基于ECDIS的錨泊船安全監(jiān)控和預(yù)警技術(shù)研究

張建寶

摘 要：目前，錨泊船安全越來越受到關(guān)注，但現(xiàn)有的安全監(jiān)控技術(shù)落后，且不能提供預(yù)警，只有在發(fā)生走錨之后才能報警，不利于船舶安全。本文針對這種現(xiàn)狀，結(jié)合ECDIS，對錨泊船安全監(jiān)控和預(yù)警技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：ECDIS 錨泊船 安全監(jiān)控

1.引言

船舶無論在候潮、等泊、檢疫、避風(fēng)，還是在錨地裝卸作業(yè)，均需要在錨地錨泊。錨泊船在風(fēng)、浪、流等外力和錨鏈力的作用下，將產(chǎn)生圍繞錨泊點的周期性偏蕩運動。偏蕩運動使錨鏈水平方向增加了額外動力。這種額外的動力是船舶走錨的主要原因之一。走錨可能會導(dǎo)致斷鏈、碰撞、擱淺和溢油等事故，嚴(yán)重威脅船舶和港口的安全。

目前，在水上運輸領(lǐng)域，對在航船舶的航行動態(tài)（船位、航速、航向等）的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)以及安全信息服務(wù)技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟。但是，國內(nèi)外對錨泊船安全狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的研究還十分有限。無論是海上運輸領(lǐng)域還是內(nèi)河運輸領(lǐng)域，主要靠管理制度來規(guī)范錨泊作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，駕駛?cè)藛T依靠個人經(jīng)驗對錨泊船安全狀態(tài)進(jìn)行判斷，例如聽錨鏈聲，看錨鏈方向，利用岸上固定物標(biāo)測定錨位。此外，GPS具有錨位報警功能，但是，這些方法都是在船舶已經(jīng)走錨相當(dāng)距離后才能被發(fā)現(xiàn)的，可能由此耽誤采取措施的時機而釀成事故。因此，目前錨泊船安全監(jiān)測預(yù)警方面，缺乏相應(yīng)的技術(shù)保障手段，無法做到風(fēng)險預(yù)警和事前防范。此外，隨著航運業(yè)的發(fā)展，船舶噸位和數(shù)量不斷增大，各國港口明顯出現(xiàn)了泊位不足、錨地水域不夠等一系列問題，導(dǎo)致錨泊周期增長和錨地船舶密度增大。

船舶錨泊后，通常關(guān)閉主機。駕駛員一旦發(fā)現(xiàn)船舶走錨，需要一段時間開啟主機，使得船舶可操縱。在這段時間內(nèi)，船舶幾乎處于不可控狀態(tài)，極度危險。尤其對于滿載大型船舶或VLCC，由于載重量大，富余水深小，受流影響大，船舶操縱起來比較困難，一旦走錨，對人員、環(huán)境、港口、船舶的安全造成重大威脅，可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。如走錨造成擱淺、碰撞事故中發(fā)生溢油，將給港口環(huán)境帶來災(zāi)難性的破壞。通過分析由走錨引起的事故，發(fā)現(xiàn)最根本的問題是不能及時發(fā)現(xiàn)走錨，迅速采取有效措施所致。因此，無論是從船舶安全保障還是從港口環(huán)境保障的角度考慮，都急需對錨泊船安全狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)開展研究。ECIDS是綜合駕駛臺的核心，海圖顯示基礎(chǔ)對于錨泊監(jiān)控是十分必要的，因而，如何利用現(xiàn)有的ECDIS平臺來實現(xiàn)錨泊船監(jiān)控和預(yù)警是值得研究的。

2.研究現(xiàn)狀

關(guān)于錨泊船安全性問題一直是人們關(guān)注的重要課題。國內(nèi)外專家、學(xué)著進(jìn)行了大量的理論和實驗研究，取得了許多定性和定量的研究成果。參考文獻(xiàn)[1]提出了通過建立風(fēng)動力處理器、水動力處理器、波浪力處理器、錨泊力處理器和與報警處理器的方式實現(xiàn)錨泊船的實時動態(tài)監(jiān)測，并提出一種累計計算拖錨距離的方法對走錨進(jìn)行預(yù)測，即通過計算錨在沖擊性張力的作用下被拖動的距離，當(dāng)拖錨距離達(dá)到6倍錨長時，發(fā)出預(yù)報警。文獻(xiàn)[2]指出，無論任何原因引起的走錨，走錨前和走錨時錨鏈的受力是不一樣的。提出通過測定錨鏈的張力與錨的抓力進(jìn)行比較判斷走錨的方法。文獻(xiàn)[3]通過對錨泊船進(jìn)行受力分析和受力計算，應(yīng)用船舶操縱基本方程，建立了風(fēng)流浪等外力作用下，錨泊船在淺水、低速、大漂角中的運動方程。通過對船舶運動與錨鏈?zhǔn)芰板^鏈?zhǔn)芰εc錨抓力之間的關(guān)系進(jìn)行研究，提出了一般運輸船在設(shè)定的海況下進(jìn)行走錨預(yù)報的數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[4]分析了走錨的判斷方法，船位測量法，包括利用GPS測位法和雷達(dá)測位法，船舶運動觀察法，錨鏈?zhǔn)芰ε袛喾?。文獻(xiàn)[5]分析了偏蕩運動過程中最有可能發(fā)生走錨的位置，即當(dāng)船舶風(fēng)舷角達(dá)到最大時，船舶承受的干擾力最大，加之船舶自身運動的慣性力，錨鏈會受到較大的沖擊張力。文獻(xiàn)[6]通過分析船舶受力與船舶運動模型，開發(fā)了一套預(yù)報走錨的支持系統(tǒng)，包括模型估計系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)中，駕駛員通過查找船舶資料來對船舶模型進(jìn)行估計，并且將錨泊情況和外界環(huán)境情況輸入到仿真系統(tǒng)中對錨泊進(jìn)行監(jiān)測，其對走錨的預(yù)報原理基于錨鏈張力與錨抓力的比較。

3.主要問題

錨拋入海底之后，出鏈長度由臥底鏈長和懸鏈長組成，目前，在商船上，尚沒有辦法獲得兩部分的具體長度。臥底鏈長提供一部分錨力，對于保證錨泊安全十分重要，如何獲得臥底鏈?zhǔn)侵档醚芯康摹?/p>

目前的錨位是由駕駛員在錨拋入水時，記錄GPS船位獲得，但是，為使錨抓地，船舶在拖錨后退的過程中，錨會有一個移動的距離，如何準(zhǔn)確獲得最終錨的位置對于后續(xù)的錨泊監(jiān)控十分重要。

錨泊船的偏蕩運動（圖1）具有周期性，偏蕩運動具有特征參數(shù)。例如：偏蕩幅度、周期、角速度、錨鏈張力、錨鏈方位、船首方向。目前，駕駛員無法獲得大部分偏蕩特征參數(shù)，只能依靠經(jīng)驗估計。如何準(zhǔn)確實時獲取偏蕩運動參數(shù)是錨泊船安全監(jiān)控和預(yù)警的前提。

隨著捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了實時獲取船舶姿態(tài)數(shù)據(jù)。偏蕩運動中，船舶姿態(tài)直接影響船舶受風(fēng)、流和浪的影響，此外，在判斷船舶走錨的經(jīng)驗中，有這樣一條“如果偏蕩運動突然停止，船舶變成一舷受風(fēng)，且風(fēng)舷角在一段時間內(nèi)保持不變，則可斷定發(fā)生了走錨”，因此，分析偏蕩運動中船舶姿態(tài)的變化十分有意義。

如何將大量的數(shù)據(jù)提供給駕駛員使用將直接影響駕駛員的判斷。設(shè)計直觀的可視化界面是很必要的，ECDIS平臺是顯示界面的基礎(chǔ)。

4.問題解決思路

通過對主要問題的分析，得出以下解決思路：錨泊船安全監(jiān)控和預(yù)警的前提是準(zhǔn)確獲取偏蕩運動的特征參數(shù)，先分析各個參數(shù)獲取方法，傳統(tǒng)的錨泊監(jiān)控中將錨位手工繪制在紙質(zhì)海圖上，隔一段時間，駕駛員將GPS船位標(biāo)注在紙海圖上，查看錨位。ECDIS具有顯示海圖的功能，可在ECDIS上標(biāo)注錨位，通過錨位與實際船舶位置實時計算船舶與錨位之間距離，并繪制錨泊過程中，船舶軌跡，通過軌跡分析偏蕩周期等參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊林家楊佐昌，于洋. 船舶走錨預(yù)警系統(tǒng)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報.2005（2）.Vol.31，No.1：29-32.

[2]廖河樹，張曉敏.走錨預(yù)報方法的研究[J].集美大學(xué)學(xué)報.1996.1（1）：58-62.

[3]廖河樹，蔣維清，葉寶聰.走錨預(yù)報數(shù)學(xué)模型[J].中國航海.1995.1（36）：1-8.

[4]廖河樹.走錨的原因及判斷方法[J].天津航海.1997.2：2-3.

[5]孫大銘，洪碧光，李強，高孝日.單錨泊船舶走錨預(yù)警系統(tǒng)的研究[J].航海技術(shù).2010.5：1-4.

[6]Tadatsugi Okazaki，Yurie Hirai. Development of a Support System to Predict Dragging Anchor Phenomenon for Mariner[C]，the 2011.6th International Conference on System of Systems Engineering，Albuquerque，New Mexico，USA- June 27-30，2011：185-190.endprint