1、先進船舶理念 及系統 “綠色造船 ”是一個整體概念，指在新船的設計與制造、營運船舶的航行、 停泊和作業、舊船的改造和設備更新、船舶退役時的報廢和拆解全過程中采用 先進的環保技術、防污染設備和無害建造材料。最大限度地減少船舶及設備的 事故，損壞發生率，降低資源和能源消耗率，提高建造材料回收利用率，最大 限度減少或消除對水環境、大氣環境的污染程度。 “綠色造船 ”不僅檢驗結果， 也檢驗過程控制。 傳統船舶設計往往過重追求經濟性能，綠色造船提出了良好經濟型、先進 技術性、友好環境性三項指標，其特點是把環保、實效的思想體現在船舶設計 和制造的方方面面，把高效、節能的觀點貫徹于船舶動力裝置及能源的選擇和

2、 配置中，并不斷采用先進的環保技術以提高船舶的綠色化程度。 船舶交通管理服務系統，國際簡稱 VTS是集雷達、通信、網絡、視頻處 理、無線電測向、船舶自動識別和氣象信息采集等多種先進技術和前沿科技于 一體的高端電子監控系統，也是現代化港口的重要標志之一，已被歐美等世界 各大港口廣泛應用。 船舶導航系統 船用雷達是一種傳統的無線電導航設備，在船舶近海定位、引導船舶進、 出港，窄航道航行以及在避碰中發揮作用。GPS導航儀在海洋船舶中已普遍使 用，它與雷達相比具有全球、連續、實時、高精度、多功能等優點。隨著海用 信標差分GPS(DGPS)臺的不斷建立，可將使用GPS C/A碼的定位精度提高到米 量級。

3、 因此，還可應用DGPS或 GPS導航儀來改善雷達的使用性能，測定雷達測 距、測向精度，彌補雷達在避碰和錨位監視等方面的某些局限性。 GPS與 xx的定位與導航功能 定位功能 船用雷達發射無線電波，并接收該電波從目標反射的回波，在顯示器上一 目了然地顯示周圍物標相對于本船的圖像。測定一個或幾個固定物標相對于本 船的方位和距離，可在海圖上作出船位。由此可見，雷達對于船舶在近岸海區 或窄航道上安全航行發揮重要作用，特別是在霧航中更加顯示它的重要性。但 是，由于受到雷達電波傳播的視距所限，探測物標的距離通常只有幾至幾十海 里，不能用于遠洋定位。 GPS導航儀同時跟蹤3顆或4顆衛星信號，測定到達 衛星

4、的偽距，通過導航儀內部計算機解算，實現實時、連續、全球、高精度定 位，可彌補雷達不能實現遠洋定位以及定位不連續、定位操作工作量大等缺 點。 導航功能 30m 左右的中型引航船。考慮到天津港冬季多大風，錨地無遮蔽，以及在 海況好時的工作方便，可考慮配置 1艘不小于40m的大型子母引航船。天氣及 海況不好時，可單獨執行任務；海況好時，可將其攜帶的 2 艘高速艇放下，共 同執行任務。如子母船的設想不能成立，也可只配置 1 艘大型引航船，另配置 2 艘高速艇。無論任何型號的引航船 （艇） ，在設計上必須考慮到靠船的要求和引航 員上、下船的方便。 對速度和操縱性能的要求引航船在速度上不能低于16kn。高

5、速艇一般不能 低于20kn。從操縱靈活的要求出發，采用可變螺距船；駕駛操縱系統，應以方 便1 人操作為原則；大型引航船，還應加裝首側推器。 普通船用雷達要獲得航速、航向航跡等航行數據，需通過幾次定位，由人 工標繪實現。自動雷達標繪儀（ARPA雖然自動顯示上述數據，但存在跟蹤延遲 和雷達、計程儀、羅經等傳感器引入的誤差。另外，由于ARPA設備昂貴，不能 在所有的船上安裝。 GPS導航儀采用現代電子計算機技術，可實時計算并顯示 航速，航向，航跡偏差，風、流壓差，還具有設置航路點、計劃航線、顯示到 達航路點的距離、時間等導航功能。 GPS的避碰功能 船用雷達測定海上運動物標和靜止物標的距離、方位等相

6、對參數，通過人 工標繪得到最近會遇距離（CPA和到達最近會遇點的時間（TCPA等避碰數據，駕 駛員根據這些數據及時采取避讓措施。但是，有些物標反射回波微弱，操作人 員難以看清它們的回波圖像，ARPA有可能對它們漏跟蹤或錯誤跟蹤而不能提供 避碰數據。在氣象條件惡劣時，出現嚴重的海浪回波干擾或雨、雪回波干擾， 上述丟失物標的現象時有出現。對于未露出海面的暗礁、沉船、淺灘等潛在物 標，雷達更是無能為力。根據海圖和航海通告事先查出在航線附近水面危險的 小物標和水下的潛在障礙物，把它們作為航路點在 GPS導航儀中存貯，并根據 障礙物和船舶狀況設置報警范圍。在航行中，駕駛員可以隨時檢查這些物標相 對于本船

7、的距離和方位。一旦船舶進入所設定的報警范圍的邊界，GPS導航儀 立即發出報警，駕駛員作出避讓措施。 GPS輔助xx定位 雷達定位的難點是正確識別物標，對于不大熟悉雷達觀測的駕駛員更是如 此。若用雷達觀測幾個比較接近的非獨立物標，由于物標回波圖像邊緣擴大、 失真等原因，這些物標的回波圖像難以清楚分開，因而觀測雷達圖像找不出與 海圖所對應的物標，或把一物標回波圖像錯認為另一物標的回波圖像，獲得錯 誤的雷達船位或造成不能允許的船位誤差。又由于在海圖上查找雷達回波反射 點要耽誤時間，因而定位是不連續、不實時的，獲取船位的時間滯后于實測船 位的時間。 滯后時間的大、小與觀測者對雷達觀測的熟練程度有關。

8、普通的GPS導航儀，除了直接存貯任一位置的經、緯度以外，還可輸入當 前位置到達雷達測量位置的距離、方位，計算并顯示物標的所在位置的經、緯 度。 若把雷達測定的物標的距離、方位數據迅速輸入 GPS導航儀，根據它顯示 的經、緯度數據，可迅速在海圖上找到對應的物標，由此作出雷達船位。用此 方法取得的雷達船位比用常規法作得的船位準確、可靠，避免因識別反射物標 錯誤而引起雷達船位錯誤或偏差，標繪所用的時間也可明顯縮短。如果將雷達 測定的距離和方位數據通過接口和控制裝置輸入 GPS導航儀，導航儀就不需人 工干預直接顯示相應物標所在位置的經、緯度。 錨位監視功能 在船舶錨泊時，船用雷達可通過測定陸標的方位和

9、距離監視本船的錨位偏 離狀況，也可通過測定到達他船的方位和距離監視他船的漂移狀況，一旦發現 本船和他船走錨，便可采取相應的措施避免發生事故。GPS的錨位監視是以錨 位點為中心，輸入的設定距離為半徑，一旦天線所在位置超出此范圍，即被認 為走錨而發出報警。監控半徑大、小的選擇要根據GPS導航儀的定位精度、周 圍環境及船舶狀況而定。由于 GPS具有較高的定位精度，可以減小設置監控半 徑，提高監控靈敏度。若采用 DGPS可進一步減小監控半徑，提高監控靈敏度。 通常，GPS導航儀的最小設置監控半徑為 0.1 nmile。雖然GPS不能監視他船的錨 移狀況，但對本船的錨移監視具有不需通過測定物標定位、監視

10、靈敏度高、快 速實時等優點。GPS與雷達相結合的錨位監控手段，對防止大風造成的損失可 起到很大的作用。 GPS與 xx配合應用需注意的問題 GPS導航儀的坐標變換 GPS的坐標基準是采用美國推出的1984年世界大地測量坐標系 （WorldGeodetic System）,即WGS-84測地系統。因此，GPS導航儀的定位解算統 一采用WGS-84地球橢球參數。對于上述 GPS與雷達配合使用，要求GPS導航 儀輸出結果與該區域的地圖采用一致的坐標系統。只有這樣,才能取得吻合的 坐標值，不因所用的地圖（含海圖）與GPS的坐標系不一致而引入系統偏差。實際 上,由于歷史與地域等原因,目前各國地圖 （含海

11、圖）所采用的橢球和投影不盡相 同，并非采用與 WGS-84一致的坐標系統。例如，我國現行地圖（含海圖）廣泛采 用 1954 年北京坐標系。 BEJ-54在我國本土上它與WGS-84在經度與緯度方向誤差達到幾十米至一 百多米。因此，在GPS導航儀中有必要將WGS-84系統轉換成所需的各種坐標 系。 船用導航雷達 （marineradar ）是保障船舶航行的雷達，也稱航海雷達。 它特別適用于黑夜、霧天引導船只出入海灣、通過窄水道和沿海航行，主 要起航行防撞作用。 自 20 世紀 80 年代初透明化駕駛艙取代機電式儀表駕駛艙以來，船舶駕駛 艙一直在悄悄地發生著變化。具有 Windows 風格的駕駛艙

12、顯示器使人機對話更 直觀、操作更方便。綜合化的船舶電子軟件與大尺寸平板顯示器為大副、船長 提供了全新的視景。船舶駕駛艙有 20 年一變之說。從 20 年前陰極射線管為透 明化駕駛艙到今天的綜合化船舶電子 +平板顯示器的駕駛艙，船舶電子和顯示技 術上的進步，確有令人耳目一新的感覺。 Win dows式顯示和控制方式以陰極射線管為代表的早期透明化駕駛艙，在 很大程度上只是復制了機電式儀表的讀數和感覺，而新的顯示器則更注重呈現 真實的過程。無論從顯示畫面還是操作上看，新駕駛艙的顯示與控制裝置都更 像是采用 Windows 系統的個人計算機。 xx 公司的 Pro Line 21、霍尼韋爾公司的Pri

13、mus Epic達索公司的EASy以及泰雷茲公司專門設 計的綜合船舶電子系統都采用了這種流行的 Windows 顯示控制方式。 在900EX的EASy系統中以及 G550和G500的“Plane VieW駕駛艙中，都采 用了一種類似于鼠標的跟蹤球指示控制裝置 （CCD，） 其上有指尖可觸擊的按鍵 （用 于顯示轉換及菜單選擇），可以借助CCD和屏幕上的下拉/彈出菜單，方便地選 擇所需的信息顯示，如船舶周圍的狀態感知信息、船舶系統的信息顯示等。達 索公司率先在 EASy 駕駛艙采用 CCD 替代以往的操縱桿或側桿控制器。大副、 船長各自配備一個CCD借助CCD旁邊的鍵盤，大副、船長可以隨時將船舶

14、操縱模式切換到人工模式。 Primus Epic的操作系統稱為數字式引擎操作系統（DEOS）這里的引擎只是代 表計算機的一種結構 從應用程序到硬件接口分成若干層，以方便認證和軟 件更改。個人計算機通常具有的多任務并行操作功能，但DEOS不允許這樣 做，因為船舶電子系統必須考慮到計算機故障時的平穩恢復問題，即不允許出 現計算機崩潰現象，同時還要嚴格的分區操作，以保證在同一計算機上運行的 各種應用軟件，不存在相互調用的情況。 更加人性化、XX的設計 新的顯示器增加了海底地形、進近海圖、三維導航等顯示內容，這在過去 是不可能的。它們既增加了同一時間呈現給大副、船長的信息量，也使信息更 直觀易讀。 以

15、 EASy 駕駛艙的設計為例，它的直觀、智能化特性表現在以下幾方面。 智能化的檢查單設計只要大副、船長完成了一個項目的檢查操作（如起 錨、準備啟航 ），EASy 就自動地進行檢查核對，然后顯示下一個檢查項目。同 時，還摘要顯示與當前檢查項目相關的船舶系統狀態數據。例如，檢查燃油系 統時，與檢查單相連的顯示器就顯示燃油系統圖，標明所有油泵、閥門的位置 及狀態和每個油箱的油量。這種特性同時也反映出無紙化駕駛艙的發展趨勢。 圖形化的航行計劃編制當大副、船長選擇相關航行階段，EASy就彈出相應 的菜單，包括所有錨地、港口、助航系統、無線電通信等數據，并自動進行航 道長度、航速等數據的計算。 EASy

16、的數據庫，大大減少了人工輸入數據量。當船舶進入下一個航行階 段， EASy 就顯示前方航道參數或其他關鍵數據。如果港監人員要求船舶變更前 方航道，EASy就會在數秒內完成航行計劃的重新編制。導航顯示直觀形象中央 導航顯示器一般用于海圖顯示，同時也能覆蓋包括進近、氣象雷達、防撞系統 的數據，或按需求將其刪去。在多礁海區航行時，可以調垂直剖面圖，海圖顯 示方式也可以變換。當大副、船長選取航線段或航道點時，導航顯示器就彈出 相應的菜單，允許大副、船長快速選擇中心海圖、直航、修正航線、改變航 向。 創新顯示方式 NASA的阿姆斯研究中心應用 透視航行引導（PFG）概念，正在進行主航行 顯示器的顯示符號

17、研究，目標是不僅為船長、大副提供船舶相對于理想航道的 狀態感知，而且以三維透視的方式給出適宜的過程顯示，達到降低大副、船長 工作負荷，提高安全性的目的。 在低速船舶與商用高速船舶共用航道的情況下，低速船舶常常在擁擠的航 道上進行大角度離港或進港，這對航行安全構成了極大的威脅。應用PFG顯 示，將減少潛在的水上沖突。對港口而言， PFG 可以提高港口的容量和全天候 能力。 PFG 應用于軍用船舶還可提高其航行回避能力和機動性。 NASA的阿姆斯研究中心在PFG符號研究方面各有所長。阿姆斯研究中心 是利用前導符號 /跟隨符號法替代傳統的符號。前導符號表示船舶 4.5 秒之后的 預期位置。如果大副、

18、船長將跟隨符號覆蓋在前導符號之上，即可取得理想的 航路。 國外公司強調把船舶符號置于一個三維 “隧道”中，此船舶符號表示未來數 秒后船舶的預期位置，使大副、船長能夠直觀地了解前方的相對位置。 另一項重要的創新是利用合成視景符號向大副、船長提供信息。Chelton航 行系統公司研制的電子航行信息系統 合成視景顯示系統（EFIS-SV是其中一 種。它由主航行引導顯示器和導航顯示器組成。主航行顯示器不僅顯示航線， 還實時顯示三維水下地形及障礙物，導航顯示器顯示活動海圖。航線顯示采用 了一種更直觀的、稱為HITS的顯示技術。所謂HITS顯示，就是在多功能顯示 器上顯示一系列三維的航行引導范圍： 在GP

19、S計劃航線上每隔900米會顯示一個180米X 14（米的范圍。只要大 副、船長駕船不越出這個范圍，就能使船舶在預定的航向航行。 HITS 顯示方法 對曲線儀表進港的航行特別有幫助。對在超出了水上交通管制導航設備或引導 雷達作用范圍的航行，HITS#大大提高其防碰撞能力。 先進駕駛艙系統的通用性 泰雷斯公司一直是先進航行駕駛艙儀表系統的供應商。他們設計的控制和 顯示系統（CDS不僅采用了個人計算機式的航行顯示器，而且采用了綜合化備份 導航系統（SNS代替了傳統分立式備份儀表。SNS可以顯示陀螺水平儀等數據以 及航道點、備份航行計劃等導航信息，并具有顯示器之間切換功能，以保證顯 示的可靠性。 雖然

20、 CDS 是為特定船舶設計的，但 CDS 的許多設計理念已經應用到一種稱 為“TopdeckNG勺新型駕駛艙中，該駕駛艙還可用于小型船舶、多用途船舶。T o p d e c k N G 的前身是 Topdeck 駕駛艙，它是十幾年前為軍用系統專門設計的、 符合未來 自由航行”概念的一種綜合化玻璃駕駛艙。從布局上 Topdeck NG駕駛 艙像是Primus Epic駕駛艙和EASy駕駛艙的組合型。位于大副、船長前面的 2臺 15厘米X 20厘米的LCD主航行顯示器，顯示航行控制和導航/通信信息；位 于中央控制臺上方的2個LCD共用顯示器，一個顯示發動機參數、系統狀態和 防撞提示，另一個顯示飛行計劃、垂直導航和遠距導航信息。 Topdeck NG 駕駛 艙具有良好的交互性。位于控制臺上的跟蹤球CCD和鍵盤，使大副、船長掌控 船舶各系統的狀態；航行管理與導航數據，管制員與大副、船長之間的數據鏈 通信，無線電調諧、航海人員告警和檢查項目表等信息，均采用圖形化顯示； 大副、船長不但可以從電子航行數據庫中調出氣象圖、導航與進港數據及其他 文件，而且可以輸入來自外部攝像機、氣象站和其他信息源的高清晰圖像信 息。 Topdeck NG 的關鍵部件是模塊化綜合船舶電子系統 (IMA)。 IMA 硬件與軟 件之間的接口，采用 A R I N C65標準，便于