随着计算机﹑现代控制、信息处理、通信导航等技术的发展,自20世纪70年代,船舶工业界开始致力于在技术方面利用新技术综合提高船舶航行的自动化程度﹑保障船舶航行安全、增进船舶运营管理效益;在功能方面,基于传统船艺和对系统功能的充分了解,驾驶台的整体设计有助于船舶驾驶人员加强模式感知,增进情景意识,管理人为因素,减轻工作负担。20世纪90年代后期,在业界形成了综合驾驶台系统( Integrated Bridge System , IBS)和综合航行系统( Integrated Navigation System , INS)的概念,制定了相应的国际标准,并运用在船舶设计,制造和运营的实践中。

IBS和 INS在概念上密切相关,在实船配置上INS的主要功能是IBS所必须具备的。本章内容依据IBS和INS国际标准撰写。需要注意的是, IBS和 INS的概念和标准在20世纪90年

代后期先后建立,进入21世纪后,INS在技术上逐渐发展和完善,推动了其国际标准的更新,而且将会进一步更新,而IBS的标准却未有更新。鉴于近二十年航海技术的快速发展,表现在IBS国际标准中,条款所反映出的技术思维、专业术语和文本内容都有落后于时代和技术发展的倾向。当然,以上所述问题也会不可避免地反映在教材的专业内容之中。建议教材的使用者对于IBS重点关注其概念,而对于INS则重点关注其技术发展和应用。

一、综合驾驶台系统

1996年12月IMO通过了决议《综合驾驶台系统( IBS)性能标准建议案》[ MSC.64(67)决议附件1],确定了应用于实船的IBS应具备的最低功能和性能。1999年4月, IEC通过了国际标准《综合驾驶台系统(IBS)一运行和性能要求,测试方法和测试结果》(IEC-61209 ) ,规定了产品设计.制造、集成,测试方法和所需测试结果的最低技术要求。如果未有特别指明, IBS内容中提到的“标准”为以上两个标准的共性所指。

(一)IBS概念

按照国际标准,综合驾驶台系统由若干相互连接的系统集成,从工作站集中获取传感信息,以及指挥和控制实施包括航路执行,通信,机械控制,装卸载和货物控制、安全和保安等五种操作中的至少两种,此外,还可以包括管理操作。

IBS涉及的相关术语或定义有:

( 1)系统配置:所安装IBS的所有可运行的功能。

( 2)可用配置:每个工作站被指配且可用的操作。

(3)在用配置:每个工作站目前正在使用的操作和任务。

(4)连接性:完整数据连接和有效数据呈现。

(5)基本功能:与水域、交通和天气条件等有关的,关于确定、执行和维护船舶安全航向、航速和船位的功能。这些功能通常包括但不限于:航线设计,航行、避碰、操纵﹑靠泊,内部安全系统监控、与驾驶台操作安全和遇险局面有关的外部和内部通信、船舶稳性等。

(6)基本信息:监控基本功能所必需的信息。

(7)功能性:执行预期功能的能力。功能的性能通常涉及显示,控制和仪器等系统。(8)完善性:见INS信息处理基础。

(9)时滞性:见INS信息处理基础。

(10)部件:IBS的子系统、设备或模块。

(11)性能检查:有代表性地选择短期定性测试,以确认IBS基本功能运行正常。

( 12)传感器:向IBS提供信息或由IBS监控的设备。

(二）IBS功能与配置1.IBS功能

IBS所具备的航路执行,通信、机械控制,装卸载和货物控制、安全与保安和管理操作等六类操作可以进一步细分,并根据运行的自动化程度分为3类任务:

①自动任务(AUT):可以自动实施的任务;

②自动/人工任务(AUT/MAN):一定程度自动实施与必要的人工操作结合的任务;

③人工任务(MAN):须由人工操作实施的任务。

在标准中,还列出了对应于每个任务实施时需要的输入信息(INP)、显示信息(IND)和报警信息(ALM )。

(1)航路执行

通常认为,航路执行是IBS必须具备的基本操作之一,主要涉及锚泊﹑靠泊、避碰、操纵、航行等操作任务,具体的任务按类又可分为自动任务、自动/人工任务和人工任务等3类。

(2)通信

通信主要涉及设备与人交互、外部通信、内部通信、人与设备交互、人与人通信等任务,具体的任务按类又可分为自动任务、自动/人工任务和人工任务等3类。

( 3)机械控制

机械控制主要涉及报警、电源、舵机、锅炉、加热通风空调、燃油、系统性能诊断等任务,具体的任务按类又可分为自动任务和自动/人工任务等两类。表4-10-3列出了机械控制各类任务及其信息。

(4)装卸载和货物控制

装卸载和货物控制主要涉及货物、压载水、船体、泵、供给、废料等任务,具体的任务按类又可分为自动任务和自动/人工任务等两类。

(5)安全与保安

安全与保安主要涉及消防﹑船损,防海盗﹑紧急事件响应等任务,具体的任务按类又可分为自动任务和自动/人工任务等两类。

(6)管理操作

管理操作主要涉及船员培训、值班演习,航次管理、船舶维护保养、人事管理等任务,具体的任务按类又可分为自动/人工任务和人工任务等两类。

2.IBS配置

IBS不是SOLAS公约要求的船舶配置,但不同的船级社对IBS的配置要求有所不同。在此前提下, IBS的配置可根据不同的船舶类型和船舶所有人的要求确定,同时还受船上具体设备规格﹑配置及环境的制约。为了高效管理﹑控制船舶提高船舶运营的安全性,IBS中的任何部件都必须满足IMO关于该部件的相关标准要求,且能够在不影响该部件工作的其他部件故障时,独立正常工作。IBS任何功能运行和任务操作不会影响其他功能和操作的正常运行,相关的系统功能和任务还能够协同运行,完成复杂的控制任务。

(三)IBS技术要求

1.总体要求

根据标准要求, IBS在总体上应满足以下要求:

( 1 )IBS的相关设备应该符合IMO有关该独立设备的性能标准;

(2)IBS的部件(包括子系统、设备或模块等)执行多任务时必须满足每个单独设备所能控制﹑监督和执行的功能要求;

(3)某个单独设备发生故障时, IBS的基本功能仍然有效;(4)当实施航路执行时,其他任何操作都不能妨碍该功能;

(5)任何一个部件的故障都不能影响其他部件的功能性,除非这些功能的发挥直接依赖于故障部件所提供的信息。

2.集成要求

根据标准要求,IBS在系统集成方面应满足以下要求:

( 1 ) IBS的功能不得低于独立使用各个设备时所达到的功能。

( 2)持续显示的信息应保证船舶安全的最少必要信息,附加信息在需要时可以显示。(3)集成功能显示和控制应该采用一致的人机接口界面,尤其要考虑符号﹑颜色.控制、信息优先权和布局的一致性。

(4)使用多功能显示控制终端时,保证航行安全的必要操作应能够重复和互换显示和控制。

(5)应该能够显示系统完整的配置、可用的配置以及正在使用的配置。

(6)当配置在不经意间改变时,应立即提请使用者注意;特别地,如果更改了正在使用的配置,则应以声音和视觉形式发出报警。

(7)各部件应该提供其详细运行状态和基本信息的时滞性和有效性(见INS)指示,在 IBS中应该标注这些信息的使用方式。

(8)基本功能必须有可以替代的运行方式;对于综合集成的机械控制,所有对船舶安全操作至关重要的机械都可以从本地位置控制。

(9)基本信息应有可以替代的信息源, IBS应能识别出信息源缺失。

( 10)信息源(传感器、计算结果或人工输入信息)应该持续或在要求时显示。

3.数据交换要求

标准要求IBS的数据交换应满足:

(1)内部的连接和接入IBS的接口必须符合IEC61162标准;

(2)数据交换应满足船舶安全运行的要求,针对不同的功能,考虑快速控制环路、普通控制环路、重要信息和其他信息等因素,对于数据交换的时滞性(见INS)有不同要求;

( 3)拒收不合格的数据,并保证数据在网络中传递的完善性;

(4)单一节点的故障,网络应能够予以标注,且传感器和显示器仍能够继续工作,数据传递不受影响;

( 5)网络连接故障不会影响独立部件的功能。

4.故障分析要求

标准要求IBS应能够针对以下方面执行故障分析并保留记录;(1)系统的部件、功能和连接性;

(2)与基本功能和基本信息相关的部件及其连接性可能出现的故障;( 3)与IBS运行、功能和状态等方面有关的故障所产生的后果;

(4)故障应考虑到可探测性、可诊断性、可测试性、可替换性以及补偿和运行要求等有关特性,根据其对IBS的影响分类;

(5)通过对故障分析确认IBS继续运行对保证船舶安全运行的可能性。

5.操作要求

标准要求IBS的操作应满足:

( 1)必须由持有适任证书的人员操作。

( 2)人机交互界面应简单、易于操作,针对所有的功能界面风格应保持一致。

(3)操作信息应简明直接,不需要转置、计算或翻译。

(4)当试图执行无效功能或使用无效信息时,应有短促的弱音提示或指示。

(5)如果系统检测到输人错误,则应要求操作者立即纠正。

(6)菜单分层应尽量少,以便以较少的操作返回所要的功能;不同的显示页面应易于操作,并具有唯一标识。

(7)如果操作可能导致意外结果,应要求操作者确认;所要求的操作功能完成时,应有明确指示。

( 8)应确保操作者了解履行基本功能的位置,某个输人或功能在某个时刻只能由一个操作者控制,其他用户也应了解这一状态。

6.信息感知要求

为了确保系统功能,标准要求IBS的信息感知应满足:

(1)确保通信兼容性符合相关的国际航海设备接口标准(如NMEA或IEC61162),提供关于运行状态以及基本信息的时滞性和有效性的信息;

(2)在使用远程控制时以最小延迟响应命令,并对所接收的无效命令给出指示;

( 3)能够静默和重启本地声音报警;

(4)如果信号能够在本地预处理(如合理性检查) ,则应提供系统误差和随机误差以及处理误差的信息。

7.报警管理要求

标准要求IBS的报警管理应满足:

(1)至少应符合IMO“报警指示规则”[A.1021(26)决议]的要求;

(2)根据任务不同将报警按优先权分组管理,以使报警的数量尽可能少;

(3)报警必须有提示信息,以便明晰报警产生的原因和造成的后果;

(4)报警的优先权按等级分为:

①危急警报(Emergency Alarm):对人员生命或船舶及其机械存亡的直接危险,应立即采取行动的情况;

②警报(Alarm) :需要立即关注和行动避免危险,保持船舶航行安全和作业安全的情况，以及从未确认的警告升级的情况。

③警告(Warning):不需要立即关注或采取行动,出于预防原因,使船员认识到已改变的条件虽然不是立即危险,但如果不采取行动,可能会转变成危险(警报)的情况。

④警示( Caution):最低优先级的报警,虽然不构成警报或警告,但仍然超出通常状态,需要注意的情况或特定信息。

(5)报警的类别分为:

①A类报警:应在产生报警的任务站对报警条件评估并决策的报警,如碰撞或搁浅危险报警。

②B类报警:除了中央警报管理人机交互界面(CAM-HMI)上提供的信息之外,不需要额外的决策支持信息的报警。

③C类报警:在驾驶台无法确认,但需要报告和处理的报警,例如来自机舱的某些报警。

8.电源关闭及中断要求

标准要求IBS电源关闭及中断后应满足:

(1)在正常关闭电源后重新开机时, IBS应进入初始默认状态;

(2)在经历电源中断后恢复供电时, IBS应保持断电前使用中的配置,并尽可能继续自动运行。与安全相关的自动功能,例如自动舵控制,只有在操作者确认后才能恢复。当所有子系统恢复后, IBS的全部功能应可用。

9.供电要求

标准要求IBS供电应满足:

(1)海事组织其他适用于IBS部件的供电要求仍然适用;

( 2)IBS应通过配电板自动转换主电源和应急电源,防止意外掉电;

( 3)临时应急电源的持续时间不少于1 min ;

(4)供电要求。

二、综合航行系统

1998年12月IMO通过了决议《综合航行系统(INS)性能标准建议案》[ MSC.86(70)决议附件3],确定了应用于实船的INS应具备的最低功能和性能。2006年5月IEC通过了国际标准《综合航行系统——运行和性能要求,测试方法和测试结果》( IEC—61924) ,规定了产品设计、制造、集成.测试方法和所需测试结果的最低技术要求。进入21世纪,随着航海信息化技术的发展,航行设备有了长足的进步。2007年10月,IMO通过了新的INS性能标准建议案[ MSC.252(83)],规定以2011年1月1日为期限,之前安装在船的INS性能应不低于MSC.86(70)附件3的要求,之后安装的则应符合MSC.252(83)的要求。2012年12月,基于 MSC.252( 83)决议,IEC通过了关于INS的性能和测试标准(IEC-61924-2)。

从国际公约角度,船舶航行系统和设备应满足SOLAS公约第V章第19条的相关要求和/或满足IMO MSC.252( 83)决议案[综合航行系统(INS)性能标准]的要求。从技术进步的角度出发,考虑新技术的继承性,覆盖性和先进性,为了全面理解航行系统和设备,以下INS内容为基于满足标准所有标配和选配要求,即配置完整的INS。如果未有特别指明, INS内容中提到的“标准”为满足MSC.252(83)和IEC-61924-2两个标准的共性要求。

(一)综合航行系统配置

INS由多种保障船舶航行安全的设备与子系统构成的功能模块和任务站组成,提供本船运动信息,安全水深信息,其他水面航行器、障碍物/危险物、导航目标和海岸线相对于本船的信息,水文地理信息,以及监控和管理这些信息安全运行的报警信息,由适任的驾驶人员/团队计划、监测、手动或自动引导和控制船舶航行,能够在所有航行情景下方便、持续和高效利用驾驶台资源,最大限度地避免地理环境、船舶交通、气象海况和人为因素等风险,提供综合和增强的功能,为实现船舶安全,经济和高效航行提供“增值价值”。在 IBS 中, INS主要担负航路执行功能,是 IBS不可或缺的配置。

1.系统硬件配置

在INS中,各种独立的航行设备或系统,如发送首向装置(THD),电子定位系统(EPFS)、速度和航程测量设备( SDME)、自动识别系统(AIS)、雷达、电子海图显示与信息系统(ECDIS) 、风向风速仪.轮机舵机控制设备等,可以通过有目的相互组合,构成不同的子系统，实现不同功能,完成不同的航行任务。在特定的子系统中,为支持其功能所集成的航行设备或系统称为传感器;在不同的子系统中,航行设备或系统之间可以互为传感器。

具备相关任务模块且满足标准的INS可以作为SOLAS 公约第V章第19条所要求的“其他手段”,取代相关航行设备的配备,如雷达、ECDIS、首向控制系统、航迹控制系统、AIS信息报告、回声测深仪,EPFS,SDME,NAVTEX或其他海事组织认可的设备、认可的移动卫星服务增强群呼系统等。

2.系统功能与配置

按照标准规定, INS采用面向任务的功能模块化配置,可完成航线设计、航线监控,避碰、航行控制数据、航行状态和数据显示以及报警管理等航行功能或航行任务,且应至少完成避碰和航线监控功能。此外,还可以集成其他航行安全系统,实现更多功能,完成相应任务。如果采用了不包括避碰和航线监控任务的小规模的综合,则称为部分综合。

因此,从不同角度看INS系统的功能、配置,使用、操作和显示取决于以下因素:( 1)所集成航行任务的种类和数量,如航线设计、航线监控、避碰等;

(2)船舶控制状态,如在不同水域使用手动或自动航行控制;

(3)船舶操纵状态,如计划中的例行航行或特殊/机动操纵状态;

( 4)应用场景,如航行中、锚泊或系泊。

航行任务通常分配给一组指定的多功能“任务站”,由适任的驾驶人员在任务站上操作，获得最佳航行信息,支持驾驶团队和领航人员完成相应的航行任务。通常,INS有足够的任务站同时工作,完成航线监控、避碰和航行控制数据,如 ECDIS、雷达和航行控制数据任务站;而对于航线设计,航行状态和数据显示和报警管理功能,通常可在一个任务站上实现多任务管理。标准要求,在任何时候应只有一个明确标示的任务站控制自动航行功能,接收控制命令;控制权可以由其他任务站接管,且所设置的控制值和限制条件应保持不变。为了保证航行安全,无论INS的航行模式或故障状态如何,自动航行功能都可以通过简单的操作实现受控或终止。为了支持所有航行情景下的团队工作和操作员角色意识, INS通常满足各任务站的任务分配与选择具有足够的灵活性的条件,如可实现不同雷达传感器在不同的雷达终端上切换,同一个终端切换航线监控、避碰及航行状态和数据显示等不同的任务,雷达与ECDIS信息叠加等。

综上所述,站在综合航行系统硬件和软件的总体配置角度,从实现不同航行功能的硬件配置上看,INS由子系统及其传感器组成;从完成不同航行任务的软件配置上看,INS由任务站及其数据源组成。按照标准,位置、首向、速度、雷达和海图数据等传感器/数据源都配置了硬备份,为系统正常工作提供必要(唯一性)和充分(冗余性)的信息/数据,系统综合处理这些信息/数据,输出经系统验证并满足操作者要求的、最佳的基本航行信息。部分功能失效不会影响其他功能的实现,对于失效的功能均有应急部署。

(二)综合航行系统信息处理基础1.综合航行系统基本信息

INS基本信息包括本船动态信息,其他水面航行器、障碍物/危险物、导航目标和海岸线相对于本船的信息,水文地理信息。具体如下:

(1)本船动态信息是船舶航行的基本信息,包括时间﹑船位、首向,对水速度(STW),航迹向/对地航向(COG),航迹速/对地速度(SOG),水深(如果有)等信息。当前时间和船位信息传感器主要为全球卫星导航系统(GNSS),该系统也是主要的电子定位系统(EPFS);首向信息来自船舶指向系统;STW来自对水模式的SDME;COG和SOG来自对地模式的SDME,如多普勒/声相关或GNSS计程仪;水深信息来自回声测深仪。

(2)其他水面航行器、障碍物/危险物、导航目标和海岸线等信息主要来自雷达/AIS。(3)水文地理信息主要来自基于电子航海图(ENC)数据库的电子海图显示与信息系统( ECDIS)。

INS依据性能标准要求,遵循一定的算法,按照驾驶人员的设定和要求,综合处理以上传感器信息,为驾驶团队提供最佳航行信息,或对非同寻常的航行状态或设备故障给出报警信息,支持航行决策。

2.统一公共基准系统

所谓统一公共基准系统(CCRS)是指用于获取,处理、储存、监视和分发数据和信息的INS子系统或功能,为 INS的子系统和相关功能以及所连接的其他设备(如果有)提供统一和强制的参考信息/数据。例如;INS的所有任务都使用相同的电子海图数据和其他航行数据库,如航线,海图、潮汐信息;以及相同的传感器/数据源信息,如船舶的位置,时间、首向、速度等。CCRS是保障INS正常运行的基础。

3.统一公共基准点

所谓统一公共基准点(CCRP)是指本船上的一个位置,所有基于本船的水平测量,如目标距离、方位、相对航向,相对航速,最近会遇点(CPA)和最近会遇时间(TCPA) ,均参照此位置。CCRP典型建议位置为驾驶台的指挥位置,通常在系统安装时设定。虽然标准未建议,但在被明确标示和能够显著区分的情况下,有的设备上可以设置多个CCRP ,在航行中由驾驶人员根据航行任务的需要酌情选择,如开阔水域避碰时CCRP选择在船头,右舷靠泊时选择在船舶右舷翼,而通常情景下则选择在驾驶团队指挥者惯常值守位置等。CCRP是保障INS精确观测目标的基础。当选择不同的CCRP时，下列测量或计算的基准点会发生变化:本船位置标注点、EBL、VRM、光标,固定距离标识、目标距离和方位、最近会遇点(CPA)和最近会遇时间( TCPA ),COG ,SOG和STW等。

4.信息/数据验证

所有应用于INS的信息/数据必须满足有效性(Validity)、合理性( Plausibility) 、完善性( Integrity)和时滞性(Latency)检测要求,并标明检测结果。INS信息/数据的验证机制是保障系统信息安全的基础。

有效性是指数据与逻辑和规范的符合度,是对数据的质量,状态或模式的度量检测。所有收到、使用和分发的数据都需要进行有效性检测,对未通过检测的数据,会视数据在系统中的使用情况给出警告或警示(如表4-10-8所示),且不能用于依赖于这些数据的功能。有效性检查包括对相关的空白数据字段.状态或模式字段的评估。例如将状态、模式和数据质量标注为“有效""无效”“模拟”“手动输人”“估算(航迹推算)”“无定位”“备用”等。

合理性是数据品质的合理度,即数据格式及其赋值应在相应类型数据的正常合理范围之内,是通过数值比较来检测数据的正确性。未通过合理性检测的数据将被视为“无效”,并将按照上述有效性原则处理。例如,首向值不在0°~360°范围内,或速度(STW或SOG)大大超过最大适用于本船的数值范围,都不符合合理性检测要求。INS不会在任何导航计算中使用不合理的数据。

完善性是一种数据/信息的核实机制。系统通过比较至少两个独立的传感器和/或数据源(如果有的话)数据,以及时、完整和明确的方式向驾驶团队提供符合规定精度和满足要求的信息,并对不符合完善性要求的数据/信息在规定的时间内发出报警,提醒驾驶人员谨慎使用

或不能使用。如可比较来自多普勒计程仪和GNSS计程仪的数据检测SOG信息的完善性;而对于船位信息完善性检测则可能会提供更复杂的算法,包括比较来自GPS和北斗系统或来自两个GNSS设备的数据。

时滞是指数据产生(事件发生)和结果之间的时间间隔,包括数据接收,处理、传输和显示时间。时滞性是指数据的时滞应符合航行任务的时滞要求。设备制造商通常在操作说明书中对数据在不同任务和功能情况下的时滞做出基本说明和约定。在不同的任务站上,有关数据的平滑处理设置都会影响数据时滞,平滑时间增加,数据的有效时滞增加,数据均值精度提高，但数据时滞性变差;反之,减少平滑时间,则数据的实时性提高,但均值精度降低。航海人员需要从信息安全出发,视航行情景合理设置。

(三)综合航行系统功能及其提供的关键信息

INS必须具备航线设计、航线监控、避碰、航行控制数据、航行状态和数据显示以及报警管理等6个系统功能,不同的功能为不同的航行任务提供船舶安全航行信息。“关键信息”是安全航行功能不可或缺的信息。航线监控、避碰、航行控制数据和报警管理是关键信息来源。航线设计及航行状态和数据显示是航行规划或支持功能,其信息属于附加航行信息。

1.航线设计

航线设计是 INS的基本支持功能,也是INS的附加导航功能,提供附加导航信息。航线设计任务站默认功能配置包括:满足IMO ECDIS性能标准[ Res.MSC.232(82)]的要求,具备比例尺适当、,准确和最新的海图;所航行水域永久/临时的航行通告和无线电航行警告;如果航行系统具备相应的功能,还能够提供潮流和潮汐、气候、水文和海洋学数据以及其他适当的气象资料。航线设计提供以下基本功能:

(1)管理航线设计(储存和装载、导入、导出、归档、保护);(2)根据驾驶员设定的最小富余水深,查验航线风险;

(3)根据旋回半径、旋回速率(ROT)、施舵点及转向点、速度、时间、ETA ,查验操纵风险;

(4)根据气象资料草拟和完善航线设计。

2.航线监控

航线监控提供持续监控本船位置与计划航线和水域关系等功能。通常,航线监控任务站能够提供以下功能:

(1)显示地理经纬度航向、STw ,coG , sOG、富余水深、ROT;(2)测量富余水深并启动富余水深警报;

( 3 )AtoN AIS报告;

(4)沿海和NAVAREA航行警告、SAR警告、沿海和METAREA气象警告、冰况警告以及海上安全信息;

(5)作为可选功能,雷达视频与海图叠加,标示导航物标、限制区和危险物,方便位置监控和物标识别;

(6)如果INS集成了航迹控制系统,则航线监控任务站还可以显示与航线相关的数据和船舶操纵参数,监控船舶沿计划航线航行。

根据配置不同,航线监控任务站还能够在海图显示器上显示其他与航线有关的信息,如:(1)被跟踪的雷达目标和AIS目标;

( 2)AIS二进制和/或安全相关消息;

( 3)启动和监测人员落水和搜救操纵;

( 4)潮汐海流数据;

(5)气象数据;

(6)冰况数据;

(7)操作者可适当过滤海上安全信息。

此外,INS还可具备搜救模式和人员落水模式,能够在应急情况下提供紧急操纵程序。

3.避碰

避碰是探测和标绘其他船舶和动物标以避免碰撞的航行任务。4.航行控制数据

航行控制数据的功能是在航行控制数据任务站上为手动和自动控制船舶运动提供信息。按照标准,航行控制数据分为用于手动和自动控制船舶基本运动的数据,以及报告和处理外部安全相关信息的数据,例如AIS安全相关信息和二进制信息、NAVTEX等,其中手动和自动控制船舶基本运动的数据为关键信息。

手动控制船舶基本运动的数据至少包括:富余水深及其分布概况、STW,SOG ,COG、船位、首向,ROT(测量的或由首向变化计算的)、舵角、主机推进数据、流向和流速、风向和风速(若有,应可由操作员选择真和/或相对),激活的操舵或速度控制模式.到施舵点或下一个转向点的时间和距离、安全相关消息[如AIS安全相关信息和二进制消息、海上安全信息( MSI)]。

自动控制船舶基本运动的数据至少包括:以上手动控制需要的所有数据,以及到下一个航段设定的和实际测量的半径或ROT。

航行控制数据通常以数字形式,并可酌情以模拟的要素有逻辑地排列在象征船舶的轮廓及周围,并能够根据需要显示各数据的变化趋势,有些设备还可以显示航行控制数据的设置值。

5.航行状态和数据显示

航行状态和数据显示是 INS的辅助支持功能,为驾驶团队提供航行安全必要的可视化信息。按照INS标准要求,航行状态和数据显示必须提供的信息包括:

( 1 )INS所有安装的、备用和在用的系统、子系统和传感器的配置;

(2)系统和/或子系统的工作模式处于航行模式或非航行模式的指示,如航行、模拟、维护和训练等模式;

(3)系统和/或子系统工作状态的指示,如开启/备机/关闭状态、可用性状态、性能状态、完善性状态等;

(4)系统传感器和数据源信息及其所提供的数据和状态,如接通/断开状态,以及完善性、有效性、合理性指示等;

(5)实测的本船运动数据及其“设定值”,包括首向、航向/速度、旋回速率、旋回半径等;( 6)AIS船舶的静态、动态和航次相关信息;

(7)接收的与安全相关的消息,如AIS安全相关短消息、二进制消息、应用专用消息(ASM )、海上安全信息(MSI)等。

此外,INS还可以按需提供潮流资料、气象信息、冰况信息,航行控制和航线监控任务的附加数据、AIS航标数据。

根据需要,不同厂家INS通常还可以提供状态和数据的管理功能,包括以上状态和数据的参数设置,编辑本船AIS静态信息.航次相关信息和传感器配置等信息。

6.报警管理

报警管理由中央报警管理(CAM)功能负责,监视INS或安装却未归属INS的设备和系统,如首向,航迹控制、EPFS,SDME、目标跟踪雷达、ECDIS、AIS,测深设备、GMDSS设备,用于预警的相关机械装置等,提供可闻和可视的报警信息,至少显示20个最近发生的、特别是处于活动状态的事件和/或故障。报警信息用于协调管理INS及其相关的独立航行/功能模块和传感器/数据源模块中的报警检测,处理、分发和报告,通过有效但不对驾驶团队构成干扰和负担的信息,提醒团队人员迅速识别和充分了解影响航行安全的任何异常情况﹑信息及其来源和原因,支持驾驶团队及时、连续和有效地处理信息和做出必要的决策和/或行动。所有可闻报警都应可暂时静默。针对下述报警的不同类别和级别,除A类报警之外,中央报警管理人机交互界面(HMI)能够取代独立设备的可闻报警通知,且可通过单一操作确认警报和警告。对于具体的设备,驾驶团队通常可以在航行和操纵工作站的中央报警管理HMI上或具体的任务站上对报警信息控制和管理。例如,危险目标报警的确认需要在提供避碰功能的工作站上执行，而对EPFS的报警确认则通常在中央报警管理任务站上即可完成。考虑到船舶驾驶台布局的特点,报警信息还可以在多个地点显示。如果可以在 INS的任何一个任务站上实现报警的静默和确认,则这种操作应在系统内具备一致性效果。

( 1)报警分级与分类①报警分级

在INS中,报警管理将报警分为警报(Alarm)、警告(Warning)和警示(Caution)三个优先级别,只有在能够适合局面评估和决策支持的HMI(任务站)上,才能确认警报和警告。

警报是对需要驾驶团队立即注意并采取措施的状况的报警,以避免危险情景,是报警的最高级别。如关键设备故障报警、碰撞危险报警、搁浅报警、偏航报警等影响航行安全的报警都视为警报,有的警报来自未被确认但需要升级的警告。

警告是出于预警的需要,对可能继续变化的状况的报警,虽然并不具有紧迫危险性,但如果不采取行动,则可能会发生紧迫危险。

警示是对不构成警报或警告的状况的报警,通常是针对非同寻常的情景或信息,提醒驾驶团队重点关注。警示是报警的最低级别。

②报警分类

在INS中,报警管理将报警分为A类和B类两个类别。

A类报警指在直接指定功能的任务站上发生的,需要图形信息界面实现的报警,如完成避碰功能的雷达任务站发生的碰撞危险报警,或完成航线监控功能的ECDIS任务站发生的搁浅危险报警。A类报警能够作为评估报警相关状况的决策支持,其可闻的报警通常发生在生成报警功能的任务站或显示器上。

B类报警为除了在中央警报管理HMI上显示的信息外,无须为决策支持提供其他信息(如图形界面)的报警。所有不属于A类的报警均为B类报警。B类报警通常可以通过字母数字信息确定。在中央警报管理HMI上可以访问按照发生时间顺序排列的B类报警历史清单,包括报警内容、发生、确认和纠正的日期和时间。清单内容可以搜索,并至少保存24 h。

(2)报警通知

报警信息通常在中央报警管理HMI和/或具体的任务站上发出通知,为了驾驶团队及时、高效地分辨和处理报警信息,针对不同级别的报警,采用了不同的通知方式。

①警报通知

警报通知分为未确认警报和已确认警报两种状态。当警报首次发生时,作为未确认警报，启动可闻信号并伴有可视警报通知,提供足够详细的信息帮助驾驶团队识别和确定警报状况,还可以伴有语音提示。未被确认的可视警报通知通常以醒目的红色闪烁标识指示,独特的警报通知避免了与警告或警示混淆。可闻警报通知可以暂时静音,但如果警报未在30 s内被确认,则会重启。可闻信号和未确认警报的可视信号会一直延续到警报被确认为止;对于被确认的警报,可视通知会一直延续到警报状态解除。

②警告通知

与警报通知类似,警告通知也分为未确认警告和已确认警告两种状态。当警告首次发生时,作为未确认警告,启动可闻信号并伴有可视警告通知,提供足够详细的信息帮助驾驶团队识别和确定警告状况,还可以伴有语音提示。未被确认的可视警告通知通常以黄色闪烁标识指示,独特的警告通知避免了与警报或警示混淆。未确认警告的可视信号会一直延续到警告被确认为止;对于被确认的警告,可视信息会一直延续到警告状态解除。

③警示通知

警示通常以可视信息标注,让驾驶团队能够识别和确定警示状况,但不需要确认。警示通知在状况纠正后自动解除。

(3)报警升级

如果船舶配备了驾驶台航行值班报警系统(BNWAS) ,则应与INS中央报警功能连接。驾驶人员可以在INS上设定时间(如30 s ) ,在该时间后,未被确认的报警除了在INS保持可闻和可视之外,还会转移到BNWAS。在默认情况下,未确认的警告还会按照独立设备的具体要求或在60 s之后变更为警报优先权,操作人员也可以根据设备说明书修改这个时间。

(四)综合航行系统接口1.通信协议

综合航行系统中包括各种航行设备,如EPFS、罗经、SDME,测深仪﹑雷达、ECDIS、自动舵等。目前,各种航行设备基本上已经实现了数字化,设备之间的有线连接本质上就是数据通信问题。

数据通信是通信技术和计算机技术结合而产生的通信方式。具体到船舶综合驾驶台系统内部的有线通信,在两个或多个设备/传感器之间传输信息,通信协议是关键。通信协议是指实体设备间实现通信或服务所必须遵循的约定和准则,规定通信的语法、语义和时序等3个基本要素,订立怎样交流、交流什么及何时交流等规则,以保证不同终端之间的硬件资源共享和软件信息交互,实现系统各部分协同工作。随着信息航海的发展,对航行信息的类别.格式,容量,内容.精度等要求不断提高。在不同发展时期,对航行信息的有效性、合理性、时滞性和完善性等方面要求不同,相应的数据通信协议也有所不同,大致上经历了数据线连接,总线连接和基于P的总线连接三种类型的通信协议。具体的通信协议知识,请参考第二章第二节“综合航行设备通信协议”单元。

2.航行设备间输入输出关系

各航行设备间通过数据通信实现硬件共享和信息交互。