摘要:船舶航行安全一直备受关注,如何有效避碰也是航海领域关注的焦点,常用的避碰理论研究都是基于海上航行中的船舶所设置的,作为船舶分类中的一个分支—拖船/拖轮的专用避碰研究一直有待开发,本文重点关注拖轮在复杂水域航行的有效避碰,唐山港集团拖轮公司根据拖轮的实际需求开发出一种基于AIS信号的拖轮作业报警装置,有效解决其他设备“误报警”“无效报警”的情况,为拖轮航行作业安全提供保障。
关键词:拖轮;避碰;AIS;报警;航行安全
一、研发背景
为了有效地避免船舶碰撞,国内外业内专家及学者提出过各种理论,其中最为广泛使用衡量船舶危险程度的就是DCPA(最小会遇距离,是指船舶会船、驶过时相互间的最近距离)和TCPA(最短会遇时间,是指他船驶抵距本船最近会遇点的时间)报警模式,DCPA\TCPA的计算方式也被写入了船舶驾驶员避碰的相关规程中进行推广使用,此模式是基于海上航行船舶的数据基础之上建立的,但是作为船舶中的一种特殊船型——拖船/拖轮,在使用DCPA\TCPA报警模式当中存在如下诸多问题:
1、频繁报警使驾驶员产生报警疲劳
拖轮的作业模式是在港内航行,协助各类船舶靠离码头。作业过程中利用自身船体橡胶部分顶拖作业船舶,此过程正是DCPA/TCPA报警模式中认为最危险的情况,两船即将发生碰撞,只要拖轮一有这样的动作就会不断产生报警,驾驶台内不停的报警声容易使驾驶员产生报警疲劳,长此以往会忽略报警的作用。
2、报警信息需要人工筛选
在上述频繁的报警信息当中,也夹杂着一些周边其他航行船舶的有效报警信息,但是由于频繁报警,驾驶员无法有效识别报警的来源,一出现报警,就要求值班人员人工查看报警信息来源,判断是否为有效报警,增加了船员的工作负担,也给驾驶员操船带来了安全隐患。
3、报警信息参考价值不高
拖轮公司“航行先锋”小组发现上述问题后,专门统计了京唐港“拖5”轮AIS每天的报警信息。统计发现,在每天100条左右的报警信息当中,无效报警率达到90%以上,导致报警信息的参考价值大打折扣,未能实现AIS报警功能在商船上发挥的作用。
二、问题调研
目前,拖轮机舱各种机械设备具备完善的报警系统,哪里发生问题均能及时向轮机员反馈报警信息。与之相比,驾驶台除了AIS设备能自动进行报警之外,大多数问题的发现完全依靠水手协助瞭望和驾驶员的现场观察。在了解了目前现状后,拖轮公司“航行先锋”小组就驾驶台是否有必要安装报警设备、如何保证船舶航行安全、如何提升雾天作业安全等问题展开了调研。
首先,拖轮公司“航行先锋”小组成员召集驾驶经验丰富和新晋驾驶员等各个层次的拖轮驾驶员就此问题进行了座谈,充分征求大家的意见建议。经过调查发现,由于我港作业量和拖轮配备数量存在较大差距,各拖轮每24小时作业10小时以上已成常态,最高作业记录每24小时达到过17小时以上,拖轮驾驶员普遍表示在长时间航行作业期间均产生严重疲劳感。由此,“航行先锋”小组决定研发一种能够有效识别周边船舶接近风险的设备,帮助驾驶员在紧张的生产作业期间缓解因船舶避让造成的疲劳状态。拖轮公司安技科就此展开了讨论。
三、建立模型
在船舶驾驶台能够帮助驾驶员了解周边船舶信息的设备包含雷达、电子海图、AIS、GPS等设备,在这些设备信号当中,只有AIS信号是免费开放并且被广泛利用的信号。“航行先锋”小组经过讨论,决定以单片机为基础,对AIS信号进行处理,对符合一定报警条件的船舶进行筛选后报警,起到对驾驶员在航行、作业中的辅助报警作用。
首先,小组成员对单片机的基本结构进行头脑风暴法讨论,初步建立了以程序输入模块、信号转换模块、信息处理模块、报警模块四大模块为主的设备模型。
在确定了各模块负责的功能后,小组成员根据各模块特点选取对应的硬件设备,第一部分为程序输入模块,由CP2102模块组成,负责单片机程序烧录,将设定好的筛选条件由电脑烧录进单片机;第二部分为信号转换模块,由MAX490芯片组成,将AIS设备RS422输出的信号经过MAX490芯片处理转换成TTL电平信号;第三部分为信息处理模块,由STM32单片机构成,将接收到的TTL电平信号进行处理,根据AIS解码原则筛选出符合设定条件的信息,设定条件为与装置使用拖轮距离在350米到500米之间,航行状态为“在航”,货船航速0.5节以上,拖轮航速4节以上;第四部分为报警模块,接收到单片机发出的报警信号,进而触发蜂鸣报警,实现预警功能。
随后,小组成员根据各自技术掌握情况进行了有效的分工。
经过小组全体成员的不懈努力,在10月初完成了全部硬件及软件部分的调试,接下来将进入方案实施阶段。
四、方案实施及效果验证
报警装置完成后,小组成员将设备安装在“京唐港拖5”轮进行实际测试,按照之前误报警的概念进行数据统计发现,每天该装置的报警次数在25次左右,均为有效的报警信息,误报警率降为0。随后,“航行先锋”小组又对该设备的稳定性进行了1个月的测试观察,未发现其他问题,实现了设计的初衷,达成了目标。
五、总结
基于AIS信号的拖轮作业预警装置为拖轮的航行作业安全提供了一套行而有效的保护手段,打破了传统船舶航行安全的预警模式,此种报警模式更加符合拖轮船舶机动性强、航行环境复杂的作业特点,弥补了技术设备在这一领域的空白,目前该项目已经申报国家专利和软件著作权。今后,“航行先锋”小组将继续深入了解作业一线的各种需求,利用先进的生产技术改善作业环节,为拖轮作业生产保驾护航。
论文作者:赵秀青
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/24
标签:拖轮论文; 作业论文; 船舶论文; 驾驶员论文; 信号论文; 模块论文; 小组论文; 《基层建设》2019年第7期论文;