动态雷达显示系统的设计理念
李文愚1 徐国裕2 杨连富3
摘要
2018年1月6日 20点左右，隶属伊朗光辉海运有限公司的巴拿马籍油船「桑吉（M/T SANCHI）」轮与香港籍散货船「长峰水晶（M/V CF CRYSTAL）」轮在长江口以东约160海里处发生碰撞，导致「桑吉」轮全船失火，在持续闪爆燃烧8天后，「桑吉」轮向东南方的日本奄美大岛漂流了2.2公里，爆燃后下沉 。桑吉轮32名船员全部遇难。长峰水晶轮21名船员在碰撞后不久，即登艇下水并被附近的渔船救起，4天后，长峰水晶轮在救助拖轮的护航下，靠泊舟山港卸货。本文著重探讨动态雷达显示系统的设计。
关键词，桑吉轮，长峰水晶轮，雷达了望，图像式管理 ，动态雷达显示系统
- 1. 前言
２０１８年1月6号发生在长江口桑吉轮与厂长峰水晶轮的碰撞事件，造成32条人命的丧失， 航运界在付出这么惨痛的代价之后， 又学到了什么教训。各位可以参考 该事件的正式调查报告，基本上长峰水晶论是没有了望，根本就不知道有桑吉轮的存在， 其间穿插著该轮交接班的实务不好， 大副没有了望 ，三副也不会了望， 如果没有人看ARPA, 就没有能力 侦测海上目标。 所以花了这么多时间， 也是没办法及时 知道碰撞危机的存在。唯一有在了望的桑吉轮又是让路船， 却因为海面上的渔船太多， 弄错了大船在雷达上面的回机 ，换句话说 ，长峰水晶轮不会做目视聊望， 桑吉轮也不会做目视了望， 更糟糕的是桑吉轮 ，甚至也不会雷达了望。 所以即使碰撞危机， 非常的清楚明白，但是没有自动避碰雷达ARPA的帮助， 船副在驾驶台仍然是无法正确识别大型船只。大连海事的吴前校长，在上一届海峡两岸风险会议上面讲的很好，现在的船员有了雷达，就不会目视了望，有了自动避碰阿帕雷达，就不会雷达了望，有了AIS就不会做ARPA的了望 ，所以这就是人为因素里面所提到的，使用了新的航仪，却造成新式的航行危机，只是人们不自觉而已
如何做・雷达了望
雷达萤幕上测绘 最重要的工具有两个，一个是平行指标线Parallel Index(照片一磁控管雷达的左上角)，另外一个就是萤光色的蜡笔，用来做标注目标的回迹与时间，类似於航行时，需要确认本船的船位，与良好的定位间隔，在雷达上标注目标回迹的位置与时间，是属於我们古老优良船艺的一部分。可是各位先进，可以回忆一下，现在避碰雷达的旁边，是否还准备的有萤光色的蜡笔用来测绘? 答案是没有，所以蜡笔已经不见，而平行指标线已经被电子游标线所取代，电子游标线的数量厂商最多可能提供3条，那海面上的船只，只有三条吗？当然是绝对不够，那我们所需要的资料。如果不能用图像式的测绘来提供，ARPA厂商所提供给我们航行员的是什么?那就是萤幕右边的资料显示区,任何一个目标, 至少可以显示十几样东西，新进的船副看到这些资料显示，不免见猎心喜，觉得有一部ARPA，实在太好了(ARPA厂商也是同样幼稚)，可以把所有的资料通通都显示出来，可是他不知道，他已经进入了一个很大的危机之中。
这一个危机，就是数位化革命所带来的严重后果，人的大脑是没有处理数字的能力，任何的数字，在我们的脑海里面，都是一种强迫性的记忆。俗话说，歧路亡羊，对ARPA来说是最适切不过的，太多的数字显示，就像大多数的情形一样，人在面对无法处理的事情上面，最简单的回应，就是直接放弃。桑吉轮的碰撞事故就是最好的例子，桑吉轮三副没有核对来船CPA的数字，也没有核对船速的数字，右边的数字资料区，对他来讲，并不具意义，右边的数字资料区，是完全空白，他没有用ＡＲＰＡ去攫取任何目标。
ARPA的训练的错误: 不强调目标的识别
没有雷达目标识别的能力，就是表示没有接受过这一方面的训练，那为什么ARPA的训练不强调目标的识别,因为大家都相信只要有数位化的资料,所有的问题就会迎刃而解,事实上，数位资料，创造了更大的问题。对於现场操作的人来说，没有办法配合的东西，最直接的做法，就是把它放弃，这也是桑吉轮三副所采取很自然的反应，虽然这样的反应，危及了航行的安全，最后赔上自己的性命。（注一）
- 2. 动态雷达显示系统的设计理念
早期的航行员做雷达测绘是用黄色的蜡笔，把目标船的回迹，在雷达萤幕上，画岔做做标示，然后经过6分钟或10分钟后，再次观测目标船的回迹，是否与6分钟的回迹，在同一真方位或是罗经方位线上，这是沿用目视了望的原理与避碰规则的解读，罗经方位不变的目标，应视为有碰撞危机，这是迁就人的直觉反应与可用的工具。
最近新闻报导，日本的FURUNO电气与MOL 要装设扩增实境航行系统augmented reality (AR) navigation system在二十一条超大型油轮上，该系统结合扩增实境将来船的资讯，显示在ECDIS萤幕上,结合自动识别系统AIS与雷达回迹，真实影像系统的照相机，取得的真实系统显示在电子海图显示资料系统的萤幕上。见图。这是一个错误的设计，他把原来ARPA的缺点,原封不动的搬到电子海图的系统上,将来它的实用性，也是会受人质疑，再加上如果能见度不行，不好的时候，无法取得现场影像资料，对目标资料的运算，还是得依靠雷达回迹来做运算，取得资料也是数字化的资料，就像图上的显示，每个目标下面，都带著一个资料包，不仔细看用心记，就是废物，最终的命运，就跟ARPA 一样,会为人废弃。
动态雷达显示系统的设计理念，与目视了望是一样，主要是以图像的解读，来达成是否有碰撞危机的直觉反应，其优点在狭窄水域更是充分体现，这是笔者在船员训练中心，让资深海员反覆操作，所得到的结论。使用雷达了望，首先需要先了解，船只发生碰撞的先决条件，碰撞的发生是“两个目标在同一个时间，到达同一个地点”（详见笔者"近接避碰”一书，注二），同时同地缺一不可，如何在雷达萤幕上得知，这两个条件是否同时满足，可以由这两条船的航向航速向量线Speed Vector 来观测。航向航速的向量线的来源，是由本船收到的雷达回迹，由ARPA测绘而得， 或是接受它船所发射的AIS信息, 由ARPA直接显示而得。雷达回迹的解读与识别，在天侯不良的时候，需要特殊的注意，AIS的信息，则有不受风霜雪雨影响，提供稳定显示的特性，其缺点是被太多渔具渔标所滥用，彷佛以前的雷达反射器一般，满海面都是，船只不论转向何方，AIS信号都是毫无虚席，其解决的方案，可以用AIS信息的频率，由港口国管制来解决。
两船的航向航速向量线如果有交点（碰撞地点），就有碰撞危机，至於是否有碰撞，还要知道两船是否同时到达此一碰撞地点（碰撞时点）？如果两条船的向量线有了交点，也就有了碰撞地点，是否发生碰撞，就看这两条船到达这个碰撞地点的时间（碰撞时点），是否相同？
这两条船必须在同一个时间（碰撞时点相同），到达这一个碰撞地点（碰撞地点相同），如果不是同时到达碰撞地点（碰撞时点不同），虽然有向量线的交点（碰撞地点相同），也不会有碰撞的发生。见图示，本轮有三个碰撞危机，但是只有碰撞点为红色的船，因为到达时间接近，才是真正有危险的船只。才是真正有危险的船只。
由於船只的体积庞大，往往达到300多公尺的长度，与船只回转所受到流体力学的限制，有可能两条船通过碰撞地点的时间，相差3分钟以上，仍然造成碰撞。因为船的转向，都是需要3分钟的时间才能够完成，有了这3分钟的时间差，这两条船才有可能，操舵转向，离开原来的碰撞地点，或是减车让本船延后三分钟，到达碰撞地点，以避免发生碰撞。
- 3. 结语
最后我想要谈谈船只的运动向量线，也就是航向航速的向量线，跟碰撞危机的相对关系。我们可以用下图６分钟的的航向航速的向量线来做一个解释，船只的运动向量线，可以设定为3分钟6分钟或9分钟的长度 ，在下图电子海图萤幕上面，就是６分钟的运动向量线的长度，配合使用ＡＩＳ资料，提供了比雷达萤幕更清楚的显示。我们可以看到本船红色向量线，在６分钟的虚线长度内，没有与任何船只互相接触，表示船只未来６分钟的预测位置，没有任何碰撞危机。没有碰撞危机的前提，是船只保持原来的航向航速，本轮此时航向是104度，航速是14.5节，然而过了5分钟以后，本轮由105度转到133度，这时与另外一条OOCL上海轮的速度向量线相交，产生碰撞地点，碰撞时间也是将近同时到达，所以这就是很明显的碰撞危机。
这些速度向量的显示，由现有的电子海图系统上，都是立即可见的，对於判断碰撞危机，事实上，是提供了很大的帮助。可惜业界与学界，都没有这样子的认识，所以航行员在驾驶台避碰的时候，往往是凭的感觉在做事，不具备做出判断所需要的正确知识，这就是笔者在大力提倡，近接避碰的原因。当然我们说要设计，新的动态雷达显示系统，本轮的速度向量要能够自动计算碰撞危机，可以做到下列运算，自动显示。
1. 依照船长要求，设定多少碰撞时间差的安全系数，产生自动音响警报，自动闪烁目标船的运动向量线，或是改变目标船运动向量线的颜色等，以提醒当值船副的注意，而不是像现在，要主动用我们眼睛去发现，是否有碰撞危险。
2. 动态雷达显示，可以使用不同大小的船只符号，以显示AIS所传送的船只大小与船型，如果可以，应该与电子海图使用相同的比例尺大小，让避碰时，可以如目视一般，立刻知道，本轮避让的航向，是否可以全部清爽，不致碰撞。
3. 现在阿帕碰撞警报的设计，自动警报往往依靠的是CPA的大小，这是牵就於古老雷达测绘的理念，早就被认为不切实际不好用，因为只有最近点（最近地点），没有对何时最近（最近时点），做一运算，依照上述船只的运动向量线，可以提供更准确的碰撞警报与直觉。
4。显示碰撞地点的移动趋势，由本轮运动向量线上的碰撞点，是往本轮船尾方向移动（本轮先到碰撞地点），还是往本轮的船头方向移动（他轮先到碰撞地点），如此两条船相互运动的态势，明显可以由视觉来判断。
5. 碰撞点的红绿灯显示，也就是通过碰撞地点的碰撞时间点，相差3分钟以上的为绿色，相差在是3分钟以内的是红色。时间差要相差多少分钟，可以由船长来决定，以确保船长的安全需求，可以达成。
6. 导航标志，浮标，分道线等在雷达萤幕上，以适当的符号代表，减少雷达回迹识别的工作，在雷达幕上，可以一目了然。事实上，雷达萤幕上，应该舍弃过时的回迹显示，直接使用符号代替，避免回迹重叠无法显示的先天不良。
7.图像化显示，本轮预定采取的避碰措施，是否可以立即碰避免撞的发生，与是否会造成新目标的碰撞危机产生。
其他功能应待开发时，再加以补足，笔者已经用多年经验的总结，做了相当的研究，准备申请专利，可以参见下列图示。全文完
上图是红色虚线代表本轮的航向航速，该向量线的长度为6分钟，在未来的6分钟时间，本轮没有任何的碰撞危机，
由图上可见，本轮航速不变，航向由105度转到133度，此时与右前方的OOCL上海轮的速度向量线有交点（碰撞地点），这就说明了6分钟以后（碰撞时点），本轮与OOCL上海轮会发生碰撞。至於其他船只无向量线交点，则没有没有碰撞危机。这两个图型是说明动态避碰显示的原理。
由此图可见，对忽隐忽现的RACON浮标,直接加上粉红色符号标示。本船原来的航向105度，与右前方的船只有碰撞危机。有危险的目标船运动向量线自动变为红色，以引起驾驶员的注意。碰撞的地点，则以红点显示，本轮预定转向至120度的方向，应该设计为手动转钮，用手转动后，可以产生一条绿色的虚线，用以显示这个预定的航向，是否会它船产生新的交点，也就是会不会有新的碰撞危机。
注1 : 由桑吉轮碰撞事故探讨雷达了望的程序（2018海峡两岸第六届海事风险评估与管理研讨会论文）。
注2 : 近接避碰: 作者 李文愚 2017年 中华民国船长公会发行
注3 : 。