淺談艦船模擬機之電子航儀

懒猴航海

淺談艦船模擬機之電子航儀

劉志強

壹、前言

「航海」乃船舶海上航行之簡稱，有如飛機飛行稱之為航空，可知「航行」（Navigation）一語，廣泛地應用，實包含太空、空中、水面以及水下等之航行，係指導引運動體由甲地至乙地之運動方法。運動體為船舶，在海上航行，則稱之為船舶航海。

早期之船舶航海，係以天文航海為主，電子航海為輔。如今由於科技的發展，衛星技術之進步，已逐漸改變以電子航海航技為主，傳統之天文航海則成為輔助技藝。

電子航儀可分為，由航儀本身能獨立自行操作，不仰賴外來訊號輔助，即能達成定位導航之操作，由此亦不易受到外界之干擾與限制。另一大類航儀，則為需藉外來訊號輔助，方能作定位導航操作之航行系統，亦即非自備式航行系統。(註一)

電子航儀之裝備，各海洋國家皆致力發展。雖然功能雷同，但裝備種類十分繁雜。本校於九十二年十二月由戰術組何可大教官建案成立艦船模擬教室，教育能量續由邱宗賢教官持續推動中。內有個人電腦可模擬電子海圖顯示及資訊系統（ECDIS）、全球海上遇險與安全系統(GMDSS)、Conning綜合顯示台及雷達/自動測繪雷達(Radar/ARPA)，以下逐一介紹各項裝備。

貳、電子海圖顯示及資訊系統(Electronic Chart Display and Information System－ECDIS)：(註二)

一、電子海圖（ElectronicNavigational Chart-ENC）之功能係取代紙張海圖以提供電子海圖顯示及資訊系統（ECDIS）中的電子海圖資料庫（ElectronicNavigational Chart Database-ENCD）。電子海圖顯示及資訊系統（ECDIS）為一整合性之系統，包括有電子海圖顯示系統、定位系統、雷達避碰系統、通訊系統、安全裝置、自動舵裝置及其航儀之資訊系統，各國所研發系統皆需符合此一國際標準，以確保船舶海上航行之安全。

二、國際海事組織(InternationMaritime Organization英文縮寫為IMO)的海事安全委員會（Maritime Safety Committee-MSC）於一九九五年十一月通過將電子海圖（ElectronicNavigational Chart-ENC）列為船上所需具備之主要航儀，並將此要求列入海上人命安全國際公約條文中（SOLAS），另國際海事組織（IMO）亦要求各海洋國家應儘速製作國際標準的電子海圖資料，以供海上航泊運輸及電子海圖顯示與資訊系統之使用。國際上對電子海圖資料格式規範應用，主要有兩種趨勢：

（一）為向量式(Vector)即目前已經國際組織確認採用之IHOS-57電子海圖交換資料組規範。此規範係於一九九一年八月IHO海道需求資訊系統委員會（IHO Committee on HydrographicRequirements for Information Systems-CHRIS）所制定，經多次海上實務測試與驗證，目前已演進至第三版（一九九六年十一月所制定），支持國家多為國際海事組織與國際海道測量組織之會員國。向量電子海圖則以提供中大型船舶海上航泊使用為主流，未來輔以全球電子海圖資料庫（WorldwideElectronic Navigational Chart Data Base-WEND）之研建整合，將可提供完整之全球海上運輸安全體系。

（二）影像式(Raster)即以英國海道測量局與美國國家海洋及大氣總署所刊行之影像海圖（RasterNautical Chart）。一九九八年二月於摩洛哥國際海道測量局總部，海道測量組織之會員國研討有關電子（影像）海圖系統（Electronic ChartSystems-ECS）規範，會中同意將RCDS執行標準加作IMO執行標準之附錄中。美國及澳洲等國倡導之影像電子海圖(RASTER NAVIGATIONALCHART-RNC)，也於一九九八年十月經由海道需求資訊系統委員會（IHO Committee on Hydrographic Requirementsfor Information Systems-CHRIS）通過制定S-61(IHO Product Specification for RasterNavigational Charts-S61)影像電子海圖規範。影像海圖（RNC）為邁向向量電子海圖之過渡產品或為小型近岸游憩船舶使用。

三、本校電子海圖顯示及資訊系統(ECDIS)模擬機：

Ｃ-MAP為國際著名電子海圖公司，除目前全球航海人員使用外，亦為多數駕駛台模擬機之航海輔助裝備所使用，ECDIS海圖顯示台採CM-93Edition 3.0型式，提供國際標準S-57規格電子海圖，可結合GPS提供自動舵機並設定自動導航功能；可輸入10，000個目的地點、100組以上航程計畫及航跡點40，000點，與電子海圖顯示器連線作動態航跡模擬。(註三)

四、使用者組合介面主要系統視窗如下：(註四)

參、全球海上遇險與安全系統(Global Maritime Distress and Safety System英文縮寫為GMDSS)：

全球海上遇險與安全系統，係結合衛星通訊及緊急無線電指位信標(EPIRB)與雷達詢答機(SART)等海上搜索與救助設備之使用，藉以保障船員生命安全。

一、衛星方面

（一）通訊衛星

國際海事衞星組織(Internation Maritime SatelliteOrganization英文縮寫為INMARSAT)：國際海事組織(IMO)為致力於建立世界統一之海陸通信系統，以擴大通訊範圍提高通訊品質，於一九八二年二月一日正式成立國際海事衛組織(INMARSAT)，總部設於英國倫敦，該組織發射三枚同步衞星，即分別服勤於印度洋上空之MCS-A衞星，太平洋上空之MARISAT衞星，以及大西洋上空之ＭARECS-A。海事衞星通訊就是地面電臺對空中衞星及空中衞星對地面電臺兩者間之交通。(註五)

（二）搜救衛星

COSPAS/SARSAT（ComsmicheskayaSystem Poiska Avariynych Sudov/Search And Rescue Satellite Aided Tracking）空間系統用來搜索遇險船舶/搜索和救援衛星輔助追蹤，此套系統為美國及蘇聯合作之搜索與救援系統。COSPAS/SARSAT協議組成一個國際性的衛星輔助搜索和救援系統，1980年後有許多海洋國家加入這個計畫，這個計畫施行的第一年，船舶僅設有VHF緊急位置無線電信。但是由於技術的提昇，使得這個設備可以被航空遇險頻率121.5MHZ和460MHZ遇險頻率所監控。(註六)

１.LEOSAR系統(地球低軌道搜救衛星系統)

２.GEOSAR系統(地球同步軌道搜救衛星系統)

二、緊急無線電指位信標(Emergency Position Indication Radio Beacon英文縮寫為EPIRB)：

國際海事組織（IMO）決定依據SOLAS會議，自1993年8月1日起COSPAS/SARSAT或INMARSAT-E自浮式EPIRB將強制裝於所有船舶上。在使用海事衞星通訊將遇難求救信號傳送；能自動發出遇難求救信號，透過衞星之特殊接收器，而將信號傳送至海上船隻或陸上搜救機構，使能及時找到船舶失事位置並加以施救。為使海上搜救容易，該標桿縱然遇難船舶沈沒時亦會自動浮於水面。使用時只要按下標桿上之紅色按鈕，不需人力操作即能自動地以1.6GHz之頻率向衛星發射求救信號，包括已設定之船名、船位、時間及遇難信文，衛星再以1.5GHz之頻率將信文傳送至地面電臺。(註七)

三、攜帶式收發機

攜帶式VHF收發機被設計為船舶遇險現場(短距離)通訊用合格的GMDSS收發機必需達到IMOA.605(15)決議案之標準。(救生艇筏專用雙向無線電話機功能需求及水密標準)這些強制船舶配置的VHF雙向無線電話，當不在作為船舶內部通訊使用時，須置於位在船橋上的充電基座內，使得VHF雙向無線電話機的電池隨時保持著滿載電量。如果VHF雙向無線電話機正作為船舶內部通訊使用時，則額外一組的緊急電池須置於位在船橋上的充電基座內，以隨時保持著滿載電量。

國際航行標誌管理協會(IALA)曾於90年代初期利用當時已獲可並且正在實施的全球海上遇險安全系統(GMDSS)提案，率先向國際海事組織(IMO)提議將自動的接收、發射器作為一個海上人命安全公約（SOLAS）規定的配備要求，並且建議採用海上VHF70頻道上用數字選擇性呼叫(DSC)方式來實施自動詢問和應答，從而獲取船舶信息。這種最早由英美提出並實施的數位選擇呼叫技術，是一種基於VHF/DSC技術開發而的技術，被為自動應答系統。其基本原理是在海上VHF70頻道上採用DSC方式自動發出詢問信息，接收到詢問信息的接收機根據詢問對方要求的頻道，將本艦的識別碼、船名、船位、航速、航向、吃水等信息自動傳送給詢問對方，這樣便實現了自動應答的功能。(註八)

四、雷達詢答機（Search AndRescue Radar Transponder英文縮寫為SART）：被設計為搜索和援救行動時，幫助救生艇筏顯現出其位置。SART以備便（STAND-BY）狀況下放置於一個移動式的開關盒內，並且當一個9GHz雷達(X-band或3公分雷達)訊問時，能夠自動的詢答。當被雷達驅動後，SART發射12個連串頻率信號，如得雷達幕上顯現出12個點線。這個點線自SART位置向外延伸8海浬以上，以明確的指示出救生筏所在位置。(註九)

五、本校GMDSS模擬機功能說明：(註十)

(一)GMDSS模擬操控台顯示幕

(二)模擬STR8400型攜帶式收發機：本校GMDSS因限於經費目前僅可模擬本裝備。

肆、Conning綜合顯示台：(註十一)

可提供Conning、艦船帶纜、艦船下錨、拖駁在船舶艏（艉）推頂拖拉、拖網捕漁作業及船舶自動識別系統等六種模式。

一、 CONNING模式

(一)船艏向（Heading）：任一瞬間一船隻所指之方向，或艏所指之方向。

(二)對地航向（Course Over theGround;COG）：對地航向指船隻在地球表面上實際所走軌跡之方向。

(三)計程儀（Log）:每小時海浬(節)。

(四)都卜勒計程儀(DOPPLER LOG):可以精確的測出船舶的速率及其行駛的距離。

(五)每分鐘轉數(Revolution PerMinute;RPM)：在機艙，主機主軸之轉數可提供一決定速率與距離之計算。

(六)左、右主引擎輸出功率（POWER）以百分比表示。

(七)可變螺距輸出功率(PITCH)以百分比表示。

(八)每秒鐘轉向的度數(°/S)。

           

二、艦船帶纜模式

(一)按下Fender放下碰墊

(二)按下Throw抛出纜繩，並顯示出纜繩長度，可以放鬆和收緊所帶纜繩。

三、 錨鍊模式

左、右前錨及後錨可藉由箭頭實施下錨作業，錨鍊長度為25公尺。

四、拖駁模式

(一)教師控制台必須在Control打開TugAssistant模式才可以作業

(二)可分佈六艘拖駁；拖駁可分別擺置正艏、右艏、左艏、左舯、右舯、右艉、左艉及正艉。

(三)拖駁馬力為慢速(SLOW)、中速（HALF）及全速(FULL)。

(四)取消拖駁設定（Dismiss）。

        

五、從事拖網漁業模式

可釋放兩側拖網的偏向（°）、長度（m）、張力（T）、左、右傾斜（°）及負載力量（%）。

六、船舶自動識別系統(AIS)模式：(註十二)

船舶自動識别系統(AutomaticIdentification System 英文縮寫AIS)。在海上VHF頻段，採用TDMA方式發射船舶靜態和動態數據，同時在這頻段接收它船發出的信息，顯示在雷達銀幕或電子海圖或液晶顯示幕上。基於數位選擇呼叫自動識別（DSC）的原理，採用VHF87B/88B頻道，經由AIS應答器實現船舶信息的自動交換，從而達到船舶的自動識別。

伍、雷達/自動測繪雷達(Radar/ARPA)：

第二次大戰一開始沒多久即席捲歐洲大陸的希特勒，曾下令在進攻英國本土之前進行徹底的轟炸作戰。為了正確引導轟炸機朝向英國本土的目標上空，德國發射導航支援用的電波束。英國相對的也發出和德國相同的電波，成功的引導德機往錯誤的方向飛行，使其在無人之地轟炸。德國發現之後改開發其他導航系統，英國也繼續開發別種欺瞞系統以相往來。在歐洲、太平洋戰場上，確立了第二次大戰勝負的電波武器－雷達，則是另一項新的技術。英國某雷波觀測所使用脈動電波進行電離層的觀測時發現，每當飛機通過會擾亂觀測值。這就是雷達之開始。英國於一九三五年左右試作第一部雷達，並沿著英法海峽部署了為數頗多名叫CH局的雷達，自開戰的前一年（一九三八年）開始運用。(註十三)

一、無線電偵察及測距(RadioDetection And Ranging 英文縮寫為RaDAR)。它是利用無線電脈波的回波原理（Pulse Echo Principle）把所偵察的目標顯示在顯示器上；並可以測量其方位和距離。把雷達裝設在船舶上，可以用來測定船位，及在惡劣天氣航行中，避免碰撞的危險。

二、自動測繪雷達(AutomaticRadar Plotting Aids簡稱為ARPA)與雷達最大的差異，則是把來自類比雷達的視頻信號，予以數位化處理與顯示，故又叫數位雷達。(註十四)

三、本校雷達/自動測繪雷達(Radar/ARPA)模擬裝備：(註十五)

(一)PPI顯示器：

(二)鍵盤功能：

陸、結論

台灣四周環海，西有台灣海峽，東有太平洋，南臨巴士海峽。港口方面北有基隆港，中有台中港，南有高雄港，東有花蓮港，皆是商用大港，近年來政府又致力於藍色公路，來往海上交通更為頻繁。我海軍長年擔任防衛海疆的任務，巡弋海上是我們的職責，然而本身的安全更是重要，海軍官校畢業的同學，除了修完在校的必、選修課程，更應勤於練習各項海上技藝及裝備，才能確保本身的安全，完成上級的各項使命。

參考資料：

註一：電子航海　熊雲嵐著　茂昌圖書有限公司

註二：國際標準電子海圖之研製　吳曙光著　海測資訊

註三：艦船模擬機系統教室簡介　邱宗賢　海軍軍季刊二十三卷一期

註四：艦船模擬避操控系統操作手冊（PS92004P110） 台灣電腦服務股份有限公司

註五：船舶通訊 蔡坤澄編著 幼獅文化事業公司

註六：海上求生與救援系統 郭福村

註七：同註五

註八、註九：同註六

註十、註十一：同註四

註十二：船舶自動識別系統AIS應用篇 章詩如 海運月刊

註十三：最尖端武器５電子戰力　孫杰譯　讀賣新聞社編

註十四：航海儀器　周奇、盧翰飛、廖中山、邱炳昭編著　幼獅文化事業公司

註十五：同註四