動態雷達顯示系統的設計理念
李文愚1 徐國裕2 楊連富3
摘要
2018年1月6日 20點左右，隸屬伊朗光輝海運有限公司的巴拿馬籍油船「桑吉（M/T SANCHI）」輪與香港籍散貨船「長峰水晶（M/V CF CRYSTAL）」輪在長江口以東約160海里處發生碰撞，導致「桑吉」輪全船失火，在持續閃爆燃燒8天後，「桑吉」輪向東南方的日本奄美大島漂流了2.2公里，爆燃後下沉 。桑吉輪32名船員全部遇難。長峰水晶輪21名船員在碰撞後不久，即登艇下水並被附近的漁船救起，4天後，長峰水晶輪在救助拖輪的護航下，靠泊舟山港卸貨。本文著重探討動態雷達顯示系統的設計。
關鍵詞，桑吉輪，長峰水晶輪，雷達瞭望，圖像式管理 ，動態雷達顯示系統
- 1. 前言
２０１８年1月6號發生在長江口桑吉輪與廠長峰水晶輪的碰撞事件，造成32條人命的喪失， 航運界在付出這麼慘痛的代價之後， 又學到了什麼教訓。各位可以參考 該事件的正式調查報告，基本上長峰水晶論是沒有瞭望，根本就不知道有桑吉輪的存在， 其間穿插著該輪交接班的實務不好， 大副沒有瞭望 ，三副也不會瞭望， 如果沒有人看ARPA, 就沒有能力 偵測海上目標。 所以花了這麼多時間， 也是沒辦法及時 知道碰撞危機的存在。唯一有在瞭望的桑吉輪又是讓路船， 卻因為海面上的漁船太多， 弄錯了大船在雷達上面的回機 ，換句話說 ，長峰水晶輪不會做目視聊望， 桑吉輪也不會做目視瞭望， 更糟糕的是桑吉輪 ，甚至也不會雷達瞭望。 所以即使碰撞危機， 非常的清楚明白，但是沒有自動避碰雷達ARPA的幫助， 船副在駕駛台仍然是無法正確識別大型船隻。大連海事的吳前校長，在上一屆海峽兩岸風險會議上面講的很好，現在的船員有了雷達，就不會目視瞭望，有了自動避碰阿帕雷達，就不會雷達瞭望，有了AIS就不會做ARPA的瞭望 ，所以這就是人為因素裡面所提到的，使用了新的航儀，卻造成新式的航行危機，只是人們不自覺而已
如何做·雷達瞭望
雷達螢幕上測繪 最重要的工具有兩個，一個是平行指標線Parallel Index(照片一磁控管雷達的左上角)，另外一個就是螢光色的蠟筆，用來做標註目標的回跡與時間，類似於航行時，需要確認本船的船位，與良好的定位間隔，在雷達上標註目標回跡的位置與時間，是屬於我們古老優良船藝的一部分。可是各位先進，可以回憶一下，現在避碰雷達的旁邊，是否還準備的有螢光色的蠟筆用來測繪? 答案是沒有，所以蠟筆已經不見，而平行指標線已經被電子游標線所取代，電子遊標線的數量廠商最多可能提供3條，那海面上的船隻，只有三條嗎？當然是絕對不夠，那我們所需要的資料。如果不能用圖像式的測繪來提供，ARPA廠商所提供給我們航行員的是什麼?那就是螢幕右邊的資料顯示區,任何一個目標, 至少可以顯示十幾樣東西，新進的船副看到這些資料顯示，不免見獵心喜，覺得有一部ARPA，實在太好了(ARPA廠商也是同樣幼稚)，可以把所有的資料通通都顯示出來，可是他不知道，他已經進入了一個很大的危機之中。
這一個危機，就是數位化革命所帶來的嚴重後果，人的大腦是沒有處理數字的能力，任何的數字，在我們的腦海裡面，都是一種強迫性的記憶。俗話說，歧路亡羊，對ARPA來說是最適切不過的，太多的數字顯示，就像大多數的情形一樣，人在面對無法處理的事情上面，最簡單的回應，就是直接放棄。桑吉輪的碰撞事故就是最好的例子，桑吉輪三副沒有核對來船CPA的數字，也沒有核對船速的數字，右邊的數字資料區，對他來講，並不具意義，右邊的數字資料區，是完全空白，他沒有用ＡＲＰＡ去攫取任何目標。
ARPA的訓練的錯誤: 不強調目標的識別
沒有雷達目標識別的能力，就是表示沒有接受過這一方面的訓練，那為什麼ARPA的訓練不強調目標的識別,因為大家都相信只要有數位化的資料,所有的問題就會迎刃而解,事實上，數位資料，創造了更大的問題。對於現場操作的人來說，沒有辦法配合的東西，最直接的做法，就是把它放棄，這也是桑吉輪三副所採取很自然的反應，雖然這樣的反應，危及了航行的安全，最後賠上自己的性命。（註一）
- 2. 動態雷達顯示系統的設計理念
早期的航行員做雷達測繪是用黃色的蠟筆，把目標船的回跡，在雷達螢幕上，畫岔做做標示，然後經過6分鐘或10分鐘後，再次觀測目標船的回跡，是否與6分鐘的回跡，在同一真方位或是羅經方位線上，這是沿用目視瞭望的原理與避碰規則的解讀，羅經方位不變的目標，應視為有碰撞危機，這是遷就人的直覺反應與可用的工具。
最近新聞報導，日本的FURUNO電氣與MOL 要裝設擴增實境航行系統augmented reality (AR) navigation system在二十一條超大型油輪上，該系統結合擴增實境將來船的資訊，顯示在ECDIS螢幕上,結合自動識別系統AIS與雷達回跡，真實影像系統的照相機，取得的真實系統顯示在電子海圖顯示資料系統的螢幕上。見圖。這是一個錯誤的設計，他把原來ARPA的缺點,原封不動的搬到電子海圖的系統上,將來它的實用性，也是會受人質疑，再加上如果能見度不行，不好的時候，無法取得現場影像資料，對目標資料的運算，還是得依靠雷達回跡來做運算，取得資料也是數字化的資料，就像圖上的顯示，每個目標下面，都帶著一個資料包，不仔細看用心記，就是廢物，最終的命運，就跟ARPA 一樣,會為人廢棄。
動態雷達顯示系統的設計理念，與目視瞭望是一樣，主要是以圖像的解讀，來達成是否有碰撞危機的直覺反應，其優點在狹窄水域更是充分體現，這是筆者在船員訓練中心，讓資深海員反覆操作，所得到的結論。使用雷達瞭望，首先需要先了解，船隻發生碰撞的先決條件，碰撞的發生是“兩個目標在同一個時間，到達同一個地點”（詳見筆者"近接避碰”一書，註二），同時同地缺一不可，如何在雷達螢幕上得知，這兩個條件是否同時滿足，可以由這兩條船的航向航速向量線Speed Vector 來觀測。航向航速的向量線的來源，是由本船收到的雷達回跡，由ARPA測繪而得， 或是接受它船所發射的AIS信息, 由ARPA直接顯示而得。雷達回跡的解讀與識別，在天侯不良的時候，需要特殊的注意，AIS的信息，則有不受風霜雪雨影響，提供穩定顯示的特性，其缺點是被太多漁具漁標所濫用，彷彿以前的雷達反射器一般，滿海面都是，船隻不論轉向何方，AIS信號都是毫無虛席，其解決的方案，可以用AIS信息的頻率，由港口國管制來解決。
兩船的航向航速向量線如果有交點（碰撞地點），就有碰撞危機，至於是否有碰撞，還要知道兩船是否同時到達此一碰撞地點（碰撞時點）？如果兩條船的向量線有了交點，也就有了碰撞地點，是否發生碰撞，就看這兩條船到達這個碰撞地點的時間（碰撞時點），是否相同？
這兩條船必須在同一個時間（碰撞時點相同），到達這一個碰撞地點（碰撞地點相同），如果不是同時到達碰撞地點（碰撞時點不同），雖然有向量線的交點（碰撞地點相同），也不會有碰撞的發生。見圖示，本輪有三個碰撞危機，但是只有碰撞點為紅色的船，因為到達時間接近，才是真正有危險的船隻。才是真正有危險的船隻。
由於船隻的體積龐大，往往達到300多公尺的長度，與船隻迴轉所受到流體力學的限制，有可能兩條船通過碰撞地點的時間，相差3分鐘以上，仍然造成碰撞。因為船的轉向，都是需要3分鐘的時間才能夠完成，有了這3分鐘的時間差，這兩條船才有可能，操舵轉向，離開原來的碰撞地點，或是減車讓本船延後三分鐘，到達碰撞地點，以避免發生碰撞。
- 3. 結語
最後我想要談談船隻的運動向量線，也就是航向航速的向量線，跟碰撞危機的相對關係。我們可以用下圖６分鐘的的航向航速的向量線來做一個解釋，船隻的運動向量線，可以設定為3分鐘6分鐘或9分鐘的長度 ，在下圖電子海圖螢幕上面，就是６分鐘的運動向量線的長度，配合使用ＡＩＳ資料，提供了比雷達螢幕更清楚的顯示。我們可以看到本船紅色向量線，在６分鐘的虛線長度內，沒有與任何船隻互相接觸，表示船隻未來６分鐘的預測位置，沒有任何碰撞危機。沒有碰撞危機的前提，是船隻保持原來的航向航速，本輪此時航向是104度，航速是14.5節，然而過了5分鐘以後，本輪由105度轉到133度，這時與另外一條OOCL上海輪的速度向量線相交，產生碰撞地點，碰撞時間也是將近同時到達，所以這就是很明顯的碰撞危機。
這些速度向量的顯示，由現有的電子海圖系統上，都是立即可見的，對於判斷碰撞危機，事實上，是提供了很大的幫助。可惜業界與學界，都沒有這樣子的認識，所以航行員在駕駛台避碰的時候，往往是憑的感覺在做事，不具備做出判斷所需要的正確知識，這就是筆者在大力提倡，近接避碰的原因。當然我們說要設計，新的動態雷達顯示系統，本輪的速度向量要能夠自動計算碰撞危機，可以做到下列運算，自動顯示。
1. 依照船長要求，設定多少碰撞時間差的安全係數，產生自動音響警報，自動閃爍目標船的運動向量線，或是改變目標船運動向量線的顏色等，以提醒當值船副的注意，而不是像現在，要主動用我們眼睛去發現，是否有碰撞危險。
2. 動態雷達顯示，可以使用不同大小的船隻符號，以顯示AIS所傳送的船隻大小與船型，如果可以，應該與電子海圖使用相同的比例尺大小，讓避碰時，可以如目視一般，立刻知道，本輪避讓的航向，是否可以全部清爽，不致碰撞。
3. 現在阿帕碰撞警報的設計，自動警報往往依靠的是CPA的大小，這是牽就於古老雷達測繪的理念，早就被認為不切實際不好用，因為只有最近點（最近地點），沒有對何時最近（最近時點），做一運算，依照上述船隻的運動向量線，可以提供更準確的碰撞警報與直覺。
4。顯示碰撞地點的移動趨勢，由本輪運動向量線上的碰撞點，是往本輪船尾方向移動（本輪先到碰撞地點），還是往本輪的船頭方向移動（他輪先到碰撞地點），如此兩條船相互運動的態勢，明顯可以由視覺來判斷。
5. 碰撞點的紅綠燈顯示，也就是通過碰撞地點的碰撞時間點，相差3分鐘以上的為綠色，相差在是3分鐘以內的是紅色。時間差要相差多少分鐘，可以由船長來決定，以確保船長的安全需求，可以達成。
6. 導航標誌，浮標，分道線等在雷達螢幕上，以適當的符號代表，減少雷達回跡識別的工作，在雷達幕上，可以一目了然。事實上，雷達螢幕上，應該捨棄過時的回跡顯示，直接使用符號代替，避免回跡重疊無法顯示的先天不良。
7.圖像化顯示，本輪預定採取的避碰措施，是否可以立即碰避免撞的發生，與是否會造成新目標的碰撞危機產生。
其他功能應待開發時，再加以補足，筆者已經用多年經驗的總結，做了相當的研究，準備申請專利，可以參見下列圖示。全文完
上圖是紅色虛線代表本輪的航向航速，該向量線的長度為6分鐘，在未來的6分鐘時間，本輪沒有任何的碰撞危機，
由圖上可見，本輪航速不變，航向由105度轉到133度，此時與右前方的OOCL上海輪的速度向量線有交點（碰撞地點），這就說明了6分鐘以後（碰撞時點），本輪與OOCL上海輪會發生碰撞。至於其他船隻無向量線交點，則沒有沒有碰撞危機。這兩個圖型是說明動態避碰顯示的原理。
由此圖可見，對忽隱忽現的RACON浮標,直接加上粉紅色符號標示。本船原來的航向105度，與右前方的船隻有碰撞危機。有危險的目標船運動向量線自動變為紅色，以引起駕駛員的注意。碰撞的地點，則以紅點顯示，本輪預定轉向至120度的方向，應該設計為手動轉鈕，用手轉動後，可以產生一條綠色的虛線，用以顯示這個預定的航向，是否會它船產生新的交點，也就是會不會有新的碰撞危機。
註1 : 由桑吉輪碰撞事故探討雷達瞭望的程序（2018海峽兩岸第六屆海事風險評估與管理研討會論文）。
註2 : 近接避碰: 作者 李文愚 2017年 中華民國船長公會發行
註3 : 。