现代科技

现代科技

国家之间的经济贸易主要通过海上运输实现,海外贸易对拉动国家的经济发展具有重要作用。但由于海上环境恶劣,海上天气复杂多变,对远洋的船舶安全造成很大的威胁,因此保证船舶航行安全一直航海技术发展过程中的主要任务。古人用地磁导航(指南针),天文导航指引船舶安全行驶,100多年前出现了机械式船舶计程仪,上世纪初期陆续出现了陀螺罗经,船载雷达,劳兰等电子导航技术,船舶航行安全得到很大改善,而当代卫星通信技术,网络信息技术快速发展,船舶导航技术更是发生了翻天覆地的变化,同时也推动了海上交通体系的进一步完善。传统航海依靠信号弹、信号灯等人工方式进行交流、预警,不仅耗费人力,而且效率较低。与传统依赖自然手段确定航线不同,现代网络信息技术通过卫星传输,对船只的定位、速度、航道等参数可以构建出更精准、即时的跟踪网络。

就当前的发展来说,船舶导航系统主要可以划分为以下几个部分:

(一)卫星导航系统。GPS系统,属于导航卫星,测时与测距全球定位系统,诞生于美国,由NASA技术中心研发而成,利用中轨卫星传输出现的延时和频移,就能够计算出目标对象发生的距离变化以及对应的位置信息。现在世界上主要的卫星导航系统有:美国的GPS系统,俄罗斯的格罗拉斯卫星导航系统,欧洲航天局的伽利略卫星导航系统和我国的北斗卫星导航系统(2020年7月31号宣布系统建成开通)。

(二)雷达系统。雷达系统作为船舶上使用最多且应用最广的导航设备,可以说是船舶导航系统中最重要的一部分。通过雷达的帮助,船舶驾驶员可以更加全面掌握周边船舶和环境的情况,特别实在夜间和能见度不良时。

船载自动识别系统(AIS)。AIS系统作为全新的船舶助航装置,能够有效完成船舶相互之间或者船舶和岸基之间的数据信息传输,整体上智能化水平较高。AIS系统不仅可以关注船只本身的航行状态、各种参数指标,还能对船只本身的航行信息(如船位、方位、航速等)进行传输共享,从而避免船只之间相撞所造成的事故。

电子海图显示信息系统。如今海图已经完全数据化,当前大部分海域的基本信息已经被数字化,能够输入计算机进行识别与处理。结合声呐以及雷达探测系统,ECDIS能够基于定位系统的数据信息实现船舶在电子海图中的精确显示。这些技术不仅能实现船舶导航技术的现代化管理,还能进行数据信息安全、准确的传递,在航行时,能够通过大量数据的获取,对航行安全性进行科学的评估。

船舶通信技术是船舶导航技术的先导,两种技术在船舶的航行中相辅相成,缺一不可。船舶通信技术以船舶为承载平台,与陆地上的通信技术有很大的区别,他的技术特点有以下三个特点。

他的对外联络只能通过无线通信技术进行,可实现远距离全球通信,主要使用卫星通信技术和短波通讯技术。

通信频段覆盖范围更加大,涉及的设备很多,整个系统非常复杂,因为受到安装技术和使用环境的限制,其设备是高度集成化的。

船舶通信平台缺乏固定基础设施做为依靠,它的内部和外部通信和导航可以是自包含的。它使用宽带基础设施,但是它的终端是集成的、模块化的、开放的和可组合的。

船舶的地面通信系统主要包括:单边带通讯,窄带印字电报通讯,甚高频通讯,NAVTEX,WEATHER FAX等等。

卫星通信系统主要使用国际海事卫星的Inmarsat系统,现在主要使用Inmarsat-C、Inmarsat-F 和Inmarsat-FB500等船舶地球站。现代化宽带卫星船舶地球站将能够提供更多、更便捷、更快速以及形式多样的通信技术、系统和设备,使得船舶通信达到更加安全和稳定的优势。目前第五代Inmarsat 系统卫星已经完成了四颗的发射,将对未来的全球宽带终端提供支持,通信速率也从早期的 9.6 Kbps提高到下行50Mbps,上行5 Mbps。在国际海事卫星得到快速发展的同时,对于商业卫星系统的应用也由部分国家和组织推动进行,并且已经得到不少船舶公司的应用,技术发展也较为成熟,目前投入应用的商业卫星系统包括全球星通信系统(Global star)、舒拉亚卫星系统(Thuraya)、铱星通信系统(Iridium)等

船舶通信导航技术已经得到广泛的应用,它的未来发展趋势将会结合微电子、光电子以及计算机等等前沿技术,在有效促进通信、导航、计算机和网络的深度融合的同时,进而促使建立高精度和低成本的智能集成通信导航网络系统。高速带宽与新型通信手段也会不断推进船舶通信导航技术向前发展。

(一)通信网络正朝着宽带和数字化的方向迅速发展

宽带和数字通信网络一直是通信发展的重点。手机从过去的“大哥大”到现在的智能手机,尺寸越来越小,功能也越来越多,从最初的通话,短信发展到现在的网购、在线聊天、在线工作,这些都是宽带和数字通信网络发展的好处。未来,光纤通信中继距离将更远,速度将更快。在未来,如果我们要进一步发展通信网络,就必须考虑新光纤的发展,光交换和密集波分复用技术的发展。在不久的将来,随着超导技术、纳米技术和光路集成技术等新技术的发展,通信网络技术也将发生翻天覆地的变化。

(二)导航系统将朝着小型化和发展

根据导航系统的发展需求,各种惯性导航将在小型化、高精度、易用性、低功耗、轻量化、智能化和数字化方面进行细化,各种基础领域的研究成果将被快速、安全地应用于惯性导航产品的开发。美国芯片级原子钟的尺寸将比传统原子钟小100倍,仅为15cm3,功耗将降低10倍,精度将提高几个数量级。微尺度速率积分陀螺仪将取代当前惯性导航设备中的陀螺仪。导航级惯性微陀螺仪的未来体积仅为1cm3,功耗为5mW,随机角行程为0.001°/h,漂移率为每小时0.001°。芯片级组合原子导航仪将提供高精度的运动探测和快速启动能力,尺寸不超过20cm3,功率不超过1W,其性能远高于现有设备,具有出色的长期稳定性,启动速度也将显著提高。

(三)船舶通信和导航网络的系统集成和智能开发

船舶通信和导航网络的系统集成和智能开发将采用各种推进方法和不同的网络技术,实现电信网、广播电视网和互联网的“三网融合”,再结合当前热门的物联网技术、大数据、云计算、智慧地球等,其让网络功能不断拓展深化,拥有更广阔的发展前景。而船舶监控网与作战指挥网的出现也将在未来不断强化船舶通信导航技术,实现通信移动化与组合化,形成全新的数据船桥一体化技术应用,保证船舶的通信导航技术应用更加经济、灵活,从根本上提高导航的集成化和自动化。