第八章综合驾驶台系统教材课件

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–FusionofInformation

PCRadarChartRadarECDISAISNavSensorsAutomationSysShipAlarmsWeatherNightVisionMultifunctionWorkstation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

ECDIS

AIS

1

234567INS(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

ECDIS

AIS

1

234567INS(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4）验证时间的完善性：

①使用第二时间数据传感器②比较INS内部时钟数据

5）验证水深的完善性：

①比较第二个深度传感器②比较电子海图

7、数据报警(alarm)和警示(warning)未通过检查的数据会标注报警和警示两种类别，报警的紧急危险程度高于警示。当INS所需的重要信息或所要执行功能需要的数据无效、变差或不可用时，发出报警。当INS所需的非重要数据无效、变差或不可用时，发出警示。INS的重要信息至少包括：位置、艏向、速度、时间

二.INS的任务和功能

(一)航线计划管理航线计划；检查龙骨下最小水深危险区；检查航线计划（转向半径、转向速率（ROT）、用舵点、航向改变点、速度、时间、ETA等）；针对气象信息起草和重新规划航线计划；(二)航线监控雷达视频数据叠加到电子海图上；设定本船龙骨下最小水深警报门限，监测该门限与实际水深的差值；显示本船当前的船位、艏向、对地航向（COG）、对地航速（SOG）、对水速度（STW）、龙骨下水深、转向速率（ROT）等；显示AtoNAIS报告；与航迹跟踪及其操作相关的监控信息；(三)避碰INS能够完成目标相关和目标数据融合，避免用多个符号表示同一个目标；来自于多个传感器而显示在同一个工作终端的目标，目标的标识符号能够按要求加以修改，以便于目标在INS显示器上统一显示；可以选择并表明主/次雷达传感器信息单独显示，也可以融合来自多个雷达传感器的信息在同一个显示器上显示；

(四)导航控制数据输出1.显示人工控制船舶运动的信息龙骨下水深（DBK）和其安全门限；对水速度（STW）、对地速度（SOG）、对地航向（COG）；船位；艏向、转向速率（ROT）；舵角；推力信息；流向、流速、风向、风速；操舵和速度控制模式；到用舵点或转向点的时间和距离；安全相关信息（AIS或NAVTEX信息）；2.显示自动控制船舶运动的信息以上人工控制时需要的全部信息；到下一段航线的设置的和实际的转向半径或转向速率。

（五）状态和信息显示显示信息的模式和状态；显示AIS目标船舶的静态、动态、和航行相关信息；显示船舶运动的实测信息和设定信息；显示收到的安全相关信息；显示INS的配置；显示传感器和信息源的资料；

（六）警报管理INS的警报系统分为报警（alarm）、警示（warning）、提示（caution）3个等级。报警是要指示出立即引起OOW注意并应立即采取措施的情况。警示是指并非紧急危险但不采取措施可能升级为警报的情况。提示是指不构成警报和警示，但超出正常状态需要引起驾驶员注意的情况。INS补充知识补充一：利用各种方法和技术人工检查INS得到的数据，包括如下：人工比较磁罗经和陀螺罗经的艏向。目标在雷达上的位置与在ECDIS上的位置比较（包括海岸线）。通过主、次EPFS传感器人工检查船舶的位置、SOG、COG。人工比较测深仪测量水深与ECDIS标注的水深，修正潮高。人工比较AIS报告目标和雷达跟踪目标的位置和速度。在雷达设为对地真运动时，检查固定目标的尾迹。人工检查数据不一致，应该做出正确判断可漂移的海图目标如浮筒，可能离开海图上标绘的位置。正在使用的海图可能没有检查精度。AIS数据不可轻易相信，但如果大多数目标的AIS数据与雷达数据不一致，可能是本船的错误产生的。INS补充知识二使用INS-C的优势减少驾驶员手动操舵的繁琐乏味的工作。给驾驶员留出更多的时间关注和检查航海仪器的工作状况和航行情况。有助于提高控制的精度。有助于提高获取ETA的准确度和减少燃油消耗。INS补充知识三使用INS-C的

注意事项在某些气象和海况下自动控制功能受限。在繁忙海域不适合使用自动控制功能。驾驶员要时刻注意系统会提示从自动功能立即转换到人工控制的情况。INS补充知识四：航迹控制比较船舶当前位置与计划航线的偏差（XTE），若偏差超过设定门限则自动控制船舶的航向以便减小偏航距离（XTE）使船舶回到计划航线上。修正航向的计算与船舶的转向速率、对地航向航速、对水航速、艏向以及船舶的操纵特性参数等有关。INS补充知识五：使用航迹控制的注意事项考察实际的交通状况、海图特性和环境条件是否适合。检查位置、艏向、速度传感器的精度是否适合。转向点和船舶的自动控制参数（如转向速率、转向半径等）是否预先编程到设备中。检查计划航线和设定的相关参数的有效性和安全性。偏航门限（XTE）的设定要合理，以防止不必要的报警出现。INS补充知识六：执行航迹控制功能时要求显示的信息操舵模式位置、艏向、速度的信息源传感器状态和错误指示计划航向和实际艏向实际船位、偏航距离（XTE）和实际航速到下一个转向点的时间和距离到下一个转向点的计划航向第五节综合导航系统的航行管理系统

CarnivalConquest110000TVMS构成辅助工作台

(PlanningStationPS)导航工作台(NavigationStationNS)综合信息显示工作台(ConningStationCS)数据通讯网络

(SeaNET)第五节综合导航系统的

航行管理系统(VMS)一、辅助工作台作用:设计航线

ECDIS显示/修正模拟训练电子海图多功能图形工作台光栅海图是纸图扫描复制，不能查询（特征）矢量海图是数字（库）化海图，信息分层存储与显示。可查询层次信息，设警戒区、安全水深。选图、设计航线、监