第八章综合驾驶台系统教材

第八章综合驾驶台系统IntegratedBridgeSystem第一节IBS概述一、IBS发展过程1.(60年代末至70年代初)具有导航线功能的导航系统2.（70年代至80年代初）具有综合信息显示和自动保持航迹功能的IBS3.（80年代至90年代初）雷达图像与电子海图信息融合的IBS4.（90年代末至今）具有现代航海信息综合处理和监督航行安全功能的IBS未来IBS发展展望DataIntegration–FusionofInformationPCRadarChartRadarECDISAISNavSensorsAutomationSysShipAlarmsWeatherNightVisionMultifunctionWorkstation未来IBS多功能工作台驾驶员操作控制单元操舵单元数据采集和处理为主转向以决策和控制为主基于网络技术的IBS信息处理技术航行专家系统、最佳航线设计航行综合控制（综合导航系统与主机遥控、辅机遥控、通信等有机地组合）人体工程学和人机交互界面的研究IBS是集导航、监控、管理、显示于一体的智能化、网络化的综合航行管理系统二、基本概念IBS（integratedbridgesystem）INS（integratednavigationsystem)1.IMO性能标准对IBS的定义IMO在1996年12月4日讨论通过了综合驾驶台系统（IBS）的性能标准即：IMOMSC64（67）附录1Integratedbridgesystem(IBS)是由若干个子系统通过内部连接组成的，以便可以集中获取各个传感器信息或从工作站获取命令/控制。IBS的主要目的是由适任的驾驶员来提高船舶航行的安全性和经济性。IMO对IBS的补充规定随后IMO又补充了IBS的定义，规定了IBS应该执行以下2个或更多的操作：1passageexecution（航路执行）：锚泊、靠泊、操纵、避碰、航行2communications（通讯)：内部通信、外部通信、人机通信、人员通信3machinerycontrol(机械控制)：警报、电源、舵机、锅炉、加热通风空调、燃油、系统性能诊断4loading,dischargingandcargocontrol(装卸载和货运管理)：污水、防污染、货舱、货物配载、油水、舱门5safetyandsecurity(航行安全和船舶保安)：消防、船损防漏、防海盗、紧急事件响应6managementoperation(系统管理)：船员培训、值班演习、货运证书、救生设备、航次管理、船舶维护保养、人事管理2.综合导航系统（INS）的性能标准1998年12月8日,IMO通过了综合导航系统(INS）的性能标准（IMOMSC86（70）附录3）2000年1月或以后安装（但在2011年1月1日前）执行此标准2007年10月8日，IMO又通过了综合导航系统（INS）的最新性能标准（IMOMSC252（83）附录30）2011年1月1日以后安装的INS执行此标准“通过对多个传感器信息估值、组合各种传感器信息并且在出现危险情况、系统故障和信息的完善性变差时给出警报，来支持导航的安全性。”（INS的定义）按照INS的性能标准,INS分为如下几类INS（A）提供有效的、正确的、统一的参考系统，这个系统至少提供船舶的位置、速度、航向、时间。并且在传感器出现错误时发出警报信号。INS（B）除了包括上述INS（A）的功能外，还要提供有助于避开危险的相关信息，在雷达或ECDIS上自动地、连续地标绘出船舶的位置、速度、航向、水深和预测危险情况。INS（C）除了包括INS（B）外，还要自动控制船舶保持航向、航迹或速度，监视船舶控制的状态和性能。3.IBS和INS的相互关系深度时间航向航速位置雷达ECDISAIS1234567INS(A)INS(B)INS(C)航路执行IBS综合各种导航传感器信息，提供完整准确的导航信息INS(A)航向、航迹、航速控制并监视控制性能INS(C)显示与计划航线有关的导航信息并报告和监测危险情况INS(B)1—航向或航迹控制2—航速控制3—机械控制4—系统管理5—航行安全和船舶保安6—装卸货和货运管理7—通讯第二节IBS的配置和功能一.配置原则设备性能取长补短，满足导航特殊要求工作方式转换灵活组合规模视需要而定，满足国际公约和船级社的规定由船型和船东确定，受设备配置及环境制约子系统既能独立工作，又能在IBS中协同工作SOLAS公约新V章和部分船级社对IBS的配置要求SOLAS公约新V章和部分船级社对IBS的配置要求（续）二.IBS的性能标准要求满足IMO关于IBS性能标准IMOMSC64(67)附录1满足IEC关于IBS性能标准IEC612091.标准的总体要求(1)每个独立设备满足各自的性能标准。(2)某个独立设备出现故障,不影响IBS的重要功能。(3)当运行航路执行功能时，其他任何操作都不能中断航路执行功能。(4)任何一个子系统的故障都不能影响其他子系统的正常工作。2.标准的组合要求(1)IBS的功能一定要不低于独立使用各个设备时所达到的功能。(2)持续显示的信息应该是保证船舶安全的最少必要信息。(3)显示和控制应该采用一致的人机接口界面。(4)对于保证航行安全必要的显示和控制，要有可以替代的设备；重要的功能必须有可以替代的操作方法来完成；重要信息要有可以替代的信息源。(5)能够识别出信息源丢失；信息源的相关信息应该持续显示。(6)能够显示系统完整的配置、可选的配置以及正在使用的配置；当无意中改变了系统配置时，要发出警报。(7)对船舶安全重要的机械控制必须在设备本地实施。(8)能够提供IBS的详细操作状态和重要信息的延时性和有效性的检查结果。3.标准的数据交换要求（略）（1）IBS内部接口和外部接口的数据交换必须符合IEC61162标准。（2）数据从传感器输出至设备接收到的延时要符合系统的要求。（3）数据在网络中传递的完善性要符合系统的要求。（4）IBS拒收不合格的数据。（5）网络单一节点错误不影响数据传递，传感器数据和显示信息保持正常。（6）网络链接错误不能影响每个独立设备的功能。4.标准的故障分析要求（略）(1)能够指明可能发生的系统错误和与重要功能有关的连接错误。(2)能够指明与操作、功能、状态等有关的错误所产生的后果。(3)能够对故障影响归类，通过对故障进行分析，确认IBS继续操作是否可以保证船舶安全。5.标准的操作要求(1)IBS必须由适任的驾驶员来操作。(2)执行和使用无效功能时有警报声。(3)系统检测出输入错误，就会要求驾驶员立即修正错误。(4)如果操作可能产生不好的后果，IBS必须要求驾驶员确认此项操作。6.标准的技术要求（略）(1)传感器接口要符合相关的国际航海用接口标准和IEC61162标准。(2)传感器要提供操作状态、重要信息的延时性和有效性检查结果。(3)受到远程控制的传感器要以最小延时响应控制命令，并能指示出无效的控制命令。(4)传感器可暂时静音和重新启动声音警报。7.标准的警报管理要求(1)满足IMO的A830（19）的警报编码和说明要求。(2)警报的数量要设计得尽可能少。(3)警报必须要有提示信息。(4)警报按优先权分组：突发事件警报；遇险、紧急和安全警报；次要警报(警示)。第三节INS的配置一.INS(A)配置：包括位置、艏向、航速、深度、时间传感器。1）陀螺罗经2）磁罗经3）多罗经组合4）计程仪5）电子定位系统6）测深仪二.INS(B)配置在INS(A)基础上，增加了雷达、ECDIS和AIS，在雷达或ECDIS上自动连续地标绘，利于避碰导航。1）双雷达系统2）电子海图与信息显示系统（ECDIS）注：电子海图和雷达视频叠加的方法①只将雷达目标叠加ECDIS②将完整清晰的雷达图像叠加3）船载自动识别系统（AIS）二.INS(Ｃ)配置在INS(Ｂ)基础上，增加了自动航速、航向、航迹控制，以及监督以上控制过程的性能和状态的系统。1）航速、航向、航迹控制系统航速控制：控制船舶按设定的速度或ETA航行；航向控制：控制船舶按预定的航向航行；/航向自动舵航迹控制：控制船舶按预定的计划航线航行。/航迹自动舵）2）航速、航向、航迹性能和状态的监督及警报系统INS警报：设备警报和工作警报3）综合信息控制系统连接导航、轮机监控、气象等传感器，实现航路执行功能。IBS和INS的相互关系深度时间航向航速位置雷达ECDISAIS1234567INS(A)INS(B)INS(C)航路执行IBS综合各种导航传感器信息，提供完整准确的导航信息INS(A)航向、航迹、航速控制并监视控制性能INS(C)显示与计划航线有关的导航信息并报告和监测危险情况INS(B)1—航向或航迹控制2—航速控制3—机械控制4—系统管理5—航行安全和船舶保安6—装卸货和货运管理7—通讯第四节INS的功能要求INS功能要求包括：传感器信息的综合处理、INS的任务和功能、INS工作站功能、INS显示功能、INS人机交互界面。一、传感器信息的综合处理1.可信性检查（Plausibilitychecks）可信性是指数据的质量在主观和客观上的可信度。INS收到的或分配给其他部分使用的数据必须通过可信性检查，否则不能用在INS中。当可信性检查不通过时，INS发出报警(alarm)或警示(warning)。举例：艏向361度不可信2.有效性检查（Validitychecks）有效性是指数据与逻辑和规范准则的符合度。符合有效性的数据标注良好，不符合的标注不良。INS收到的、使用的或分配的数据都要经过有效性检查并标注有效性检查结果。数据没有通过有效性检查的不能用在INS中，当有效性检查不通过时，INS发出报警(alarm)或警示(warning)。举例：当数据不正确或被怀疑时，在数据尾部标注“N”3.完善性检查（Integritychecks）完善性是指数据应满足相关的标准，并且通过比较多个独立传感器的信息得到验证，使信息保持一定的精度和有效性的特性。在INS中要保证数据交换的完善性，当系统处在INS（C）的工作模式时，若不满足这一点，系统就会发出报警，标注数据完善性未通过，需要驾驶员立即给出响应，决定是否继续执行INS（C）工作模式。当系统不处在INS（C）的工作模式时，若不满足这一点，系统就会发出警示信息。4.公共参考系统CCRS（Consistentcommonreferencesystem）INS在录取、处理、存储和分配数据和信息时，在INS内部提供一致的和强制的参考。对于特定的系统数据和重要信息，CCRS确保INS所有的子系统使用了相同的信息源和数据。例如，本船位置、对地对水速度、艏向、时间等。CCRS的信息要满足：（1）参照相同的地点和时间。（2）延时性。如果不满足这一点，系统就会给出警示(warning)信息。延时是指事件的起始和其结果之间的时间间隔，包括事件的数据接收时间、处理时间、发送时间和显示时间。所谓延时性是指数据的延时应该符合每个独立设备的性能标注要求。（3）有效性。（4）可信性。5.公共参考点CCRP（Consistentcommonreferencepoint）本船上的用于测量目标距离、方位、相对航向、相对航速、CPA/TCPA等水平面数据的参考点，所有相关的信息都应该使用统一的CCRP。通常推荐使用综合信息控制台的位置作为CCRP，但是也可以是其他位置。6.数据交换及其完善性监测对于重要信息，INS接收来自多个传感器输入，通过比较来验证数据的完善性。1）验证位置数据完善性：①使用第二个EPFS②处理GNSS接收机自主完善性监测信息③利用推算船位；2）验证艏向的完善性：①比较第二个艏向传感器②比较对地航向传感器3）验证对地速度的完善性：①比较第二个对地速度传感器②比较对水速度传感器③比较从EPFS得到的对地速度。6.数据交换及其完善性监测