第17卷第6期中国惯性技术学报V ol.17 No.6 2009年12月 Journal of Chinese Inertial Technology Dec. 2009 文章编号：1005-6734(2009)06-0661-05
综合船桥系统综述
郑荣才1，杨功流2，李滋刚3，汪顺亭1
(1. 天津航海仪器研究所，天津 300131；2. 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100083；
3. 中国舰船研究院，北京100085)
摘要：综合船桥系统是实施船舶导航和控制的集成系统，它通过相互连接以集中使用来自工作站的传感器信息、命令或控制以提高操作人员管理船舶的安全性和效率。在分析了国际海事组织对综合船桥系统的定义及功能要求的基础上，阐述了国外综合船桥系统的发展及其应用状况，研究了世界船舶工业的形势、我国船舶配套设备的现状和国外主要综合船桥系统厂家的产品性能及市场份额，提出了发展国产综合船桥系统应采用的途径，对综合船桥系统的在国际船舶市场方面的前景进行了展望。
关 键 词：综合船桥系统；船用设备；国际海事组织；市场前景；体系结构
中图分类号：U666.1 文献标志码：A
Survey of integrated bridge system
ZHENG Rong-cai1, YANG Gong-liu2, LI Zi-gang3, WANG Shun-ting1
(1. Tianjin Navigation Instrument Research Institute, Tianjin 300131, China; 2. School of Instrument Science and
Opto-electronic Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China; 3. China
Ship Research and Development Academy, Beijing 100085, China)
Abstract: An integrated bridge system combines the interconnected systems to allow centralized access to the sensor information, command or control from workstations, with the aim to increase the safe and efficient of ship’s management by suitably qualified personnel. The required functions of integrated bridge system established by International Maritime Organization are studied. The development and application of integrated bridge system are investigated. The status of worldwide shipping industry and the national shipborned equipments are analyzed. The performance and the market share of integrated bridge system made by foreign countries are studied also. Based on the above researches, an approach to develop our own integrated bridge system is put forward. The result shows that there is a big international shipping market for our own integrated bridge system.
Key words: integrated bridge system; shipborned equipments; international maritime organization; market foreground;
system framework;
综合船桥系统（Integrated Bridge System，IBS）是船上实施船舶导航和控制的区域，包括驾驶室和船桥桥翼[1]。在这个区域集中获取传感器信息，获取各种控制命令，执行各种操纵控制，将有关导航、驾控、避碰和监视等分散设备的功能从信息融合及人机工程的角度进行集成，构建一个集导航、驾控、避碰和航行管理于一体的高度信息化、自动化的集成系统，实现船舶航行的自动化。由于综合船桥系统的特点和优点，它成为自20世纪80年代末到90年代初最富活力的船舶自动化发展技术，是进入2l世纪船舶的目标发展技术[2-5]。
收稿日期：2009-09-07；修回日期：2009-10-29
基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAG03B04）
作者简介：郑荣才（1973—），男，高级工程师，博士后，研究方向为综合导航和多传感器数据融合技术。
E-mail：zrlq618@https://www.doczj.com/doc/981397324.html,
联系人：杨功流（1967—），男，教授，博导，研究方向为惯导、综合信息处理。E-mail：yanggongliu00@https://www.doczj.com/doc/981397324.html,
662 中国惯性技术学报第17卷1 综合船桥系统的定义和功能
国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）将综合船桥系统定义为一个集成系统，它通过相互连接以集中使用来自工作站的传感器信息、命令或控制，其目的是提高操作人员管理船舶的安全性和效率[6]。综合船桥系统的集成体现在具有完善的导航、驾控、避碰、信息集中显示、报警监控、通信、航行管理和控制自动化等多种功能，便于驾驶员观测和操纵，同时将各设备的信息进行优化处理，从而使综合船桥系统比各设备单独使用时在保障船舶安全航行方面发挥更大的作用。从总体上说，IBS应提供满足下列要求的功能集成[6]：
1) IBS须确保其操作至少和组成它的各独立的设备一样有效。
2) 连续显示的信息应简化为安全操纵船舶的最小需求，并可随时得到附加信息。
3) 用来对船舶进行安全操作所需的显示和控制等功能应该具有可复制性和可交换性。
4) 它应该能显示整个系统配置、可用的配置和正在用的配置。
5) 集成系统中的每一部分应能详细提供它自身的工作状态、时延和有效性等基本信息。IBS内部应提供充分利用这些信息的方法。
6) 应提供基本功能的替代操作方法。
7) 应提供基本信息的替代源，IBS应能确定任何信息的丢失。
8) 信息源(传感器信息、计算结果或手动输入)应能连续显示或根据要求显示。
2 综合船桥系统的发展及应用
IBS是从20世纪60年代末期发展起来的，它作为全船自动化的一个重要组成部分，已经广泛装备于各种船舶。
IBS的发展大体上经历了三个阶段[4,7]。20世纪60年代末期至70年代初期，挪威Norcontrol公司在1969年开发了世界上第一套IBS，命名为数据桥（Data Bridge，DB）。这种初期的IBS主要由“数据雷达”、“数据航行”、“数据定位”和“数据操舵”等四个子系统构成。这种系统实际上是一种计算机化的避碰和综合导航系统，综合程度较低，功能主要限于导航。20世纪70年代中后期至80年代前期，IBS的功能不断扩大，自动化程度显著提高，大量的产品和型号推入市场。Norcontrol公司于1975年开发了的数据桥DB2，日本石川重工在1975年开发出IHI数据桥，日本三菱重工在1976年推出SNA-80/81。此外，美国的斯伯利航海公司生产的IBS综合船桥，前苏联的“轻风-1”型自动航行系统和德国Atlas电子设备公司的NACOS-20也相继推向市场。与初期的IBS相比，这些系统增加了航行计划和航迹保持/自动操舵两个子系统。功能上从原来的导航功能扩展到控制功能，成为综合导航和控制系统。它可使船舶自动地沿着预期航线航行，基本上实现了船舶的自动化航行。自20世纪80年代中后期以来，世界各国推出的IBS在功能上逐步完善，技术上逐步成熟。挪威Norcontrol公司推出了第4代产品DB-2000，日本JRC公司开发了第3代产品SNA-90/91，英国RACAL公司相继推出了MIRAN3000、4000和5000型IBS，德国SAM公司相继推出了NACOS-25、35-2、45-2和55-2 IBS，加拿大Offshore公司推出了最新的ECPINS系统。此外，美国和日本也开发了最新的具有通信功能和人工智能的IBS。这一阶段的IBS与以往的IBS 相比，主要是在原有功能的基础上增强了系统的显示、监视、管理和通信功能。
综合船桥系统一直受到各国海军的普遍重视，特别是美国海军在水面两栖攻击舰和航空母舰以及其它大型舰艇的导航和控制系统的集成方面做了多方面的努力，取得了重要进展。据有关资料统计表明，自1997年，美国海军在约克城号航空母舰上安装综合舰桥系统后，到2000年，已经有大约140多艘美国海军的水面舰艇和潜艇配备了利顿公司提供的各种配套形式的综合舰桥系统，其中包括5艘航空母舰、10艘其它水面舰艇、15艘海上战略储备舰、14艘Cyclone级巡逻艇和6艘大甲板两栖舰。美国的潜艇包括洛杉矶级潜艇、俄亥俄级潜艇、弗吉尼亚级潜艇和海狼级潜艇也配备了利顿公司的综合舰桥系统。另外，日本、俄罗斯和其它欧洲国家的舰船也广泛应用了综合舰桥系统。自20世纪90年代初期开始，英国的82型轻型巡洋舰、圣当级猎雷艇，法国F2000型护卫舰、“三伙伴”级猎雷艇，意大利的轻型护卫舰，瑞典的“兰索特”级猎雷艇等也都采用了综合舰桥系统。目前，世界上安装IBS的商船、渔船、客船、游船及军舰约有20万条以上。
3 我国船舶配套设备现状
进入21世纪以来，世界船舶工业进入罕见的市场高峰期。2004年全球新船订单量超过1亿载重吨，成为造船史上新船签约量超过1亿载重吨的第三个年份（前两次分别为1973年的1.17亿载重吨和2003年的1.1亿载重吨），全球造船完工量达到6020万载重吨，较2003年的5500万载重吨增长9％。
多年来，在世界船舶工业的大好形势下，我国船舶工业得到飞速发展，船舶配套设备的科技水平和实力也有了较大提高，在部分高技术船舶产品和重点船舶设备的研制方面取得了突破，但总体技术水平和实力与日韩等先进造船国家相
第6期郑荣才等：综合船桥系统综述663比仍存在较大差距。从目前船舶市场的竞争态势来看，船舶配套设备是现代化船舶的重要组成部分，其价格占船价的40％～50％。由于世界船用设备发展十分迅速，新技术、
新产品更新速度快，我国船舶配套设备技术总体水平
仅相当于国际20世纪80年代初的水平，已经不适应
船舶工业的发展的需要，国产设备装船率由“七五”
末的60％下降到30％～40%，而且目前建造的出口
船，其自动化系统及设备大多由国外进口，这与日、
韩等国存在很大的差距，如表1所示。
目前，我国出口船舶的船用设备70%以上依靠进口，常规船舶的国产设备的实际装船率还不足40%，而高新技术船舶更是主要进口国外的设备，其中，综合船桥系统几乎全部依赖进口。这种基本依赖于国外的局面，不仅严重削弱了我国造船业的国际竞争力，而且也使我国船舶工业的发展越来越受制于人，成为船舶工业发展的瓶颈，使得造船成本居高不下，造船利润降低。如不尽快扭转这种局面，将对我国船舶工业的持续健康发展造成极为不利的影响。
4 国外主要综合船桥系统厂家及产品性能
4.1 国外主要综合船桥系统厂家及产品性能
国外著名的综合船桥系统生产厂家有：美国的Litton公司、Sperry公司，英国的Kelvin-hughes公司，德国Raytheon Anschutz公司、SAM公司，挪威的Norcontrol公司、Kongsberg公司，加拿大的CAE公司、Offshore公司和L3公司，意大利GEM公司，日本的JRC公司、Tokimec公司和Furuno 公司，韩国的KMSS公司等等。目前，L3、CAE、Sperry、Raytheon Anschutz、SAM和Kongsberg等公司的IBS在技术性能及应用方面处于领先地位[8-12]。在网络结构方面，Sperry 公司的IBS VT2100M型配置SEANET高速局域网，CAE公司的IBS采用以太网构成IBS局域网，SAM的NACOS－5系列采用LAN和CAN总线联合构成系统内部局域网。
目前，SAM在综合船桥系统方面是市场的领军者，自1985其第一套NACOS系统安装以来，已经安装的NACOS系统超过1000套。SAM最新的IBS是NACOS系列的第5代。SAM公司的NACOS－5系列是基于网络结构和多功能台的，代表了当前IBS的最高水平。NACOS－5系统完全集成了Conning、Radar和ECDIS的操作，具有一致的Radar、ECDIS和Conning 显示，交互式的一屏幕操作等特点[8]。NACOS－5采用两种网络技术，CAN用于导航数据通信、导航控制信号和发送给雷达内部开关的信号；LAN用于电子海图和雷达目前信息的交换，以及雷达和ECDIS间的导航信息交换。SAM最先进的产品是Radar 1100 系列，该系列产品集成了操舵和航迹控制功能，SAM的RADARPILOT 1102能提供最新一代雷达的所有功能，同时可通过它直接进行操舵，具有航迹保持和控制功能。
K-Bridge integrated navigation作为Kongsberg 船舶操纵解决方案的一部分，是最新一代的综合船桥系统，是真正采用标准组件的系统，与Kongsberg自动化控制和船货监控系统有同样直观的用户界面。这一解决方案利用核心设备贯彻整个系统，解决了各个独立厂家设备遇到的兼容性问题，降低了故障率，全面实现了综合系统中不同系统间通讯的可靠性和整合性。其特点是：导航传感器数据通过导航传感器接口（Sensor Concentrator，SC）在网络上广播，SC是一个双冗余接口，用于导航传感器数据的收集和分发。各工作站通过LAN分享导航数据，所有工作站分享同样的海图数据库；各工作站通过Interswitch连接到雷达收发器，通过LAN，雷达可用任何一个工作站进行控制，可在任何一个工作站上显示雷达图像。Kongsberg的IBS如图1所示。
664 中国惯性技术学报第17卷Raytheon Anschutz的IBS如图2所示。它通过Nautoconning收集所有导航传感器（Nav Sensors）的信息，并通过Data Distribution总线进行数据分配
与共享。该系统可在Nautoconning
进行操舵，也可在两部Radar或
ECDIS处通过自动舵遥控面板
（Autopilot Remote Control Panel，
ARCP）进行操舵。
由以上分析可知，国外IBS生产
厂家的产品在体系结构和性能上虽
然存在一些差异，但存在着一些共同
的特点：在技术方面都广泛采用模块
化技术和网络技术，采用先进的导航
传感器接口技术；在功能方面都具有
航行计划管理、导航定位、避碰、自
动航行、航行综合管理、信息集中显
示和控制、导航数据分发、航行数据
记录等重要功能；在系统设计方面可
根据船舶大小、类型和用途等进行不同的配置。
4.2 国外主要IBS制造商的产品及市场份额
各制造商的产品及IBS年销售情况如表2所示[13]。
表2 国外主要IBS制造商的产品及IBS销售情况
Tab.2 Products and market share of the important foreign IBS manufacturer
Western Suppliers Japanese Suppliers
Raytheon Marine Sperry
Marine
SAM
Electronics
Kelvin
Hughes
Kongsberg Transas HDW Furuno JRC Y okogwa Tokimec
Radar Raytheon
Sperry
SAM KH Kongsberg Various Sperry Furuno
JRC
JRC Tokimec ECDIS Raytheon
Sperry SAM KH Kongsberg Transas HDW Furuno
JRC
Yoko Tokimec Conning Raytheon
Sperry SAM KH Kongsberg Transas Sperry Furuno
JRC
JRC Tokimec Gyro Raytheon
Sperry
Raytheon
Yoko
Sperry Raytheon Sperry Yoko
Yoko
Yoko Tokimec Autopilot Raytheon Sperry Raytheon Yoko Sperry Raytheon Sperry Yoko
Yoko
Yoko Tokimec Steering Raytheon
Sperry Raytheon Yoko Sperry Raytheon Sperry Yoko
Yoko
Yoko Tokimec Log Skipper
Skipper
Skipper
Skipper Skipper Consilium Skipper Furuno
JRC
JRC JRC VDR Avecs
Rutter
Avecs KH Consilium
Consilium Highlande Furuno
JRC
JRC
JRC Echosounder Skipper Skipper JMC Skipper Skipper Skipper Elac Furuno JRC JRC JRC MY/HF Thrane Thrane Thrane Thrane
Thrane Thrane Thrane Furuno
JRC
JRC JRC VHF Thrane
Thrane
Thrane Thrane
Thrane Thrane
Thrane
Furuno
JRC
JRC
JRC Inmarsat C Thrane Thrane Thrane Thrane Thrane Thrane Thrane Furuno JRC JRC JRC Inmarsat F Nera Nera Nera Nera Nera Nera Nera Nera JRC JRC JRC IBS per year 50 120 100 60 50 25 60 80 90 10 50 世界主要IBS制造商都是系统集成商，每家制造商都有各自最具特色的产品，其余产品则选购其它公司的产品（Original Equipment Manufacturer，OEM）。
SAM公司的IBS主要占领欧洲豪华游轮和大型船舶等高端市场，其最具特色的产品是Radar 1100，这是目前世界最好的雷达。Sperry公司的市场份额最大，其最具特色的产品是它的航行管理系统（V oyage Management System，VMS），由ECDIS、Conning和航行计划站组成。在综合船桥系统中，VMS是上层网络，是IBS的核心，是IBS的中心指令和显示装置，其功能包括显示航线、电子海图和指令信息等，它通过工业标准的局域网对VMS 的各子系统进行可靠的集成。Raytheon Anschutz公司的IBS也有较大市场，其最具特色的产品是它的罗经Standard 22和自动舵NP2035，是世界上最好的罗经和自动舵。而目前装船量较大的是Furuno公司和JRC公司的产品，因为它们的产品价格相对比较便宜，产品性
第6期郑荣才等：综合船桥系统综述665能比欧美厂商的IBS稍差，但也能满足SOLAS和各船级社的要求，得到很多船东的青睐。
从表1中数据可知，在IBS所包含的十三类主要产品中，没有一家IBS集成商能提供全部产品，在前六类最重要产品中，只有Raytheon Anschutz公司、Sperry Marine公司和Tokimec公司能提供，能提供产品最多的是JRC。在IBS每年的销售量上，Sperry Marine的市场占有率最高，为一年120套；其次为SAM，一年100套。
5 综合船桥系统市场前景
进入21世纪，造船量猛增，造船及相关行业发展空间巨大。船舶工业是技术密集型产业，科技创新是推动船舶工业持续、快速、健康发展的主要动力和根本保障。造船量的猛增同时也对IBS这类高技术设备提出了巨大的装船需求。
克拉克森船运评论与展望的统计资料表明：全世界接近90%的造船签约于亚洲的日本、韩国和中国船厂，到2007年末，我国造船业手持订单首次超过韩国，位居世界第一，船舶出口达50多个国家和地区。
按经验值推算，一般船舶配套设备价值占总船的50％，而导航与机舱自动化约占配套设备的30％。按2010年实现造船年销售收入1500亿元，按导航及驾控设备（IBS）约占6％计算，大约也有90亿元的收入；按国内配套10％，约有9亿的收入。按2015年实现造船年销售收入1800亿元，按IBS约占6％计算，大约也有108亿元的收入；按国内配套20％计算，约有21.6亿的收入。
综合船桥系统是船舶自动化的核心技术，研制开发综合船桥系统对提高我国船舶工业的综合实力和国际竞争力将起到至关重要的作用。综合考虑综合船桥系统产品的价格优势以及亚洲造船业务的迅猛发展势头，可以预测，综合船桥系统在国际商船市场（油船、集装箱船、散货船、科学考察船、远洋拖船、客渡船/滚装船、工程船、救捞船等）方面有非常大的市场空间，市场前景光明，经济效益巨大。
6 结 论
综合船桥系统是船舶配套的重要组成部分，船舶配套业发展水平是影响船舶工业综合实力的重要因素，我国船舶配套业的落后，严重制约着产业国际竞争力的提高。进入新世纪以来，随着造船业的快速发展，船舶配套业发展滞后（特别目前高科技船舶上安装的IBS几乎是全部依赖进口）的问题变得日益严峻和突出。我国目前尚未形成依据相关国际标准，以航行管理为主，对IBS的信息流程、系统功能、系统体系结构等方面的统一设计。主要差距表现在：缺乏符合人机工程的全系统一体化设计，没有实现对导航和报警信息的集中处理，不具备开放式的体系结构，无法根据船舶大小、类型和用途等进行不同的配置。
解决上述差距的根本途径在通过引进和消化国外先进的IBS技术，开展基于多功能台的综合船桥系统的体系结构、信息流程、接口技术以及人机工程等关键技术研究，进行综合船桥系统一体化设计，突破综合船桥系统的Conning、ECDIS、Radar等关键工作站的设计，开发出功能达到国际先进水平的综合船桥系统，实现国产综合船桥系统在高科技船舶领域零的突破。
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