现代航海技术的发展及应用研究

邝建华

(中国人民武装警察部队海警总队海南支队 海南海口 570208)

海洋作为国际上贸易的重要通路，伴随现代航海技术发展，国际之间的交流与合作更为密切，我国在改革开放后，大力与周边国家合作，伴随合作开展到欧美等国家，海洋运输的功能不断增强。随着国家贸易规模拓展，世界范围内的各个国家均开始关注海洋运输[1]。新时期，航海技术发展到全新阶段，发展前景更为广阔，高新技术在航海过程中不断应用，各类技术应用的目的是提升船舶动力，保证船舶运行安全，降低危险事件发生率。比如：在船舶上使用自动避碰技术，有利于提升船舶运行安全性。其中融合电子海图及AIS技术、报警技术等，实现船舶自动化避碰的整体目标，为我国海洋贸易的开展奠定坚实的基础。

1 现代航海技术发展情况

自世界历史角度上看，航海技术历经丰富且漫长的发展阶段。我国具有丰富的海洋资源及漫长的海岸线，造船技术处于世界领先水平。早明朝初期，我国已经制造出巨型海洋邮轮，船队最远达到非洲地区。在欧洲工业革命后，航海技术及造船技术进入全新发展阶段，奠定现代航海技术的雏形[2]。进入21世纪后，第三次工业革命开始，其成果在航海领域应用，航海技术发展水平进一步提升。现代化航海技术朝自动化及智能化方向发展。

1.1 造船技术发展

造船技术作为航海的基础，我国的造船技术已经呈现出多样化的发展趋势，在不同船舶制造领域应用。海洋货运船舶建造作为重点，在高新技术的导向下，船舶船体及内在均已发生改变，比如：为保障海洋运输的总体效益，需不断提升船舶的容量，在扩大船身尺寸的同时，也要对船体进行处理，提升船体的空间可利用性。信息技术在船舶制造领域应用，保障船舶定位的准确性，可避免外界环境产生的干扰，并保证船舶运行航线正常。船舶中有较多的垃圾、污染物，在排放过程中需要对垃圾进行过滤，以免对海洋环境产生巨大的污染。在全球环境问题爆发的同时，海洋资源保护成为重要的课题，在未来的船舶建造技术发展中也要引起足够的重视。

1.2 自动化航行技术发展

该技术是人工智能发展下的产物，指的是通信系统及操作系统、定位系统的自动化技术，航行自动化程度高，航海则更为顺利。航行自动化包括两种，分别为航行计划系统、显示信息系统。其中，航行计划系统是人们根据经验制定航海线图的方式，并将制作的线路发送到自动化系统中，便于自动化系统识别[3]。在遇到突发情况时，航行计划系统要评估制定航线形式，若制定的航线风险性大，则适当更改航行线路。现代化的计划系统，通过气象导航系统可编制相关的航行计划，并根据天气情况设计航线，船长针对实际情况，选择是否更换航线，尽可能规避危险气象对航行安全的影响。信息显示系统是船舶航行中显示周围情况的系统，包括周围海域及海岸等，船舶一旦遇到故障，智能监控系统可配置相关的应急方案，操作人员根据数据对船舶航行状态进行分析，及时应对突发性问题。

1.3 AIS技术发展

现阶段，AIS技术已经在航行中应用，通过传感器及定位仪等技术，立体化传播航行信息。通信机在条件允许的范围内，与其他船只进行应答交流，以此完成信息共享；也能模拟信号传输，搭建交管体系[4]。船舶在航行过程中，可能受到外界环境因素影响，尤其是在海洋运输途径中，遇到突发风险，发起救援比较缓慢。为保证船舶的航行速度，避免危险进一步扩大，需指定自主报告系统，并划分船舶航行的警戒区及环形道，将此作为主要参考依据，以此制定最佳的航行线路。AIS作为航海技术中的重点技术，与其他技术相互交融，有利于促进航海技术发展。

1.3.1 AIS与雷达技术

船舶在航行过程中，若想了解其他船舶的运行信息，需要使用雷达进行监测，驾驶员接收其他船舶的数据后，分析自身所在航线与其他船舶是否发生冲突，发生冲撞的可能性是多少，经过分析后，重新规划线路。但单一雷达技术监测数据及反馈信息速度慢，还需了解对方船舶的其他信息，包括船舶运行速度、时间及船名等。设备数据传输速度慢，容易导致船舶航行面对安全隐患，对航行人员及船舶均会产生巨大影响。AIS技术在应用后，数据传输速度不断提升，且传递的信息更为全面。比如：AIS技术下，船舶信息系统船舶的内容包括船舶的名字及通信业务码，为弥补雷达缺陷，将AIS 与雷达联合使用，技术融合后，数据传输更为适用、精准。在大雾及降雨天气下，AIS技术对船舶的影响较大，可监测船舶运行情况，确保船舶航行的安全性。但AIS 技术设备在使用中，需要相互通信的船舶均安装对应的设备，才能彼此间识别及共享信息。目前，AIS技术在船舶技术领域普遍应用，彼此通信识别得以保障，但海上船舶数量众多，将AIS 与雷达技术联合使用，有利于提升信息传导速度，为航行安全奠定基础。

1.3.2 AIS与信息系统

信息系统及电子海图称之为ECDIS，指的是满足标准的电子海图，其中的核心是计算机，通过计算机连接、定位、探测，显示船舶航行信息。电子海图显示系统进一步更新，该技术在船舶上的数量随之增多。过往的船舶在航行过程中，信息系统与GPS 联合应用获得信息，但无法快速获得周围船舶信息，对此，信息系统的功能未能充分发挥。AIS 系统在应用后，联合电子海图系统，有利于对周围进行探查，以数字的方式呈现电子海图。这种信息系统可获得数据信息，并计算DCPA及TCPA等数据，保证船舶驾驶人员判断与周围船舶的安全距离。相比LDC 系统，信息系统的数据更为精准及形象，描绘的内容更为全面。对此，将信息系统与AIS 系统应用在船舶上，为船舶运行安全提供保障。

1.3.3 AIS与卫星技术

卫星定位技术功能在于导航、定位、授时等，在飞机行驶及车辆行驶应用广泛，具有全天候、高精度及易操作的特点，AIS系统作为该系统的关键，工作基础时间是世界标准时间，也称之为UTC，该系统的关键技术是SOTDMA 技术，该技术将信息通道时间分为单独的间隙，AIS系统与时间间隙同步运行，有利于标准系统运行的稳定性[5]。对此，通过卫星定位技术可提供准确的UTC，满足AIS系统与时间间隙同步运行的目的。

2 现代航海技术的应用

2.1 自动驾驶技术应用

在航海过程中，需要制订严密的航行计划，尤其是关注天气变化，针对天气因素合理编制航海计划，选择适合的航海路线，有利于提升航海安全性。基于操作理论及气象预报、导航设备可完成线路规划。操作过程中需要基于航线计划及操作系统进行综合设计，关注航线转向点及曲率半径处理，使雷达海图及航行计划在控制系统中传输。针对航行轨迹控制系统也要合理使用，该系统的目的是按照船舶既定计划航行，对航行计划提前设定，达到自动化控制的目的[6]。通过该系统，也能在ARPA上收集船舶信息，通过高分辨率的光栅对雷达进行扫描，合理使用航行轨迹系统，有利于避免船舶在运行过程中发生碰撞。也要加强气象海图的应用，该系统是APPA雷达及电子海图系统的叠加，是自动驾驶时的重要设备，船舶在运行过程中，需要正确使用气象海图系统，从而保证自动驾驶过程中的安全性。

2.2 避碰自动化技术应用

对过往的船舶安装情况进行分析，多数船舶发生事故的原因与人为因素相关，船长长期在水上生活，条件比较艰苦，航行过程中发生碰撞的概率高，船员流动性大，部分船员的航行经验不足，专业能力不强，在一定程度上对航行安全性产生影响。为避免发生重大的安全事故，需普及船员安全方面的知识，提升船员的安全意识[7]，进而提升船员在航海过程中的责任感及综合素质。船舶维修人员应当定期对船舶进行维护，观察自动化系统的运行情况，保证系统运行的稳定性。与新航海技术融合，可提升船舶自动化水平，一旦发生碰撞可激发防御功能，最大程度地降低人为因素导致的安全事故，避免船舶上的人员受到伤害。在船舶自动避碰系统中有很多的结构，包括航行方向控制及整体控制、自动化控制等。避碰控制作为自动化控制的重要内容，一旦发生碰撞风险可及时调转方向，使船舶的位置偏离，避免发生碰撞。船舶在运行过程中，通过各类技术可获得行驶信息，根据碰撞后的风险程度，制订科学的应急处理方案。航行控制根据航行环境制定，为船舶制定一条高质量的路线，对原本的航线进行优化，确保航行过程中的安全性。在航行过程中，自动控制系统对航行速度及航向方向、船舶位置综合分析，保证船舶处于稳定的航行状态，根据计划路线顺利行驶。结合安全管理规定，自动控制系统适当调整方案，避开危险目标，并保证运行期间的稳定性，而并非突然转向。

在自动避碰系统中，通过局域网采集信号，管理计算机一般是先进的工业计算机，界面接受信息及处理信息的能力强、反应速度快，接收到传播碰撞信息后可快速做出反应，尽可能降低碰撞事故的发生率。在参数显示界面上，每个测量值及测量名称出现在大屏幕上，一旦超出界限会发出警报，红灯自然闪烁，大屏幕也会出现新的数值[8]。大屏幕传感器发生问题时，需要及时检测传感器故障，相关技术人员及时整改。开启监控系统后，船舶监控界面均在屏幕上呈现。对巡回参数关键点进行观察，打开测量参数要点画面，在标题上输入功能按键，会弹出相关的对话框。一旦测量值超出范畴，会开启声光报警。按下静音按钮才能回到正常界面，解除声光报警。在数据上，需要定期记录船舶与障碍物的距离，并储存到数据系统，便于在航行后调取与分析。

2.3 AIS系统与其他系统的联合应用

2.3.1 AIS与GMDSS技术组合应用

GMDSS 系统作为海上信息系统，在应用过程中，系统运行期间直接连接地面信号，数据短时间传递给驾驶者，其中包括天气信息及其他船舶的运行信息。在航行期间发生紧急事故，也可GMDSS系统提示。通过该系统，也能使驾驶员掌握数据差值，船舶发生危险进行搜救过程中，也要使用AIS系统提供辅助[9]。在应用AIS 系统中对遇难船舶信息进行传递，及时查询失踪人员情况。通过高新技术搜救的成功率更高，若船舶没有AIS技术，搜救人员则携带电子海图中的AIS应答器，进入现场模拟搜救，提升搜救成功率，并将信息传递给附近船舶，完成多船搜救，进一步提升搜救率。

2.3.2 AIS与ARPA技术组合应用

ARPA 系统受到天气及地理环境影响，往往无法辨识船只。显示器可能出现假回波的情况，一旦工作人员观察中无法对波形进行辨识，容易导致船舶发生风险。若物标反射无线电波的功能不强，ARPA 在运行过程中发生漏电的概率高，在天黑后或者雾气较大的情况下，难以避免船舶之间发生碰撞，发生安全隐患的概率高。在回波较大的情况下，系统稳定性受到影响，无法及时完成定位，容易发生追踪失败。船舶进入复杂海域后，跟踪船舶目标可能发生偏离，船舶的信号获取及各类数据的信息技术存在缺陷，无法及时将具体信息反馈给观测员。该问题无法解决，会导致监控的信息准确率不足，技术缺陷导致电波在传输时遇到障碍物，无法及时绕过，最大作用距离缩短[10]。对此，船舶上单一应用APRA 技术存在缺陷，发生碰撞风险的概率高。ARPA 技术与AIS 技术融合，可及时将APRA 的缺陷弥补，在实际应用中，AIS 技术可自动识别船舶同口岸的通信信息，有效解决船舶碰撞的相关问题，自动获得海上船舶信息。AIS 技术对外界具有较强的抵抗功能，不会产生复杂的波形，可提升ARPA 的辨识功能，对船舶监控能力提升有一定帮助，两种技术融合应用可降低船舶的运行风险。AIS技术电磁波绕射能力优势大。从数据上看，可监测远距离位置，且不会受到障碍物遮挡印象，处理监测盲点，从而弥补ARPA 数据不全的问题。两种技术在同一船舶上应用，降低船舶碰撞风险，也能避免追踪过程中船舶目标发生偏离。

2.3.3 AIS与ARPA、ECDIS组合应用

这3种技术组合的目的是搭建导航系统。船舶在建设的过程中，AIS 技术可将信号发送给ECDIS 以及ARPA，技术功能发挥到最大，接口电路连接网络后，系统功能随之提升。比如：在目标叠加过程中，ARPA通过数据连接口获得信息，数据进入ECDIS中，对船舶信息进行追踪，保证船舶运行稳定及安全性。在图像叠加上ARPA 连接数据线路后，将信息传递给ECDIS 系统，完成精准定位。ECDIS 系统通过附加设备可快速获得船只行驶速度及方位，并进行过滤处理，显示海图上的船舶位置及周围船舶情况。通过该ECDIS系统获得数据更为精准，掌握海上领域的实际情况，实时监控船舶运行信息。如果监控过程中发生特殊问题，与计划航行路线相比，可避免航行偏离轨道，ECDIS系统可安装报警设备，根据相关规定接收到GPS信号，保持系统的稳定运行状态。在船舶运行中使用AIS 技术，可观察其他船舶的具体信息，包括船舶的位置及规格、名称、航线等。

3 结语

现代航海技术处于高速发展阶段，各种高新技术层出不穷，为航海技术发展提供新的动力。信息化技术与现代管理技术融合，有利于提升航海水平，使航海活动得以健康发展。我国的航海技术已经处于世界先进水平，除海洋运输外，在海洋探测及海洋钻井方面取得不错的成果。未来的航海技术中，各个国家关注贸易运输及航行安全，保证安全的情况下顺利完成各项贸易。AIS 系统作为新兴船舶导航系统，该技术在船舶应用上，融合通信及信息处理等多项技术，为船舶运行提供准确的信息，从而将船舶运行的安全性最大程度提升。