光纤通信技术在船舶上的应用分析

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摘 要：在信息化全球发展背景下，光纤通信技术得到了越来越广泛的应用。在船舶工业中进行光纤通信技术的应用，能进一步推动船舶工业的发展。面对这一发展形势，光纤通信已经率先在国内一些高新船舶上得到了应用。本文对光纤在高新船舶上应用的情况展开分析，为光纤通信在船舶中的进一步推广应用提供参考。

关键词：光纤；船舶；应用

光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，已逐渐成为世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。受各种因素的影响，光纤通信目前只在少数船舶上得到了应用。从光纤通信在一些船舶上的应用实际情况来看，其拥有较多的应用优势，能够满足各种船舶通信标准要求，应用前景良好。

1 光纤通信的原理、特點及其应用

光纤通信是利用光导纤维进行信号传输的通信方式。采取光纤通信，可以将信号调制到频率较高的光波上进行传输，而光波需要利用光导纤维传输，因此被称之为光纤通信。在通信过程中，需要利用光端机进行多路信号的发送，这些信号经过调制，被转变为光信号，然后被输入到光导纤维中进行传输。光端机接收端在接收到广播信号后，利用解调装置将光信号还原为电信号，完成整个通信过程。

光纤通信与传统的电气通信相比，主要优点有：光纤通信传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、无中继传输距离远；线径细、重量轻、可绕性好、便于敷设和运输；原料为石英，环保且节约有色金属铜；绝缘、抗电磁干扰能力强；抗腐蚀能力和抗辐射能力强、泄露小、保密性强等，可在特殊环境或军事上使用，能适应高盐雾、潮湿的海洋环境。

光纤通信的应用领域广泛，用于全球通信网、各国的公共电信网，工业生产现场的监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、光纤局域网等。光纤通信在飞机、飞船、舰艇、矿井下及其他有腐蚀、有辐射的环境中也开始推广应用。

2 船舶光纤通信技术应用情况分析

2.1 船舶光纤及光纤通信设备的配套应用现状

船舶环境对配装的光纤通信系统在温度、霉菌、油雾、盐雾、倾斜和摇摆、振动、颠震、抗冲击、安全性等各方面提出特殊适用要求。

船用光缆是特种光缆的一大分支，是复杂、要求高的光缆品种之一，随着船载监视、控制及通信系统的迅速发展，用光缆替代电缆已显示出无可比拟的优越性。由于船用光缆的特殊性，要求光缆具有低毒性，低卤或无卤，低发烟，低酸气，阻燃，极端的工作温度和储存温度，严格的机械物理性能要求等。市场上拥有的光纤、光缆均能达到低温试验（-25℃，储存-30℃）、淋水试验（距离式样3m，用12.5喷嘴以100L/min的流量喷淋）、浸水试验（600kPa，12h。）等各种试验要求，并且能够超出一些国家组织的标准和试验要求，能够在船舶中得到应用。国内相关科研院所已经具备研制船用光缆的能力且性能已达到国外同类产品水平，填补了国内空白。

陆用光纤通信系统技术成熟，在科研投入方面，经济价值高的一些高新船舶针对船舶通信系统接入业务种类多、带宽要求高、传输速度快的要求，率先研制并装备了船用通信系统光纤环网设备，通过不断的更新换代，将先进的传输体制、综合管理网络及成熟的光纤技术有机结合，目前系统运行稳定可靠。在国内普通商船上，各种系统配置相对简单，数据处理传输速度要求不高，为了控制建造成本，光纤通信系统未能得到广泛应用。

2.2 船舶光纤及光纤通信设备的布置设计

目前，在船舶上应用的光纤主要用于进行视频监控、网络接入和邮件、文档等内容的传输。这些系统的终端设备在全船分布，处理传输数据量大。在应用光纤的船舶视频监控系统中，各视频采集点提供的数据将经过编码后接入最近或指定的网络单元，然后进入光分路器，经过局端设备被传输至控制中心或视频网，并得到显示[ 1 ]。此外，导航系统、生活娱乐系统等分系统也用到了光纤通信技术。下面简单介绍某船文化生活局域网在光纤通信方面的应用。

文化生活局域网，是为高级船员住舱和公共活动舱室提供可共享休闲娱乐资源的局域网。对于住舱数量少且布置集中的船舶，采用传统电气网络即可。当住舱多且分散在全船布置时，传统电气网络传输速率低，损耗大的问题即突显。采用传统的网线组建局域网时，计算机、打印机等网络终端设备通过网线接入附近网络机柜中的交换机，如图1所示。

局域网在远端住舱增设局域网计算机接口时，因网线自身长度接近或大于100米，信号衰减过大， ping包不正常，不能正常访问局域网。若采用光纤通信，在远端增加交换机，与网络机柜内交换机通过双光缆冗余连接，远端计算机就近与新增交换机采用网线连接，如图2所示。因光缆通信容量大，无中继传输距离远，该方案可行可靠。在实际工程中，也大大减少了铜质网线的使用，节省了成本。

目前，国内各大船舶设计院正积极筹备在高新船舶上建设大型平台管理网络。将机舱监测控制、通风加热控制、机械故障诊断及各损管信息、船舶综合驾驶台和船舶通信等全纳入大型平台管理网络进行集中管理和应用，如图3所示。

光纤通信系统可以为各业务、各系统信息接入、传输、交换提供高速稳定的平台。根据全船各系统设备布置情况，将光环网中的交换机等设备分布在全船布置，各分系统就近接入光环网中的交换机。

此外，实现信息共享后，各独立分系统还可以根据自身需要从网络上自由的读取时间和位置信息，不必再单独配置时统和定位设备。

2.3 船舶光纤及光纤通信设备的施工工艺

高新船舶舱室空间狭小，精密设备配装多。船舶上装配的电力电气设备和电缆产生大量电磁干扰信息，导致电缆通信及精密设备受到干扰。为了防止电磁干扰，各类电缆需严格按照电磁兼容施工工艺中规定的最小间距敷设，导致舱内环境拥挤混乱。相比传统的金属通信电缆，船用光缆由于其本身具有抗干扰特性，同时也不会干扰电缆通信和电子设备，船舶实际施工建造过程中，光缆通常按照低频信号电缆敷设，不必使用单独的敷设通道，与电力电缆、射频信号电缆、敏感电缆、强干扰电缆也可以共用导架。使用少量的光缆即可替代大量网线等信号电缆使用，可以明显地减小电缆导架数量和横截面积，使人行通道和舱室空间更加宽敞舒适。同时显著地减少船舶施工设计电缆放样工作量，节约了人力等建造成本。

另外，电缆重量大，不易弯曲，敷设难度大，且要求采用复杂的接地工艺，部分船用电缆还要求整根加穿金属防波套。而光缆重量轻，敷设工艺简单，无需接地，可以明显减少线缆敷设工作量。

在船舶上使用光纤，选择合适型号的光缆与接插件；按照光纤的防火分隔要求，在通用报警和具有较大失火危险的区域进行专门的船用耐火光纤的敷设，在无防火要求的区域进行普通阻燃型船用光纤的敷设；由于光纤容易受到损害，应严格按照敷设及保护要求进行敷设，避免牵引力过大，光纤过度弯曲或折损[ 2 ]；熟练掌握熔纤和冷接工艺。保证光纤使用效果，使光纤通信充分发挥作用。

光缆接线要求工作严谨细致，工艺规范，需由专业培训合格人员使用专业的仪器，在良好的现场施工环境下实施。目前，国内各大船厂均不具备光缆接线能力，表现在没有配备专业仪器工具、没有经过专业培训的光缆接线技术人员、没有光缆接线工艺，光纤熔纤和冷接工作都外包给国内同一家光缆企业，报价高昂。目前，船舶建造成本高企，如果船用光缆大规模使用，船厂必须主动改变现状，重视开展光缆施工工艺研究，优化现场管理，以提高船厂承制高新技术船舶的能力，执行船厂降本增益的经营策略，控制建造成本，同时也迎合了国家“光进铜退”的政策[ 3 ]。

3 光纤通信技术在船舶上的应用前景

3.1 船舶智能化需求

在大数据时代背景下，船舶智能化，建立岸海一体的智能信息服务体系已经成为当今船舶制造与航运领域发展的必然趋势。光纤通信系统通信容量大，性能稳定，传输速率大，扩容简单，上传下载相等，可以为船舶智能化大数据处理提供高速稳定的传输平台。

3.2 提高船舶安全系数需求

目前经济价值较高的船型，例如LNG，双相不锈钢化学品船等船舶通常会用于液化天然气、化学品和一些危险品的运输，对电气设备有着较高的防爆要求，船舶通常需要使用本质安全型电路或防爆电气设备。

使用光纤通信，可以获得更加稳定的通信信号，进而为船舶的安全驾驶提供保障。应用光纤，只需要进行光信号传输，所以光缆并不会像电缆一样出现发热等问题，是非常安全的电路。此外还可以使用光纤进行冷光源的传递，从而为船舶危险区域提供照明。同样的船型，率先使用光纤通信系统，提高船舶的安全系数，迎合了用户的需求，提高船厂在国际高端船舶订单投标中的竞争力。

3.3 光纤通信设备配套研发

近年来，造船业遭遇发展瓶颈，传统市场趋于饱和、中低端市场技术差异小，产能过剩；船厂面临成本高、附加值低、产品竞争力较弱的局面。包含船厂在内的整个航运业面临亏损。船厂要改变局面，承制高端船舶，需要在船舶设计制造中积极引进智能化系统设备。目前，各大航海设备公司竞相为高端船舶研制船舶智能化一人驾驶系统等，积极引进光纤通信技术。随着光纤通信系统在船舶上得到进一步推广使用，光纤通信设备采购成本也会大幅降低。

4 结论

通过分析可以得出，光纤通信技术已经率先在部分高新船舶上已经得到应用，并可以在大型油轮和客船上逐步进行光纤通信技术的推广。

为了将光纤通信在船舶应用中顺利推广，一方面高端船舶应紧跟岸海一体智能信息服务体系的建设，积极引进智能化系统设备；另一方面进一步加强对船舶应用的光通信器件、光纤通信设备的研究，并制定相应的产品检验规范，使光纤通信在船舶上应用的可靠性和方便性得到增强。

参考文献：

[1] 应胜，陶继林.光纤通信在船舶上的应用[J].中国船检，2015，09：102-104.

[2] 吴飞龙，徐杰，郑小莉，等.光纤传感技术在海底电缆监测中的研究及应用[J].电力信息与通信技术，2016，03：72-76.

[3] 焦燕.舰上光纤网络可用性评估与计算方法[J].舰船科学技术，2016，02：145-147.

作者简介：

王艷（1985-），女，湖北孝感人，本科，毕业于武汉理工大学，中级工程师，研究方向：船舶通信。