第八章綜合駕駛臺系統(tǒng)

IntegratedBridgeSystem第一節(jié)IBS概述一、IBS發(fā)展過程1.(60年代末至70年代初)具有導航線功能的導航系統(tǒng)2.（70年代至80年代初）具有綜合信息顯示和自動保持航跡功能的IBS3.（80年代至90年代初）雷達圖像與電子海圖信息融合的IBS4.（90年代末至今）具有現(xiàn)代航海信息綜合處理和監(jiān)督航行安全功能的IBS未來IBS發(fā)展展望DataIntegration–FusionofInformation

PCRadarChartRadarECDISAISNavSensorsAutomationSysShipAlarmsWeatherNightVisionMultifunctionWorkstation未來IBS多功能工作臺駕駛員操作控制單元操舵單元數(shù)據(jù)采集和處理為主轉向以決策和控制為主基于網(wǎng)絡技術的IBS信息處理技術航行專家系統(tǒng)、最佳航線設計航行綜合控制（綜合導航系統(tǒng)與主機遙控、輔機遙控、通信等有機地組合）人體工程學和人機交互界面的研究IBS是集導航、監(jiān)控、管理、顯示于一體的智能化、網(wǎng)絡化的綜合航行管理系統(tǒng)二、基本概念IBS（integratedbridgesystem）INS（integratednavigationsystem)1.IMO性能標準對IBS的定義IMO在1996年12月4日討論通過了綜合駕駛臺系統(tǒng)（IBS）的性能標準即：IMOMSC64（67）附錄1

Integratedbridgesystem(IBS)是由若干個子系統(tǒng)通過內部連接組成的，以便可以集中獲取各個傳感器信息或從工作站獲取命令/控制。IBS的主要目的是由適任的駕駛員來提高船舶航行的安全性和經(jīng)濟性

。IMO對IBS的補充規(guī)定隨后IMO又補充了IBS的定義，規(guī)定了IBS應該執(zhí)行以下2個或更多的操作：1passageexecution（航路執(zhí)行）：錨泊、靠泊、操縱、避碰、航行2communications（通訊)：內部通信、外部通信、人機通信、人員通信3machinerycontrol(機械控制)：警報、電源、舵機、鍋爐、加熱通風空調、燃油、系統(tǒng)性能診斷4loading,dischargingandcargocontrol(裝卸載和貨運管理)：污水、防污染、貨艙、貨物配載、油水、艙門5safetyandsecurity(航行安全和船舶保安)：消防、船損防漏、防海盜、緊急事件響應6managementoperation(系統(tǒng)管理)：船員培訓、值班演習、貨運證書、救生設備、航次管理、船舶維護保養(yǎng)、人事管理2.綜合導航系統(tǒng)（INS）的性能標準1998年12月8日,IMO通過了綜合導航系統(tǒng)(INS）的性能標準（IMOMSC86（70）附錄3）2000年1月或以后安裝（但在2011年1月1日前）執(zhí)行此標準

2007年10月8日，IMO又通過了綜合導航系統(tǒng)（INS）的最新性能標準（IMOMSC252（83）附錄30）2011年1月1日以后安裝的INS執(zhí)行此標準

“通過對多個傳感器信息估值、組合各種傳感器信息并且在出現(xiàn)危險情況、系統(tǒng)故障和信息的完善性變差時給出警報，來支持導航的安全性。”（INS的定義）按照INS的性能標準,INS分為如下幾類

INS（A）提供有效的、正確的、統(tǒng)一的參考系統(tǒng)，這個系統(tǒng)至少提供船舶的位置、速度、航向、時間。并且在傳感器出現(xiàn)錯誤時發(fā)出警報信號。INS（B）除了包括上述INS（A）的功能外，還要提供有助于避開危險的相關信息，在雷達或ECDIS上自動地、連續(xù)地標繪出船舶的位置、速度、航向、水深和預測危險情況。INS（C）除了包括INS（B）外，還要自動控制船舶保持航向、航跡或速度，監(jiān)視船舶控制的狀態(tài)和性能。3.IBS和INS的相互關系

深度

時間

航向

航速

位置

雷達

ECDIS

AIS

1

234567INS(A)INS(B)

INS(C)航路執(zhí)行IBS綜合各種導航傳感器信息，提供完整準確的導航信息INS(A)航向、航跡、航速控制并監(jiān)視控制性能INS(C)顯示與計劃航線有關的導航信息并報告和監(jiān)測危險情況INS(B)1—航向或航跡控制2—航速控制3—機械控制4—系統(tǒng)管理5—航行安全和船舶保安6—裝卸貨和貨運管理7—通訊第二節(jié)IBS的配置和功能一.配置原則

設備性能取長補短，滿足導航特殊要求工作方式轉換靈活組合規(guī)模視需要而定，滿足國際公約和船級社的規(guī)定由船型和船東確定，受設備配置及環(huán)境制約子系統(tǒng)既能獨立工作，又能在IBS中協(xié)同工作SOLAS公約新V章和部分船級社對IBS的配置要求SOLAS公約新V章和部分船級社對IBS的配置要求（續(xù)）二.IBS的性能標準要求滿足IMO關于IBS性能標準IMOMSC64(67)附錄1滿足IEC關于IBS性能標準IEC612091.標準的總體要求(1)每個獨立設備滿足各自的性能標準。(2)某個獨立設備出現(xiàn)故障,不影響IBS的重要功能。(3)當運行航路執(zhí)行功能時，其他任何操作都不能中斷航路執(zhí)行功能。(4)任何一個子系統(tǒng)的故障都不能影響其他子系統(tǒng)的正常工作。2.標準的組合要求(1)IBS的功能一定要不低于獨立使用各個設備時所達到的功能。(2)持續(xù)顯示的信息應該是保證船舶安全的最少必要信息。(3)顯示和控制應該采用一致的人機接口界面。(4)對于保證航行安全必要的顯示和控制，要有可以替代的設備；重要的功能必須有可以替代的操作方法來完成；重要信息要有可以替代的信息源。(5)能夠識別出信息源丟失；信息源的相關信息應該持續(xù)顯示。

(6)能夠顯示系統(tǒng)完整的配置、可選的配置以及正在使用的配置；當無意中改變了系統(tǒng)配置時，要發(fā)出警報。(7)對船舶安全重要的機械控制必須在設備本地實施。(8)能夠提供IBS的詳細操作狀態(tài)和重要信息的延時性和有效性的檢查結果。3.標準的數(shù)據(jù)交換要求（略）（1）IBS內部接口和外部接口的數(shù)據(jù)交換必須符合IEC61162標準。（2）數(shù)據(jù)從傳感器輸出至設備接收到的延時要符合系統(tǒng)的要求。（3）數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳遞的完善性要符合系統(tǒng)的要求。（4）IBS拒收不合格的數(shù)據(jù)。（5）網(wǎng)絡單一節(jié)點錯誤不影響數(shù)據(jù)傳遞，傳感器數(shù)據(jù)和顯示信息保持正常。（6）網(wǎng)絡鏈接錯誤不能影響每個獨立設備的功能。4.標準的故障分析要求（略）(1)能夠指明可能發(fā)生的系統(tǒng)錯誤和與重要功能有關的連接錯誤。(2)能夠指明與操作、功能、狀態(tài)等有關的錯誤所產生的后果。(3)能夠對故障影響歸類，通過對故障進行分析，確認IBS繼續(xù)操作是否可以保證船舶安全。5.標準的操作要求

(1)IBS必須由適任的駕駛員來操作。

(2)執(zhí)行和使用無效功能時有警報聲。(3)系統(tǒng)檢測出輸入錯誤，就會要求駕駛員立即修正錯誤。(4)如果操作可能產生不好的后果，IBS必須要求駕駛員確認此項操作。6.標準的技術要求（略）(1)傳感器接口要符合相關的國際航海用接口標準和IEC61162標準。(2)傳感器要提供操作狀態(tài)、重要信息的延時性和有效性檢查結果。(3)受到遠程控制的傳感器要以最小延時響應控制命令，并能指示出無效的控制命令。(4)傳感器可暫時靜音和重新啟動聲音警報。7.標準的警報管理要求

(1)滿足IMO的A830（19）的警報編碼和說明要求。(2)警報的數(shù)量要設計得盡可能少。(3)警報必須要有提示信息。(4)警報按優(yōu)先權分組：突發(fā)事件警報；遇險、緊急和安全警報；次要警報(警示)。第三節(jié)INS的配置一.INS(A)配置：包括位置、艏向、航速、深度、時間傳感器。1）陀螺羅經(jīng)2）磁羅經(jīng)3）多羅經(jīng)組合4）計程儀5）電子定位系統(tǒng)6）測深儀二.

INS(B)配置在INS(A)基礎上，增加了雷達、ECDIS和AIS，在雷達或ECDIS上自動連續(xù)地標繪，利于避碰導航。1）雙雷達系統(tǒng)2）電子海圖與信息顯示系統(tǒng)（ECDIS）注：電子海圖和雷達視頻疊加的方法

①只將雷達目標疊加ECDIS②將完整清晰的雷達圖像疊加3）船載自動識別系統(tǒng)（AIS）二.

INS(Ｃ)配置在INS(Ｂ)基礎上，增加了自動航速、航向、航跡控制，以及監(jiān)督以上控制過程的性能和狀態(tài)的系統(tǒng)。1）航速、航向、航跡控制系統(tǒng)

航速控制：控制船舶按設定的速度或ETA航行；航向控制：控制船舶按預定的航向航行；/航向自動舵航跡控制：控制船舶按預定的計劃航線航行。/航跡自動舵）2）航速、航向、航跡性能和狀態(tài)的監(jiān)督及警報系統(tǒng)

INS警報：設備警報和工作警報3）綜合信息控制系統(tǒng)

連接導航、輪機監(jiān)控、氣象等傳感器，實現(xiàn)航路執(zhí)行功能。IBS和INS的相互關系

深度

時間

航向

航速

位置

雷達

ECDIS

AIS

1

234567INS(A)INS(B)

INS(C)航路執(zhí)行IBS綜合各種導航傳感器信息，提供完整準確的導航信息INS(A)航向、航跡、航速控制并監(jiān)視控制性能INS(C)顯示與計劃航線有關的導航信息并報告和監(jiān)測危險情況INS(B)1—航向或航跡控制2—航速控制3—機械控制4—系統(tǒng)管理5—航行安全和船舶保安6—裝卸貨和貨運管理7—通訊第四節(jié)INS的功能要求INS功能要求包括：傳感器信息的綜合處理、INS的任務和功能、INS工作站功能、INS顯示功能、INS人機交互界面。一、傳感器信息的綜合處理1.可信性檢查（Plausibilitychecks）可信性是指數(shù)據(jù)的質量在主觀和客觀上的可信度。INS收到的或分配給其他部分使用的數(shù)據(jù)必須通過可信性檢查，否則不能用在INS中。當可信性檢查不通過時，INS發(fā)出報警(alarm)或警示(warning)。舉例：艏向361度不可信2.有效性檢查（Validitychecks）有效性是指數(shù)據(jù)與邏輯和規(guī)范準則的符合度。符合有效性的數(shù)據(jù)標注良好，不符合的標注不良。INS收到的、使用的或分配的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過有效性檢查并標注有效性檢查結果。數(shù)據(jù)沒有通過有效性檢查的不能用在INS中，當有效性檢查不通過時，INS發(fā)出報警(alarm)或警示(warning)。舉例：當數(shù)據(jù)不正確或被懷疑時，在數(shù)據(jù)尾部標注“N”3.完善性檢查（Integritychecks）完善性是指數(shù)據(jù)應滿足相關的標準，并且通過比較多個獨立傳感器的信息得到驗證，使信息保持一定的精度和有效性的特性。在INS中要保證數(shù)據(jù)交換的完善性，當系統(tǒng)處在INS（C）的工作模式時，若不滿足這一點，系統(tǒng)就會發(fā)出報警，標注數(shù)據(jù)完善性未通過，需要駕駛員立即給出響應，決定是否繼續(xù)執(zhí)行INS（C）工作模式。當系統(tǒng)不處在INS（C）的工作模式時，若不滿足這一點，系統(tǒng)就會發(fā)出警示信息。4.公共參考系統(tǒng)CCRS（Consistentcommonreferencesystem）

INS在錄取、處理、存儲和分配數(shù)據(jù)和信息時，在INS內部提供一致的和強制的參考。對于特定的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和重要信息，CCRS確保INS所有的子系統(tǒng)使用了相同的信息源和數(shù)據(jù)。例如，本船位置、對地對水速度、艏向、時間等。CCRS的信息要滿足：（1）參照相同的地點和時間。（2）延時性。如果不滿足這一點，系統(tǒng)就會給出警示(warning)信息。延時是指事件的起始和其結果之間的時間間隔，包括事件的數(shù)據(jù)接收時間、處理時間、發(fā)送時間和顯示時間。所謂延時性是指數(shù)據(jù)的延時應該符合每個獨立設備的性能標注要求。（3）有效性。（4）可信性。5.公共參考點CCRP（Consistentcommonreferencepoint）本船上的用于測量目標距離、方位、相對航向、相對航速、CPA/TCPA等水平面數(shù)據(jù)的參考點，所有相關的信息都應該使用統(tǒng)一的CCRP。通常推薦使用綜合信息控制臺的位置作為CCRP，但是也可以是其他位置。6.數(shù)據(jù)交換及其完善性監(jiān)測對于重要信息，INS接收來自多個傳感器輸入，通過比較來驗證數(shù)據(jù)的完善性。1）驗證位置數(shù)據(jù)完善性：

①使用第二個EPFS②處理GNSS接收機自主完善性監(jiān)測信息③利用推算船位；

2）驗證艏向的完善性：

①比較第二個艏向傳感器②比較對地航向傳感器

3）驗證對地速度的完善性：①比較第二個對地速度傳感器②比較對水速度傳感器③比較從EPFS得到的對地速度。

6.數(shù)據(jù)交換及其完善性監(jiān)測4）驗證時間的完善性：

①使用第二時間數(shù)據(jù)傳感器②比較INS內部時鐘數(shù)據(jù)

5）驗證水深的完善性：

①比較第二個深度傳感器②比較電子海圖

7、數(shù)據(jù)報警(alarm)和警示(warning)未通過檢查的數(shù)據(jù)會標注報警和警示兩種類別，報警的緊急危險程度高于警示。當INS所需的重要信息或所要執(zhí)行功能需要的數(shù)據(jù)無效、變差或不可用時，發(fā)出報警。當INS所需的非重要數(shù)據(jù)無效、變差或不可用時，發(fā)出警示。INS的重要信息至少包括：位置、艏向、速度、時間

二.INS的任務和功能

(一)航線計劃管理航線計劃；檢查龍骨下最小水深危險區(qū)；檢查航線計劃（轉向半徑、轉向速率（ROT）、用舵點、航向改變點、速度、時間、ETA等）；針對氣象信息起草和重新規(guī)劃航線計劃；(二)航線監(jiān)控雷達視頻數(shù)據(jù)疊加到電子海圖上；設定本船龍骨下最小水深警報門限，監(jiān)測該門限與實際水深的差值；顯示本船當前的船位、艏向、對地航向（COG）、對地航速（SOG）、對水速度（STW）、龍骨下水深、轉向速率（ROT）等；顯示AtoNAIS報告；與航跡跟蹤及其操作相關的監(jiān)控信息；(三)避碰INS能夠完成目標相關和目標數(shù)據(jù)融合，避免用多個符號表示同一個目標；來自于多個傳感器而顯示在同一個工作終端的目標，目標的標識符號能夠按要求加以修改，以便于目標在INS顯示器上統(tǒng)一顯示；可以選擇并表明主/次雷達傳感器信息單獨顯示，也可以融合來自多個雷達傳感器的信息在同一個顯示器上顯示；

(四)導航控制數(shù)據(jù)輸出1.顯示人工控制船舶運動的信息龍骨下水深（DBK）和其安全門限；對水速度（STW）、對地速度（SOG）、對地航向（COG）；船位；艏向、轉向速率（ROT）；舵角；推力信息；流向、流速、風向、風速；操舵和速度控制模式；到用舵點或轉向點的時間和距離；安全相關信息（AIS或NAVTEX信息）；2.顯示自動控制船舶運動的信息以上人工控制時需要的全部信息；到下一段航線的設置的和實際的轉向半徑或轉向速率。

（五）狀態(tài)和信息顯示顯示信息的模式和狀態(tài)；顯示AIS目標船舶的靜態(tài)、動態(tài)、和航行相關信息；顯示船舶運動的實測信息和設定信息；顯示收到的安全相關信息；顯示INS的配置；顯示傳感器和信息源的資料；

（六）警報管理INS的警報系統(tǒng)分為報警（alarm）、警示（warning）、提示（caution）3個等級。報警是要指示出立即引起OOW注意并應立即采取措施的情況。警示是指并非緊急危險但不采取措施可能升級為警報的情況。提示是指不構成警報和警示，但超出正常狀態(tài)需要引起駕駛員注意的情況。INS補充知識補充一：利用各種方法和技術人工檢查INS得到的數(shù)據(jù)，包括如下：人工比較磁羅經(jīng)和陀螺羅經(jīng)的艏向。目標在雷達上的位置與在ECDIS上的位置比較（包括海岸線）。通過主、次EPFS傳感器人工檢查船舶的位置、SOG、COG。人工比較測深儀測量水深與ECDIS標注的水深，修正潮高。人工比較AIS報告目標和雷達跟蹤目標的位置和速度。在雷達設為對地真運動時，檢查固定目標的尾跡。人工檢查數(shù)據(jù)不一致，應該做出正確判斷可漂移的海圖目標如浮筒，可能離開海圖上標繪的位置。正在使用的海圖可能沒有檢查精度。AIS數(shù)據(jù)不可輕易相信，但如果大多數(shù)目標的AIS數(shù)據(jù)與雷達數(shù)據(jù)不一致，可能是本船的錯誤產生的。INS補充知識二使用INS-C的優(yōu)勢減少駕駛員手動操舵的繁瑣乏味的工作。給駕駛員留出更多的時間關注和檢查航海儀器的工作狀況和航行情況。有助于提高控制的精度。有助于提高獲取ETA的準確度和減少燃油消耗。INS補充知識三使用INS-C的

注意事項在某些氣象和海況下自動控制功能受限。在繁忙海域不適合使用自動控制功能。駕駛員要時刻注意系統(tǒng)會提示從自動功能立即轉換到人工控制的情況。INS補充知識四：航跡控制比較船舶當前位置與計劃航線的偏差（XTE），若偏差超過設定門限則自動控制船舶的航向以便減小偏航距離（XTE）使船舶回到計劃航線上。修正航向的計算與船舶的轉向速率、對地航向航速、對水航速、艏向以及船舶的操縱特性參數(shù)等有關。INS補充知識五：使用航跡控制的注意事項考察實際的交通狀況、海圖特性和環(huán)境條件是否適合。檢查位置、艏向、速度傳感器的精度是否適合。轉向點和船舶的自動控制參數(shù)（如轉向速率、轉向半徑等）是否預先編程到設備中。檢查計劃航線和設定的相關參數(shù)的有效性和安全性。偏航門限（XTE）的設定要合理，以防止不必要的報警出現(xiàn)。INS補充知識六：執(zhí)行航跡控制功能時要求顯示的信息操舵模式位置、艏向、速度的信息源傳感器狀態(tài)和錯誤指示計劃航向和實際艏向實際船位、偏航距離（XTE）和實際航速到下一個轉向點的時間和距離到下一個轉向點的計劃航向第五節(jié)綜合導航系統(tǒng)的航行管理系統(tǒng)

CarnivalConquest110000TVMS構成輔助工作臺

(PlanningStationPS)導航工作臺(NavigationStationNS)綜合信息顯示工作臺(ConningStationCS)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡

(SeaNET)第五節(jié)綜合導航系統(tǒng)的

航行管理系統(tǒng)(VMS)一、輔助工作臺作用:設計航線

ECDIS顯示/修正模擬訓練電子海圖多功能圖形工作臺光柵海圖是紙圖掃描復制，不能查詢（特征）矢量海圖是數(shù)字（庫）化海圖，信息分層存儲與顯示?？刹樵儗哟涡畔?，設警戒區(qū)、安全水深。選圖、設計航線、監(jiān)