小型LNG船通信系统方案设计

王连佳，何金平，王炳轩，张 龙

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津 300457)

1 通信系统构成

通信系统实现了船舶内部工作指令传达、船与船之间通信、船与陆地之间通信等功能，系统包含内部通信系统、外部通信系统、助航系统。通过有线和无线通信保证船舶日常生产和安全航行。

2 内部通信系统

2.1 自动电话系统

船上配备1套PABX程控交换系统，本系统将提供本船、岸站及全球范围内的电话通信业务和相关业务。此系统由程控交换机(PABX)、主配线架、各种类型电话终端、电话电缆和其他相关设备和材料组成。电话终端安放在工作和休息区域内，特殊区域安装防水、防爆电话[1]。

PABX程控交换机将与卫星通信系统相连，通过卫星链路完成与陆地之间的语音业务。PABX程控交换机将接入本船的广播/告警系统，完成启动电话广播功能。

2.2 声力电话系统

按照CCS有关规范要求为LNG船提供内部通信及应急联络服务的声力电话系统。采用船用无源增音式声力电话机，在无任何外部电源供给的情况下可作为船舶应急通信联络设备使用[2]。

无源增音：声力电话机系无源增音式声力电话机，无须外接DC24V电源和机内电池，只需顺时针转动几圈发电机摇柄，既发出呼叫讯号，可供声力电话机增音通话10min以上，且话音响亮清晰，通话音量与自动电话机基本相同。在机舱等高噪声场合配接头戴式受话器和闪光分铃器或闪光灯铃组使用。系统可接DC24V电源，通话时无须再摇发电机。

2.3 广播系统

配备一套广播系统，此系统在海洋石油领域被广泛应用，此系统由广播主机、控制话站、扬声器、电缆和其他相关材料组成。采用A/B双机系统：每个系统均可单独控制100%的外围设备。此冗余方式主要用于海洋石油领域；每个系统均配备100%的控制部件(控制板、放大器等)以控制100%的外围设备；通过DDSI双系统接口确保控制话站同时连接到2个子系统，2个子系统完全隔离以保证在任何情况下至少有1套设备在工作。广播系统功能设置如表1所示。

表1 广播系统功能设置表 Tab.1 Function setting table of broadcasting system

2.4 视频监控系统

船上将建设1套高清CCTV视频监控系统，该系统主要由前端摄像机、硬盘录像系统、控制终端系统、流媒体转发系统及传输线缆等组成。

高清视频监控系统作为安全生产重要的辅助手段，具有实时性、高速响应、高清晰、大范围、稳定运行等特性，此系统主要用于对船舶的主要工艺装置区、主要电气设备运行情况进行监视，以便及时发现险情或确认生产工艺状态等；能够实现对现场的高清晰监控和每个细节的录像。

在中控室建立监控中心安装系统服务器主机，可实现对监控系统的全局管理。同时，通过局域网，任意一台PC通过安装客户端软件均可作为分控端使用和操作监控系统。

LNG运输船属于危险品生产区域，具有很高的防爆要求，船上所安装的电器设备必须具备EX II BT5以上的防爆标准(中控室内安装的摄像机可采用非防爆机型)。由于生产区全部为防爆区域，生产区安装的所有摄像机均采用EX II CT6防爆等级的一体化防爆摄像仪。

2.5 通用报警

参照“CCS”及“SOLAS”有关规范安装一套通用报警系统用于通用紧急报警，以接入广播系统，使报警信号通过广播扬声器覆盖全船。警报板采用大规模集成电路及微处理技术，可产生多种报警信 号[3]。可接入的信号有通用报警信号、手动报警信号、火警信号、弃船报警信号。

2.6 局域网系统

船上配备1套局域网系统，可实现船舶内部网络通信，此局域网可以通过卫星通信系统连接到中海油内部网络或互联网。船舶网络使用卫星系统以太网接口作为船舶网关及上联主干出口，以交换机作为主干交换设备，用户终端计算机接入网络交换机中。网络交换机能够提供高速稳定的船舶内部网络交换，同时，交换机设备可以提供网络管理功能，并且具备良好的可扩容性。

3 外部通信系统

3.1 GMDSS无线组合台

①单边带系统。船上配备1套500W中/短波单边带(MF/HF SSB)系统，此系统将作为卫星通信系统的备份设备确保LNG运输船对基地及其他船舶的通信畅通，不致因卫星设备或其他原因造成通信联系中断。此系统包括MF/HF SSB收发信机单元、DSC终端单元、电源单元和天线单元。系统设备安装位置为无线组合台内部。

该系统的供电方式为：应急220V AC 和24V DC电源同时供电，当220V AC电源故障时系统将自动转接DC 24V电源工作。该系统将提供与GPS系统联接的接口。

②卫星通信C终端。Inmarsat-C终端是全球海上遇险和安全系统GMDSS中重要且必须配备的设备。该系统是Inmarsat于1980年提供的一种存储转发双向数据通信系统，可以用于日常通信，提供双向电文、数据、E-mail、数据报告、单个寻呼、群呼、遥控遥测数据采集等服务[4]。

Inmarsat-C系统具有体积小、价格低、速度快、通信费用低、运营时间长及全球覆盖等特点，已广泛用于海上通信[5]。该系统完全符合或超过Inmarsat-C SOLAS/GMDSS标准(包括CN114、IEC1097-4、IEC945和CE等标准)。

③无线组合台(电台框架)。船上配备1台无线组合台，主要用于A3海区。它结合了MF/HF控制单元和Inmarsat-C终端，另外还配置了2个键盘及打 印机。

④应急电源系统(DC24V Power Supply)。配备电池充电器和直流24V镍镉电池共1套，此系统具有电压、电流检测功能，作为GMDSS系统设备(VHF-FM、NAVTEX、GPS、SSB等设备)备用电源，要求GMDSS设备必须在交流电断电时，能用电池工作1h以上。

3.2 VHF-FM无线电系统

根据DSS的相关要求，为了便于LNG运输船与周围船只之间进行语音通信，在LNG运输船上需配备1套VHF-FM海上无线电系统，该系统包括VHF发射器(内置DSC功能)、接收器、电源供应单元、天线及手持对讲机(本质安全类型，密封防水)等。收发信机的电源单元将会自动把交流220V转变为直流24V。万一主电源断开，直流24V电源块至少能够维持系统1h的运作。

3.3 UHF-FM移动无线电系统

FM移动无线电系统要求用于在所有可操作性区域和所有LNG运输船的外部区域，以基站或对讲机的形式提供移动通信信道。该系统主要包括超高频中继台、超高天线和一定数量的手持对讲机。

FM移动无线电系统提供1套UHF-FM的设备，须垂直安装在LNG运输船上，有全向传播的特点。

3.4 NAVTEX接收机

LNG运输船配备1套NAVTEX 接收机，它可以自动接收海事安全信息。信息包括以下几种：沿海导航、气象警告、冰情报告、搜索和援救告警、预报信息、飞机领航信息、远距离无线导航系统信息。

3.5 应急无线电示位标

船上配备1套紧急示位标(EPIRB)设备，符合GMDSS和IMO的要求。应急无线电示位标包括一个发射器、一个紧急电源、一根天线、一套安装架和一套释放装置。该紧急示位标完全密封防水，能漂浮在水面工作，即使到达20m的水深处也不会受到任何损害。在船舶遇险时，通过人工激活，紧急示位标会在5s之内开始运行，如果是自由漂浮类型的话，能够在水面漂浮时自动进入工作模式。紧急示位标的电池能保存很长一段时间，每4年进行一次更换，工作温度为-20～55℃。

3.6 雷达应答器

船上配备一定数量的雷达应答器(SART)，分别安装在救生艇上。雷达应答器的工作频段在9GHz，通过询问任意的海上和天空雷达的9GHz频段来产生一系列的响应信号。雷达应答器上清晰地注明了检测、工作步骤和电池的有限期限。温度范围为： -20～55℃。

3.7 应急双向对讲系统

出于应急求救的目的，在LNG船需配备一套应急双向对讲机系统。整个系统配备包括一定数量的对讲机及配套的充电座(每个救生艇配备一个对讲机)。该设备用于救生艇之间及救生艇和主船之间通信，符合GMDSS及SOLAS的要求。该对讲机能够设置工作在VHF-FM的16个频道或者其他频道。发射器的RF输出功率为1～5W。该对讲机自身含有电源，在发射和接收比为1∶9的基础上能够维持正常工作8h以上，并且提供充电座。

3.8 卫通F站

一套Inmarsat－F站系统配备在LNG运输船上，该系统已经是GMDSS的标准配置设备，主要提供PSTN移动电话、传真、数据传输等基本业务。

3.9 卫星电视接收系统

船上配备一套卫星电视接收系统，船舶在停泊及航行过程中能够收看卫星电视节目，使船员及时了解外界信息，丰富船员的文化生活。该系统主要包括一套自动跟踪卫星电视接收天线、一定数量的卫星电视接收机等。

3.1 0 KU波段卫星通信系统

为了解决LNG运输船在海上作业期间电话、网络以及数据回传到陆地的问题，为LNG运输船架设计了一套KU波段动中通卫星通信系统，其最大带宽可达2Mbps，使船舶在作业和航行期间能保持不间断数据通信，以实现电话、网络、传真的目的。

海上船载站选用KU波段动中通天线。LNG运输船上的卫星天线系统首先根据自身船位信息计算出对准卫星所需的方位角及仰角信息。天线控制系统会根据相关信息锁定并稳定跟踪该卫星。卫星Modem进行调制解调并通过该设备集成的网络交换功能引出网络功能。话音及传真采用VOIP设备接出中继，该设备与卫星Modem连接，通过网络数据的形式进行传输。

3.1 1 气象站系统

在采油LNG运输船配备一套气象站系统，该系统主要提供实时的风向、风速、温度、湿度和气压信息，并为船舶的生产提供必要的气象服务。该系统的组成包括中心处理单元、风向风速传感器、温度湿度传感器、气压传感器、显示单元、风向风速显示单元、显示软件。

4 助航系统

4.1 船舶自动识别系统(AIS)

AIS(Automatic Identification System)全称为自动识别系统，是近几年以来国际海事组织(IMO)、国际航标协会(IALA)、国际电信联盟(ITU)共同研究选择的船舶必须安装的设备之一[6]。按照国际海事组织最新通过的海上安全公约有关修正案中的要求，所有300总吨及以上的国际航行船舶、500总吨及以上的非国际航行船舶和所有客船，均应按要求配备1台自动识别系统(AIS)[7]。

配备一套AIS系统，包括AIS主机、GPS天线、VHF天线、工控机、专用软件(电子海图)等。船舶自动识别系统(AIS)集航行信息采集处理、无线电数据传输、电子海图信息系统于一体，配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态资讯，得以立刻互相通话协调和采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。

4.2 通导预警终端系统

配备一套通导预警终端系统，接入AIS系统，以电子海图为基础，对特殊区域内海底管线及船舶进行实时监控；可通过船舶位置数据信息、预警区域及电子海图等实现平台与船舶、船舶与管线之间的避碰。

4.3 雾笛系统

配备一套雾迪系统，该系统满足SOLAS 1960和SOLAS 1974规则要求，满足IMO 1972 要求，具有ABS、BV、NV等证书。具体技术参数如表2所示。

表2 雾笛系统技术参数表 Tab.2 Technical parameters of fog whistle system

4.4 船载航行数据记录仪(VDR)

配备一套船载航行数据记录仪VDR系统，该系统不仅可以保存用于事故原因分析的船舶位置、速度、状况、主机动作、操作手段等船舶航行信息，还可以记录雷达数据、驾驶台声音、通信声音、火灾报警、GPS、计程仪、风速风向等信息[8]，为海事调查和仲裁提供了科学的法律依据。

5 结 语

本文是对小型LNG运输船通信系统的设计分析。区别于以往船舶通信系统局部的、单一的、独立的监控和管理，以海洋石油301船为实体，通过对船舶内部通信系统、外部通信系统、助航系统的设计探索，设计一套完善的小型LNG运输船舶通信系统以满足LNG船舶对自动化和安全性的较高要求。方案提出的系统能够将工作指令准确、迅速地传达，以保证日常生产和安全航行。该通信系统的研究成果可运用到实际建造中，对后续船舶建造也具有很好的借鉴意义。■