综合船桥系统的应用与发展

中外船舶科技２００７年第３期综合船桥系统的应用与发展王淑瑛（中船重工集团公司７０７研究所九江分部江西九江３３２００７）摘要：本文首先描述了美国海军综合船桥系统，叙述了该系统在各类舰船上的应用；然后论述了该系统采用的关键技术，最后阐述了未来船桥系统的发展和展望。

关键词：综合船桥；系统技术；装船应用；关键技术；发展展望综合船桥系统是人员、设备和程序的结合，用以实现船桥所要求的全部功能，这些功能包括导航、机动、通信、监视、管理和安全等等。

该系统被简称为ＩＢＳ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＢｒｉｄｇｅＳｙｓｔｅｍ），是继综合导航系统ＩＮＳ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）问世之后发展起来的海上自动航行系统。

它的问世使延续了几个世纪的导航技术，让位给了综合船桥系统技术，也给船舶导航领域带来了一场变革。

这场变革也对世界各国的船舶工业，包括军船、商船、民船和游船产生了深远的影响。

１导航－几个世纪的传统技术导航被描述为一门科学或一门技术。

称其为科学，是因为它涵盖了仪器、方法、数学等技术的发展和应用；称其为技术，是因为它包含了对这些工具的熟练使用和在使用中获得信息的应用和解释。

大量的工作需要借助精密仪器和精确的数学用表来完成，而且，在进行了观察和计算之后，在确定了“船舶位置在海图某一点上”时，老练的航海家就可以进行一次判断性测量了。

而目前这一过程在很大程度上已由ＩＢＳ系统自动地完成了。

任何一个曾在海上航行的船桥了望人员都会很容易地注意到综合船桥系统技术以及相对于传统的人工方式的导航和领航技术的先进性。

在传统操作中，需要用较长的时间将罗经的方位、雷达测量的距离、电子测量或者天空观察出的位置变换成标在海图上的航线。

到目前为止，航海者时刻用眼睛盯着那些过时图像，然后，再用船位推算法对航向和速度进行估计以显示实时状态，这样的方法已经过时了。

对现代综合船桥系统来说，从船舶电子传感器，包括平台罗经、计程仪、卫星导航接收机、雷达以及其它设备传递来的数据信息可被自动地接收，然后，再直接送到计算机，并立即转换成彩色电子海图显示的船舶位置、实时状态的单一的综合图像。

值得注意的是，ＩＢＳ技术并未消除导航的经验性，所显示的信息仍需要有经验的人来解释。

他需根据自己对电子海图上的可视化图像和他个人的经验进行判断，做出在有其它船舶和航行危险物存在的情况下如何安全地操作船舶以避开危险物的决定。

总而言之，综合船桥系统的实质就是导航系统与驾控系统在功能和设备上从人机工程学的角度进行有机结合，以一种全新的方式来实现船舶导航和操纵自动化；其目的是通过对船桥功能的合理设计，实现船桥操作自动化，减少船上人员，提高船舶航行有效性和安全性。

综合船桥系统最初追求的是建立在航迹保持基础上的航行自动化，后来逐步发展成为集船舶航行状态监测、预报和控制、航行管理、航路导航、综合避碰、通信、动力监视及遥控为一体的信息化系统。

从广义上讲，它还包括综合舰务管理、舰艇消防控制系统等。

直接推动综合船桥系统发展的是现代控制理论和技术、计算机技术、信息处理技术、网络技术、智能技术、人机工程学和通信技术等的发展和创新。

综合船桥系统由多个子系统组成，而且所有子系统紧密结合组成一个综合网络。

典型的ＩＢＳ和ＥＣＤＩＳ由以下所有或者其中某些模块组成：－计划制定工作站－带有ＥＣＤＩＳ的导航工作站－指挥显示工作站－操舵控制和自动领航系统－导航／水面搜索雷达－环形激光陀螺惯导－计程仪－风速风向及气象传感器－差分ＧＰＳ系统－深度传感器－红外线传感器－导航数据分发网络船舶机电中外船舶科技２００７年第３期－黑匣子航海数据记录仪这些子系统通过一个由斯佩利船舶公司的航海管理系统所控制的局域网组合在一起。

这一终端开放的Ｗ－ＮＴ软件被设计成可接受未来技术的接口。

根据使用经验，ＩＢＳ可以为船舶操作带来相当多的好处，包括：⑴通过自动化、快速的数据处理和高效集中的显示，降低了船舶操纵控制成本。

⑵通过自适应驾驶可以减少油料的消耗，舵机的机动也大大减少，同时还保持着航向。

⑶通过增强安全航行范围，自动数据搜集、高效导航数据显示和船舶控制提高了对航行状态的认识，优化了包括防搁浅和避免碰撞等船舶操纵控制的决策制定过程。

⑷通过自动驾驶跟踪控制实现更精确的船舶控制，提高了船舶安全性和操纵控制效率。

⑸加强了系统机动性扩展能力，使ＩＢＳ容易进行修改和扩展以适应未来船舶任务的需求。

⑹降低了寿命周期成本，提高了平均无故障工作时间（ＭＴＢＦ）。

⑺网络、电子海图信息显示系统（ＥＣＤＩＳ）、自动雷达辅助绘图（ＡＲＰＡ）、船舶控制显示系统（ＳＣＤＳ）以及自动驾驶、高度综合控制作用，这些都大大改善了船舶导航的有效性和安全性。

２ＩＢＳ技术在美国海军舰船中的应用美国海军舰船约克敦号（ＣＧ４８）是第一艘采用利顿公司ＩＢＳ技术的美国主战舰船。

该舰采用作为“智能舰船”主要技术之一的ＩＢＳ技术的目的是使该舰在许多方面实现自动化。

最初的使用结果清楚地表明了ＩＢＳ的价值：它大大增强了状态认识能力，大大减少了在特殊情况下和在正常航行期间舰桥了望人员的数量。

自１９９７年在约克敦号上首次安装以来，美国海军已在大约１４０艘水面舰船和潜艇上安装或正在安装利顿公司提供的ＩＢＳ和ＥＣＤＩＳ相关产品。

目前这一最新技术已在１４艘风暴级巡逻艇、１０艘其它水面战舰、５艘航空母舰、１５艘军用海上补给指挥船、２艘气垫登陆艇和６艘大型装甲两栖船舶上得到应用；另外，所有的美国潜艇，包括洛杉机级、三叉戟级、弗吉尼亚级和海狼级潜艇也都装备了利顿公司提供的ＩＢＳ。

２．１巡逻艇风暴级巡逻艇（ＰＣ－１）是首次完全按照利顿公司的ＩＢＳ进行设计和制造的一级舰艇。

该级舰艇的主要任务是提供特殊的高速浅海支持的作战力量，另外还参加禁毒以及更广范围的作业任务。

这些舰艇由大约２０人左右的小组操纵控制，航速常规在３０ｋｎ以上。

它们支持特殊作战的一些活动常使它们能出现在能见度低航行较为困难的危险海域。

该级的最新一级舰艇龙卷风号于２０００年６月下旬开始服役。

该舰长１８１ｆｔ．，是暴风级舰艇中最新最长的舰艇，完全由综合指挥控制系统（Ｃ２）操纵控制。

利顿公司为本舰提供的舰桥系统，包括带有ＶＭＳ和ＥＣＤＩＳ的ＩＢＳ系统、自适应数字陀螺自动驾驶台、两套ＲＡＳＣＡＲ导航雷达和高精度ＤＧＰＳ。

另外，从１９９４年以来，ＩＢＳ现有的ＰＣ机已经经历了数次的软件和硬件升级。

在多次升级计划中包括用平板显示技术来全面代替老式的ＣＲＴ计算机显示技术、用升级主舰桥导航雷达（代替老式的ＲＡＳＣＡＲ雷达）、以及采用一台全面兼容的ＥＣＤＩＳ－Ｎ导航工作站。

在高速航行、较小的船员小组以及高效操作要求下，ＰＣ机成了完美的显示ＩＢＳ特长的平台，比较以往，舰艇在较少了望人员的情况下可以得到安全的操作控制。

这就意味着艇员可以在其它方面的操作和舰艇战斗“指挥”方面多用些精力。

美国西风号（ＰＣ－８）指挥官曾经说过：“在我的舰艇上，ＩＢＳ是最全能的。

我们可以在零可见度下利用雷达导航和安装在船上的ＩＢＳ系统从海上驶进圣迭哥港。

在使用ＩＢＳ时，我完全依赖和信任ＩＢＳ的导航图。

”２．２水面战舰美国ＣＧ－４７级战舰的首舰是提康德罗加号。

几年前，该舰在密西西比州帕斯古拉的母港进行了一次重大改装，即在此舰上安装了一整套ＩＢＳ。

安装ＩＢＳ只是此次大规模战舰系统升级的一部分，标志着提康德罗加号战舰作为海军以节省人力和燃料为目的的“智能舰”计划的首舰每年可为海军节省近２００万美元。

ＣＧ－４７级的ＩＢＳ包括了前面提到的全部设备，由８个控制台、机架和台式计算机构成。

值班时可用触摸屏幕或圆弧形定位装置来观察和熟练操作，并可得到各种传感器数据以及海图。

利用利顿公司新的导航系统和机械控制与监视系统，实现对网络化系统的接口控制，可使战舰的整个内部外部环境信息实时地甚至是立即报告给舰桥和值班舰长。

提康德罗加号战舰的指挥官船舶机电中外船舶科技２００７年第３期最近证实了ＩＢＳ的先进性能。

他在ＩＢＳ计算机控制跟踪驾驶模式下，“驾驶”战舰驶进汉普顿罗兹港。

该指挥官在与某报记者会面时说：他观察到ＩＢＳ技术的使用使得战舰操作口令中出现了一些新的词汇。

使用诸如“启动外部模式”短语代替“右标准舵”“航向保持”等术语。

ＩＢＳ系统在约克敦号舰和提康德罗加号舰上的安装使用，确立了利顿公司的ＩＢＳ成为未来标准舰桥的地位。

随着ＣＧ级舰船指挥官和船员对ＩＢＳ基本工具的认识和掌握，使他们产生了某些改进想法。

他们发现薄型平板显示器（ＦＰＤ）在设置位置时具有很大的灵活性，所以，他们将该显示器安装在该舰的后续舰上，并用此代替老式ＣＲＴ显示系统。

在用计算机和其它计算机组件进行配置时，ＦＰＤ使来自舰桥的混乱和噪声更小，也使设备得到了更好的保护。

２．３航空母舰美国海军新型核动力航空母舰“杜鲁门”号（ＣＶＮ）加入美国大西洋舰队，于１９９８年７月２５日开始服役。

该舰装备了美国所有战舰中最先进的ＩＢＳ和驾驶控制系统。

这一系统包括了六个节点的ＥＣＤＩＳ和航行管理系统、两个ＡＲＰＡ电子模块、带光栅扫描避碰装置、一个数字舰用显示控制台、带有直接操纵控制（舰桥控制和操纵模块）和间接速度控制（发动机指令）以及利顿舰船控制显示系统。

这一采用最新技术的舰桥通过光纤以太网和航海管理系统已实现了网络化连接。

“杜鲁门”号现已退役的首任指挥官曾经说：安装综合舰桥系统是我服役４０年间所作的最好决策之一。

这一最新的舰载技术大大增强了有效训练和运用舰桥值班队伍的能力。

在“杜鲁门”号上，利顿船舶系统公司的ＩＢＳ将电子海图“馈”送到航空母舰的闭路电视系统中。

这不仅使舰桥部门和指挥官员能够实时地看到导航实况，也使其它技术决策者有条件保持对航空母舰运动实况的了解。

这样，整个状态认识能力大大得到了增强。

频繁的位置数据更新为决策者提供了舰船位置、计划航线以及其它邻近舰船位置相互关系的稳定实时反馈信息。

电子系统软件还能提供路线补偿建议，修正设置偏差和舰船漂移。

这些建议和其它方面性能的增强减轻了导航决策制定者的负担。

“杜鲁门”号也是美国第一艘安装了全套综合驾驶和ＩＢＳ系统的航空母舰。

利顿船舶系统公司提供的带两台２６英寸彩色ＣＲＴ显示器的舰船控制台替换了在绝大多数尼米兹级舰上使用的模拟操舵控制台和避风操舵控制台。

值班人员可以使用跟踪球（最近ＣＧ型舰上使用的圆弧形定位系统装置）或是舰船控制台（ＳＣＣ）上的触摸屏幕发送驾驶和发动机指令、激活或停止驾驶泵或指出驾驶偏差。

彼得．赖夫是在有限舰船机动中使用过该系统的舱面值班军官。

他曾在大约１５年前作为一个年轻的少尉＂驾驶＂过尼米兹级航母（ＣＶＮ６８）。

他说：利顿船舶系统公司的ＩＢＳ给美国海军的舱面值班官员提供了一个决定性的制胜优势。

它的多功能和高可靠性方便了驾驶并提高了航行安全性能。