技術組合應用

ARPA 系統受到天氣及地理環境影響，往往無法辨識船只。顯示器可能出現假回波的情況，一旦工作人員觀察中無法對波形進行辨識，容易導致船舶發生風險。若物標反射無線電波的功能不強，ARPA 在運行過程中發生漏電的概率高，在天黑后或者霧氣較大的情況下，難以避免船舶之間發生碰撞，發生安全隱患的概率高。在回波較大的情況下，系統穩定性受到影響，無法及時完成定位，容易發生追蹤失敗。船舶進入復雜海域后，跟蹤船舶目標可能發生偏離，船舶的信號獲取及各類數據的信息技術存在缺陷，無法及時將具體信息反饋給觀測員。該問題無法解決，會導致監控的信息準確率不足，技術缺陷導致電波在傳輸時遇到障礙物，無法及時繞過，最大作用距離縮短[10]。對此，船舶上單一應用APRA 技術存在缺陷，發生碰撞風險的概率高。ARPA 技術與AIS 技術融合，可及時將APRA 的缺陷彌補，在實際應用中，AIS 技術可自動識別船舶同口岸的通信信息，有效解決船舶碰撞的相關問題，自動獲得海上船舶信息。AIS 技術對外界具有較強的抵抗功能，不會產生復雜的波形，可提升ARPA 的辨識功能，對船舶監控能力提升有一定幫助，兩種技術融合應用可降低船舶的運行風險。AIS技術電磁波繞射能力優勢大。從數據上看，可監測遠距離位置，且不會受到障礙物遮擋印象，處理監測盲點，從而彌補ARPA 數據不全的問題。兩種技術在同一船舶上應用，降低船舶碰撞風險，也能避免追蹤過程中船舶目標發生偏離。

2.3.3 AIS與ARPA、ECDIS組合應用

這3種技術組合的目的是搭建導航系統。船舶在建設的過程中，AIS 技術可將信號發送給ECDIS 以及ARPA，技術功能發揮到最大，接口電路連接網絡后，系統功能隨之提升。比如：在目標疊加過程中，ARPA通過數據連接口獲得信息，數據進入ECDIS中，對船舶信息進行追蹤，保證船舶運行穩定及安全性。在圖像疊加上ARPA 連接數據線路后，將信息傳遞給ECDIS 系統，完成精準定位。ECDIS 系統通過附加設備可快速獲得船只行駛速度及方位，并進行過濾處理，顯示海圖上的船舶位置及周圍船舶情況。通過該ECDIS系統獲得數據更為精準，掌握海上領域的實際情況，實時監控船舶運行信息。如果監控過程中發生特殊問題，與計劃航行路線相比，可避免航行偏離軌道，ECDIS系統可安裝報警設備，根據相關規定接收到GPS信號，保持系統的穩定運行狀態。在船舶運行中使用AIS 技術，可觀察其他船舶的具體信息，包括船舶的位置及規格、名稱、航線等。

3 結語

現代航海技術處于高速發展階段，各種高新技術層出不窮，為航海技術發展提供新的動力。信息化技術與現代管理技術融合，有利于提升航海水平，使航?；顒拥靡越】蛋l展。我國的航海技術已經處于世界先進水平，除海洋運輸外，在海洋探測及海洋鉆井方面取得不錯的成果。未來的航海技術中，各個國家關注貿易運輸及航行安全，保證安全的情況下順利完成各項貿易。AIS 系統作為新興船舶導航系統，該技術在船舶應用上，融合通信及信息處理等多項技術，為船舶運行提供準確的信息，從而將船舶運行的安全性最大程度提升。