陈栢照 交通运输部南海救助局
随着我国航海贸易事业的持续发展，船舶运行安全问题愈发受到人们重视。倘若在海上航行期间出现碰撞、搁浅等情况，轻则因船体受损导致经济损失，重则对船员人身安全产生威胁。为避免因人员操作不当增大船舶出现碰撞问题的概率，需重视对新航海技术的应用，结合对避碰自动化功能增设来提升船舶航行可靠性、安全性，并为我国航海贸易事业的长久发展提供保障。
现阶段船舶航行控制朝着自动化、智能化的方向持续迈进，得益于自动化控制系统的有效构建与应用，可在有效规避人为操作失误的同时，进一步提升船舶控制的便捷性与效率性。结合对船舶控制要求的分析，可将航海自动化系统划分为航向控制、避碰撞系统、最佳航线设计、航行综合管理等模块。其中最佳航线设计功能的增设，可实现在运行期间依据实际情况进行最佳航线的设计，对船舶航行线路进行优化，结合其船舶各项技术进行航线的综合规划，进而在提升船舶航行效率的同时，可保证航海安全性不受航线的影响[1]。在实际船舶控制过程中，其系统可依据对风向、船位、航程、船速等方面数据的分析来优化航行控制，并依托于自动化系统做到对船舶行驶的动态化监控与管理。同时，得益于自动操舵转向功能的应用，可通过对实时运行情况的分析，既有船舶定位信息的获取来确定行驶方向，以最佳行驶路线为基准对船舵进行自动化控制，以避免在航行期间出现航线偏离的情况。对于避碰自动化模块的设置，可做到对船舶实时航行位置、速度、环境信息的获取，并依托于系统对搁浅、触礁、碰撞等问题进行综合型计算分析，依据其分析结果来拟定相应处理对策[2]。另外，航海自动化系统可支持对各子系统进行排查与监控，并联动安保系统制定契合航行安全需求的航行方案，以实现对危险问题的有效规避，为船舶营造更为安全、可靠的运行环境。另外，可将航海自动化系统与船舶中央控制中心进行连接，相关操作人员可通过对航海行驶相关信息的获取为系统决策的优化制定提供参考，进而为船舶的安全行驶、高效操控提供保障。
2.1 避碰自动化应用现状
得益于科学技术的创新发展，促使船舶驾驶朝着自动化、集成化的方向持续发展，基于对自动化集成驾驶台的应用，可促进船舶运行管理能力的显著提升[3]。同时，在航向、航线相关数据录入的前提下，可在运行阶段对水深、子午测试的自动执行，并保证其相关数据的获取符合标准，通过对所需数据的整合处理，为船舶航行路线的科学制定提供参考[4]。在具体运行过程中，雷达绘图系统可针对逆行船情况自动开启，并按照相关指令对逆行船相关参数进行检测、扫描，结合对航行动态的分析来确定避碰决策，通过对危险区域的提前规避来提升船舶航行安全性。依托于避碰系统中的计算机处理，可基于对相关数据、信息的采集对船舶涉及危险进行概率计算，以及时预警的方式来规避碰撞。若预警发出后驾驶人员并未加以重视，系统会在继续航行期间发出强烈预警，提高驾驶人员对碰撞风险的规避。通常情况下，避碰系统可连接显示屏对航行相关参数信息进行直观化展示，并具备检索查询功能，帮助驾驶人员在数据库中检索所需信息。以避碰自动化模式的应用为前提，可做到对船舶航线进行自动规划。但注意，若船舶航行处于密闭水域环境，意味着避碰自动化系统无法做到对所有风险的规避。在此形势下，驾驶人员在察觉风险因素时需及时人工介入，以降低船舶出现碰撞问题的概率。
2.2 避碰自动化应用问题
得益于通信技术、信息技术、传感器技术等在我国船舶驾驶领域的应用，促使船舶避碰方面实现创新发展，但在些许因素的影响下，仍存在些许问题影响到避碰自动化功能的应用，具体表现为：以水域有限为前提，仍存在自动避碰决策制定方面的问题，同时船舶对水下物体的检测精准性、全面性仍有待提升。纵观以往船舶航行，其中导航雷达作为水下物体检测的主要手段，但因导航雷达技术的限制，使得船舶避碰系统仍无法保证物体信息的精准检测[5]。鉴于此，需重视对避碰系统信息检测的深入研究，在加大成本投入力度的前提下，积极借助先进技术来解决以往导航雷达无法精准检测的问题，进而为避碰自动化功能的有效应用提供技术支撑[6]。
3.1 AIS的作用
随着船舶航行安全性研究的愈发深入，其中陆岸与船舶、船舶与船舶间的信息交换的重要作用逐渐凸显，而为有效解决以往通信导航存在的局限性问题，AIS技术应势而生，并为船舶避碰自动化的实现打下良好基础。在实际应用过程中，AIS技术的优势体现为信息量大、目标显示、抗天气干扰等，作为支撑船舶避碰自动化功能实现的传感器之一，能够为其决策的制定提供更多信息，并作为信息源来促进船舶雷达信息的高效获取[7]。同时，运行期间可借助AIS技术对目标船以短信的方式进行意图传输，并做到对本船相关动态信息进行同步发送，具体涉及到避让时机、恢复时机、避让幅度等。所以，通过对AIS系统的合理安设，可帮助船舶进行操船意图的识别与接收，并以此为基准制定最佳调配方案，以期实现对碰撞情况的有效规避。分析船舶避碰自动化中AIS的具体应用，具体表现为：
（1）A IS关键技术。通常情况下，AIS系统构成涉及到通信、信息处理、信号差采集、显示等模块。其中通信模块主要负责对相关船舶信息的高效转发与接收，以VHF 数字通信模式为主[8]。信息采集模块的设置，主要是按指令规定进行接收信息的解码、转换处理，将采集处理后的信息作为航向调整的主要参考。信息处理模块涉及到对嵌入式微处理器应用，相关人员可借助处理模块进行信息发送处理，并以显示屏为载体进行发送、接收信息的直观呈现。
（2）避碰系统结构设计。船舶避碰自动化功能的实现受到避碰系统结构设计的直接影响，结合对船舶控制要求的分析，可依托于FPGA与DSP进行避碰系统的优化设计，融合DSP来设计避碰系统，可实现对数据接收、避碰算法的接收，将FPGA融入到避碰系统设计中，可依托于I/O功能对串行口与输出接口进行有效连接，结合对ADC数据采集缓存的应用，可做到在运行期间进行数据采集的共同完成，以更为简化的算法进行船舶避碰计算。要想最大化发挥出避碰自动化功能，需在系统结构设计时囊括AIS信息模块、键盘LED模块、存储器拓展模块、A/D模块、LCD模块、D/A模块等[9]。以FPGA与DSP为基础进行避碰系统设计，可保证在运行阶段系统各模块之间保持稳定、和谐运行状态。
（3）主要模块设计。基于对避碰系统的有效设计，可实现对AIS系统进行避碰参数、信号接收等功能设计。系统中采用C5402型号CPU，可支持避碰系统在不同模式下均可保持高效运行状态。以电平模式为例，若避碰系统在运行期间呈现出高电平状态，可以微处理形式为基准进行DSP系统处理，以期在使用过程中对AIS数据实时接收与获取，确保系统运行符合稳定性要求。倘若系统以低电平状态为基准，可让DSP系统保持微计算机状态进行运行，以期在航行阶段做到对避碰数据的精准计算，确保避碰功能得以充分体现[10]。
在避碰系统设计中主要模块包括FPGA接口设计、AIS信息采集、DSP设计等。对于AIS信息采集模块设计，需在设计期间做到对应用程序流程图的严格遵循，其具体设计流程需包括系统初始化、6位二进制码、bit分配、数据计算与显示等。
作为船舶避碰自动化功能实现的重要前提，在船舶航行过程中可以AIS为载体进行相关数据的交换处理，进而为航行线路的热度分析提供参考，结合对航向规划、周边天气等方面的分析，制定契合实际避碰要求的航行控制对策。相较于传统避碰模式的应用，基于AIS技术的避碰自动化能够避免因人员主观判断失误出现影响到船舶安全性，并实现对雷达信息混乱情况的有效解决。另外，考虑到仍有部分船舶尚未做到对AIS系统的有效安装，在面对船舶碰撞问题时仍以雷达信息采集为主，使得船舶间信息交互无法以AIS系统为载体，进而对决策信息的全面性产生影响。鉴于此，需在设计AIS模块时考虑到对信息源的动态修正，以期在船舶信息互动期间可将AIS作为载体，进而发挥出船舶避碰功能应有的效用。
3.2 海图信息数字化的作用
在现阶段船舶航行过程中，海图信息数字化在避碰系统中的有效应用，可促进船舶避碰能力的显著提升，突破以往避碰系统存在的限制，实现将船舶碰撞事故控制在预期范围内。同时，在避碰自动化功能实现过程中，海图信息化技术可发挥以下作用：一是对船舶的相关静态信息进行全面、快速获取，二是做到对动态避碰信息与静态信息的有机融合，通过对避碰系统信息处理能力的提升，为船舶的安全航行提供支撑。另外，在实际使用过程中，海图信息数字化系统构成包括电子显示、声呐探测、信息处理系统等，通过对各子模块系统的集成来实现对船舶避碰信息采集范围的拓广。而要想最大化体现出海图信息数字化的作用，可依据避碰自动化需求的分析进行ECDIS模块设置，以此为船舶避碰决策的制定提供基础，并结合对动态、静态交互平台的构建来促进避碰功能充分发挥。
3.3 监测报警
要想发挥出避碰自动化系统的功能与作用，可以局域网现场总线为基础进行信号采集，结合对监测报警系统的有效建构来达到有效预警的目的。依据对避碰系统运行要求的分析，将工业控制计算机作为管理基础，以实现对船舶碰撞信息的全面采集与快速响应。在实际运行过程中，控制室大屏幕会直观显示测量、扫描参数，其中某个检测数值倘若出现低于或高于阈值，监测系统自动发出警报，且大屏幕会自主进行测量数值的实时更新。同时，监测预警系统能够对传感器运行状态进行监测，倘若在使用期间出现传感器故障、异常，系统会发出预警并精准定位故障位置，以帮助维护人员第一时间解决问题。另外，监控系统运行阶段大屏幕可做到对整体监控界面的显示，若管理人员需对巡回测量参数点进行查看，可点击参数要点测点表格，通过对功能按键的打开来弹出对话框。在测量值超出阈值的前提下，监控系统自动形成声光警报，管理人员在掌握情况后可点击“静音”来消除警报，且系统具备船舶测量数据实时存盘的功能。
综上所述，避碰自动化功能的实现与应用，不仅是提升船舶安全、高效行驶的技术支撑，亦是助力我国航海贸易事业有效发展的关键基础。鉴于此，要想在船舶行驶过程中充分发挥避碰自动化功能，需在明确船舶安全管理要求的前提下，立足航海技术创新视角，借助新航海技术来促进避碰系统的革新与升级，以自动化的方式来提升船舶避碰有效性，在促进船舶避碰自动化、智能化发展的同时，为船舶可靠、安全航行提供保障。
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