船舶应用光纤的可行性

    刘德洪

    1光纤介绍

    光纤的应用发展异常迅猛。据不完全统计，目前全球的光纤年需求量不下1亿芯km， 2007年为1.2亿芯km，并且每年还在以全球平均5%，发展中国家平均10%的速度增长。特别是高清有线电视的普及和3G技术的推广，使得全球铺设光缆的工作异常繁忙，截至2007年10月，欧洲的3G普及率达到10%。光纤到户（FTTH）工作也在迅速开展，目前，欧美、非洲和中东等地区正大规模进行光缆铺设工作。可以预测，2009年全球光纤消耗量应接近2亿。2007年11月，中国网通发布信息称，将投资150亿元实现在北方10个省区大中城市实施FTTH项目。

    光纤在各个领域的应用十分广泛，陆上通信、跨洋通信及航空业等都在推广使用光纤。然而，光纤在船舶上的应用还远未得到很好的发展。目前，光纤仅在科学考察船和军用舰船上少量使用，商用船舶的使用基本空白。因此，为尽快提高船舶科技水平，确保航行安全，提升航运经济效率和船员文化生活质量，节约材料，降低船舶建造成本，有必要在船舶上大力推广光纤的应用。

    2船舶应用光纤的可行性分析

    2.1光纤在通信方面应用的优点

    光通信比起电缆通信有许多优点：

    （1）通信容量大。理论上，一根头发丝粗细的光纤可以同时传输亿路语音，实际应用可达24万路。一根光缆含有几十甚至上百根光纤（如96芯光缆），如考虑复用技术的应用，其通信容量之大是惊人的。

    （2）抗干扰性强。光信号在传输时仅在纤芯内部进行，不同光纤芯线之间几乎不会相互串扰。光纤通信不受电磁干扰，耐腐蚀，可挠性强。例如，中国长飞光纤光缆有限公司生产的光纤包层直径为125 m，光纤弯曲半径为15 mm时，其弯曲附加损耗小于0.05 dB，完全满足甚至优于ITU-T推荐的技术规范；在光纤弯曲不小于25 mm时，其弯曲衰耗可忽略不计。抗干扰、带宽大等特点适于数字通信方式。

    （3）体积小，重量轻，便于施工和维护。这些优点非常适于在舰船上应用。

    （4）节约大量金属材料。据推算，使用 km光缆可节约150 t铜和500 t铝（或铅），而我国制造光纤的二氧化硅材料非常丰富。

    （5）成本低，价格便宜。光纤的成本比铜缆低很多。普通双绞3号铜缆的价格为0.5元/（芯m），5号铜缆为1.3元/（芯m），铜价为8万元/t，且每年以30%~60%的速度持续涨价。光缆的价格为80元/（芯km）， 相当于0.08元/m。目前，每芯光纤的价格仅为3号铜缆双绞线的1/3，5号线铜缆的1/8。

    除上述几方面外，光通信还有其他一些优点，如通信距离长、传输损耗小等。当然，光通信也有其不足的地方。如不易直接将光放大，分路耦合不方便，耐高温性差，弯曲半径不能太小等。 但是，随着光通信技术的快速发展，这些问题都将得到解决。此外，还有设备价格问题，如耦合器的使用量较多会带来系统安装成本的上升，但随着光通信事业的不断发展，特别是FTTH的发展，这些元器件将会被大批量生产，届时价格会更便宜，使用也会更方便。

    2.2光纤产量丰富，使用技术成熟

    目前，国际上光纤产品技术非常成熟，如我国长飞光纤光缆有限公司就可以生产出近40种光缆，并已经广泛应用于陆上和部分海上通信，产品性能适应于陆上、海上、民用和军用需要，完全可满足船舶应用需要。我国是生产光纤光缆的大国，长飞光纤光缆有限公司的光纤产量居全球第2位，光缆产量居全球第5位，占国际市场40%的份额，是我国唯一能够生产预制棒的企业。目前该公司正在试验大尺寸的预制棒，如果试验成功，仅1根200 mm×的预制棒可连续拉出长达 km的光纤。

    目前，光纤的使用技术成熟，在局域网、城域网和PON，EPON，GPON，GEPON，FTTH，FTTB等方面均已得到广泛应用。

    2.3船舶应用光通信材料的可行性

    按照IMO以及相应船旗国政府要求，船舶设备（包括船舶通信设备）都需要进行检验，合格后方能发放相应证书。目前，各国船舶检验机构主要按照IEC 60945及其所引证的IMO大会A.694(17)决议《海上航行与无线电通信设备和系统试验方法及试验结果要求》对无线电产品进行检验。

    目前，市场上许多种类的光纤、光缆均可以达到使用要求，甚至超出其他一些国际组织的标准和试验要求，包括瑞士通用公证行（SGS）有关环保方面的要求以及UL 1581对电缆线和软线试验的参考标准等。因此，光通信材料和设备在船上应用完全可行。

    3光纤在船舶领域应用的必要性

    （1）船舶数量大，应用光通信前景广阔。40年来，全球船舶运营量发展非常迅速，2003年达到25万亿tkm。就国际贸易运输船舶而言，截至2005年1月，全球登记贸易船舶总数为艘，总计总吨。仅2007年，全球新造船订单接近艘。近年来，全球船舶运输量每年都以7.8%左右的速度增长。随着发展中国家高速公路的建设，大大拉近内陆与沿海的距离，促进船舶工业大发展。此外，由于能源的逐渐紧缺和船舶运输的节能特点，进一步促进船舶运输业发展。截至2008年底，我国国际航行船舶达艘，全国船舶登记数量为25万艘，其中海船2万艘。可见，在船舶领域推广使用光通信前途光明。

    （2）现代化船舶对通信系统的依赖性不断增加。

    ①船舶航行安全和经济航运系统，包括客船船长决策支持系统所需要的信息采集、传输和响应所要求的报警信号的采集与传输等。虽然对这些系统所提出的部分信号检测与采集属于非强制性要求，但对于国际航行船舶来说，如果船舶不符合这些建议要求，在接受港口国检查时很可能由此引起船舶被滞留。

    ②目前，国际航运界正在研究开发驾驶台综合导航系统（IBS）。IBS是集成船舶信息探测和信息操作并能进行集中控制的综合系统，包括航路执行、航行安全、通信、机舱控制和保安信息等。虽然目前还没有专门的IBS设计标准， 且IBS对船舶来说也是非强制性的，但各船级社已经为船舶提供选择性的船级符号，这些船级符号表示该船舶配备了支持单人操纵的IBS。

    ③通过海事卫星对船舶进行陆上控制，包括对航行状态的控制、船舶故障的远程诊断和故障排除等，也需要大量的船舶与陆地间数据和图像的信息交换。

    ④船舶监测和报警信号不断增多。如国际社会要求客滚船安装前后舱门、水密门开关状态的监测设备；海上劫持事件的多发及其影响的加大迫使航运界在船舶前后甲板、船中等部位安装监视和报警装置。

    ⑤对于油船，利用光纤传输冷光源代替防爆灯对船舱进行照明，可以减少防爆灯因为电线漏电或灯泡损坏而使油船起火爆炸的危险。

    ⑥光纤应用是船上文化生活建设的需要。为提高船员和旅客的文化生活质量，可以为船员和旅客提供Internet和CATV服务。

    4舰船的光纤应用情况

    现有资料表明，除少量科学考察船、军舰和水上居住船艇已经应用光纤外，商船上应用光纤通信几乎空白。

    我国的科学考察船已经利用光纤作为船舶驾驶台和机舱的信号检测传输媒介，这为船舶应用光通信技术提供了很好的例证，要传输大量信号必须使用光缆。

    一些船舶已经对部署以光纤为信道的EPON网络进行研究，并得到实际应用，主要用于提供视频监控、互联网、文档、邮件及数据库等服务。

    另外，可以通过船载卫星信号接收装置将卫星信号输入局端设备，进而通过光分路器（若干）分别进入若干个网络单元（ONU），每个ONU再为若干部电视机、电话或电脑服务。

    除上述监控系统和卫星网络系统外，邮件、论坛、网站、文件系统，电话业务系统和VOD视频点播系统等都可应用光纤技术。在实际应用上，这些系统可以整合成EPON服务部署。由于光通信系统元器件体积很小，整个中央处理器的体积仅有密码箱那么大，方便船舶安装使用。

    在欧洲的阿姆斯特丹等港口城市，已经有一些水上居住船艇布置了光通信系统，其主要基于FTTH概念，当船舶靠岸时用来与城市的高速网络（City Net）相连接。

    5结论与建议

    鉴于光纤的应用有诸如成本低、维护简单、易扩展和兼容性好、安全性强、抗干扰及保密性强等优点，在全球多个领域全面推广应用光学技术的今天，作为科学技术领先的船舶工业，在光学发展和应用方面也应该跟上时代步伐。光纤在船舶上应用不但会降低船舶建造成本，还可减少污染，节约大量金属材料。研究表明，在安全和使用性能方面，光通信材料和设备完全可以满足各方面的标准和要求。在对船舶信号源的监测传输和处理要求不断增加的今天，只有利用光通信技术，才能更好地达到这些要求，从而确保船舶安全航行和经济运营。此外，为提高船员和旅客的文化生活水平，也有必要在船上部署卫星通信和互联网等系统。因此，光纤在船舶领域的应用是必要和可行的。建议：

    （1）大型客船和集装箱船率先安装光纤系统，逐步实现所有国际运输船舶采用光通信技术。

    （2）光通信运营商在建设陆上基站时，应考虑将基站建到港口地区，并且在实施FTTH工程时，对客运码头和大型集装箱码头实施光纤到泊位（FTTB）工程，便于船舶在靠港时与该城市的网络连接。

    （3）进一步组织力量，对已经部署光通信的现有船舶使用情况及恶劣气候条件下光通信接口的状况进行可靠性调查，以便提出改进措施。

    （4）进一步研究适于船舶应用的光通信器件，特别是在使用方便性和可靠性方面进行深入的调查研究。

    （作者系交通运输部海事局原副局长、第9和第10届全国政协委员）