深圳國際郵輪母港建筑物對雷達站的影響及對策分析

◎姚澤棉 深圳港引航站

王群朋 廣州航海學院海運學院

深圳港作為我國水上運輸的主要港口，香港國際航運中心的補充，也是我國集裝箱運輸中轉中心。隨著經濟水平的發(fā)展，深、港、澳之間的貿易往來日益頻繁，經由蛇口客運港出境的旅客人數大量增加，其設施已不能滿足相關要求，在深圳市經濟迅猛發(fā)展的背景下，國際郵輪公司與蛇口工業(yè)區(qū)在蛇口港區(qū)共建了國際郵輪母港。

郵輪母港作為一座永久性建筑物，對蛇口雷達站和左炮臺雷達站產生一定的遮蔽影響。此影響直接導致航行于蛇口港區(qū)水域的船舶無法被雷達站的雷達探測到，加大了深圳海事局VTS對蛇口港區(qū)的船舶以及警戒區(qū)附近船舶航行過程的監(jiān)管難度。

蛇口雷達站位于深圳太子灣郵輪母港東北約900m處，其信號對于覆蓋水域內的通航組織、應急反應和搜尋救助起關鍵性作用，對提高附近航行船舶的通航效率及保障通航安全具有重要意義。左炮臺雷達站位于蛇口集裝箱碼頭北端的左炮臺山上，距離郵輪中心建筑2150m，站址高度110m。蛇口雷達站和左炮臺雷達站主要用于監(jiān)控深圳灣水域、蛇口港區(qū)及進出港航道、引航錨地、工作船錨地、深圳灣內東角頭、深圳灣大橋區(qū)等水域。

在深圳港西部港區(qū)水域有一個警戒區(qū)，之所以為警戒區(qū)，是因為此區(qū)域的交通流量大，船舶類型眾多，船舶大小不一，速度快慢不一，航向各不相同，有北上南下，有東進西出，交叉、追越各不相同，此處的通航安全，除了駕引人員的謹慎駕駛之外，水域的通航組織尤其重要，目前最有效、最權威通航組織，主要依靠深圳海事局的VTS。

深圳海事局VTS對管轄水域監(jiān)管的設備主要是海事雷達和AIS設備，海事雷達具有全天候觀測監(jiān)控水域船舶的功能和操作簡單的優(yōu)點，是對水域中沒有AIS的小型船艇實時監(jiān)控的唯一設備。

由于超大型船舶（10萬噸級及以上船舶）進出蛇口港區(qū)航行難度較大，深圳海事局VTS在通航組織方面的主要設備之一的雷達信號受到影響，通航組織難度增大，給進出蛇口港區(qū)的船舶尤其是被遮蔽區(qū)域的船舶帶來安全隱患，因此，有必要進行研究，探討可靠有效的監(jiān)管方案，從而提高通航組織效率，降低安全隱患。

為了清楚了解郵輪母港的建筑物對雷達站雷達信號的遮蔽影響范圍，本文在分析雷達的各項使用性能及影響這些使用性能因素的基礎上，綜合評估郵輪母港的建筑物對海事雷達站的影響，并針對郵輪母港建筑物對海事雷達站的影響問題提出相應的彌補方案，以期提高深圳港蛇口港區(qū)水域船舶的航行安全。

1.雷達使用性能及影響觀測因素

雷達的使用性能主要有最大探測距離、最大作用距離、最小作用距離、圖像距離與方位的分辨力、測量距離與方位的精度、抗雜波干擾能力、環(huán)境適應性和可靠性等。這些使用性能是雷達探測能力的標志。

1.1 最大探測距離

地球可近似看成一個圓球體，在考慮地球曲率、天線高度、物標高度及雷達電波傳播空間大氣折射影響時的雷達可能觀測的最大距離，稱為船用雷達的“最大探測距離”，又稱“極限探測距離”，以符號Rmax表示。

對于一個眼高h（m）的測者來說，在標準大氣折射條件下能輻射到的地平范圍即雷達地平DR，比幾何地平DG和光學地平DV都要大些：

如果考慮到物標高度，在標準大氣條件下，則船用雷達的最大探測距離Rmax（如圖1所示）應為：

圖1 雷達的最大探測距離9

式中，m表示雷達天線的高度（單位：m），n表示物標的高度（單位：m）。

上式計算出來的距離是理論值，實際上能否在雷達上看到物標，還和雷達技術參數、物標反射能力及傳播條件等多種因素有關。

1.2 最小作用距離

最小作用距離是指雷達能在顯示器屏幕上顯示并測定物標的最近距離，它表示雷達探測近物標的能力。在此距離以內的區(qū)域稱為雷達盲區(qū)，盲區(qū)中的物標，雷達觀測不到。盲區(qū)太大，不利于船舶霧天和夜間進出港及狹水道航行。

當雷達天線較低或物標較高，即物標始終處在天線波束照射內時，雷達最小作用距離Rmin1由下式決定：

式中，C＝3×108m/s (電波傳播速度)，τ表示發(fā)射脈沖寬度(μs)，tr表示收發(fā)開關實際恢復時間(約0.1μs～0.3μs)。

可見，τ越窄，tr越短，雷達最小作用距離越小，則雷達探測近距離物標的能力越好。當雷達天線較高或物標較低時，物標可能進入天線垂波束照射不到的區(qū)域，如圖2所示，圖中的“零發(fā)射線”是天線主瓣垂直波束下邊緣的切線。因為在半功率點以外的一定角度內，仍有可能探測到物標，所以用“零發(fā)射線”來計算Rmin要比用波束半功率點射線（圖中虛線所示）更符合實際。

圖2 最小作用距離示意圖

“零發(fā)射線”與海平面的夾角約等于天線垂直半功率點波束寬度θ0v，因此可用下式近似計算最小作用距離Rmin2：

式中，hA表示雷達天線高度(m)，θ0v表示天線垂直波束寬度。

可見，雷達天線越低垂直波束越寬，那么Rmin2越小，雷達探測近距離物標的性能越好。一般情況下，Rmin1和Rmin2是不相等的，應以較大者作為雷達最小作用距離Rmin。

1.3 影響雷達回波正常觀測的因素

（1）扇形陰影區(qū)。雷達波束在傳播路途中被船上的前桅、煙囪等高大構件或建筑物阻擋和吸收，致使雷達在這些遮蔽物體后面無法探測到其它物標，結果在熒光屏上對應的區(qū)域形成探測不到物標的扇形暗區(qū)，這種扇形暗區(qū)稱為雷達扇形陰影區(qū)。

（2）假回波。由于雷達技術上的某些缺陷和無線電波傳播的某些物理現象，在雷達觀測中，有時同一個目標在熒光屏上多處顯示，或顯示的回波并不是目標的真實位置，這種多余的、影響雷達正常觀測的回波，稱為假回波。

（3）旁瓣回波。由天線波束的旁瓣掃到近處強反射物標所產生的假回波，稱為“旁瓣回波”。旁瓣回波的距離與真回波相同，但方位不同，而且其強度比真回波弱得多，可適當減小增益或用“海浪抑制”加以減弱。

2.郵輪母港對雷達的影響綜合評估及安全保障

2.1 郵輪母港對海事雷達站的影響分析

（1）郵輪中心建筑的影響。郵輪中心最高點絕對高度（1956黃海高程）為67.5m，最低點絕對高度16.62 m。由于郵輪中心的部分絕對高度高于蛇口雷達站的絕對高度（30.1m），遮蔽水域最寬為1000m，長2100米，且遮蔽高度較高，所以對蛇口雷達站的影響較大?？拷]輪中心的水域，其遮蔽高度最高點比郵輪中心的最高點（67.5m）還要高，越遠離郵輪中心的水域，其遮蔽高度越大，研究水域內最大遮蔽高度可達140m。船舶在郵輪中心的遮蔽高度較高的水域內航行，雷達基本上探測不到，會形成監(jiān)控盲區(qū)。在三灣前沿水域形成兩束較大回波，兩束回波在郵輪中心形成的遮蔽范圍之內，容易造成存在大型船舶或水上建筑物的誤判，對船舶航行安全和船舶監(jiān)管造成較大影響。

（2）候船樓建筑的影響。侯船樓建筑絕對高度為20.3m，其高度相對郵輪中心建筑的高度較低，也低于蛇口雷達站的絕對高度（30.1m），所以對蛇口雷達站的影響相對較小。在靠近侯船樓的水域，其遮蔽高度低于侯船樓的高度，越遠離侯船樓的水域，其遮蔽高度越小，研究水域內可無遮蔽。但是較小船舶在靠近侯船樓水域航行時仍會被遮蔽，即使船舶高度高于遮蔽高度，但是雷達只能探測到船舶的部分船體，雷達回波會變小，容易造成把大船誤認為小船的誤判，同樣對船舶航行安全和船舶監(jiān)管造成影響。

（3）對附近航道和錨地的遮蔽影響。郵輪母港的建筑物對蛇口雷達站造成了遮蔽影響，其遮蔽水域涉及到附近的航道和錨地，對船舶進出港口和正常錨泊作業(yè)的安全監(jiān)管造成影響。

從圖3中可以看出，遮蔽水域影響到了蛇口航道、高速客船專用航道及蛇口港區(qū)的貨船泊位和22萬GT郵輪泊位。這容易造成在航道中航行的船舶雷達回波突然消失，安全監(jiān)管無法實施，船舶跟蹤丟失或誤跟蹤等一系列問題。進港靠泊的船舶，海事部門無法獲取其雷達回波，對船舶實時位置和靠泊進度無法做到及時掌握和管控，不利于港區(qū)進出港的通航組織，對靠離泊作業(yè)和進出港航行造成安全隱患。

圖3 蛇口雷達站遮蔽水域與附近航道、錨地的位置關系

綜上所述，郵輪母港的建筑物對蛇口雷達站造成的遮蔽區(qū)域影響到了附近的重要航道和泊位，存在安全隱患，應采取相應的補救措施。

2.2 船舶安全保障方案

由于郵輪中心建筑和侯船樓建筑對海事雷達站監(jiān)管水域的船舶產生了遮蔽影響，形成了雷達的監(jiān)控盲區(qū)。而本文研究區(qū)域船舶流量較大，是海事監(jiān)管的重點監(jiān)管區(qū)域，通常需要雙雷達站進行覆蓋。為了保障遮蔽水域船舶的通航安全監(jiān)控，消除建筑物對海事雷達的遮擋影響，提高通航效率，本文提出以下的彌補方案。

（1）加強蛇口港區(qū)進出港船舶計劃的統籌安排。針對整個蛇口港區(qū)的運輸船舶，其進出港計劃應該統一由一個調度部門統籌安排，無論大型船舶還是小型船舶、自航船舶還是駁船拖帶、集裝箱船舶還是散雜貨船舶、散裝船還是郵輪，根據不同泊位和相應的時間間隔，科學、有序、合理安排靠離泊計劃，避免各個作業(yè)區(qū)各自為政，自行安排計劃，出現不同作業(yè)區(qū)的靠離泊計劃在通航方面有沖突，從源頭上初步做到有效的通航組織。

（2）通過船舶VHF動態(tài)報告與AIS相結合加強對遮蔽區(qū)域的通航組織。進出蛇口港區(qū)的運輸船舶，深圳VTS都是通過海事雷達和AIS信號實施雙重監(jiān)控，但在遮蔽區(qū)域內的運營船舶，只有AIS信號，缺少海事雷達實時監(jiān)控的優(yōu)勢，個別船舶的AIS信號時有誤差，VTS應通過加強船舶VHF的動態(tài)報告，結合AIS信號對此區(qū)域進行重點監(jiān)控，彌補雷達遮蔽區(qū)域范圍內對船舶實時監(jiān)控的缺失，緩解建筑物對海事雷達站的遮擋影響，有效組織船舶通航。

（3）加強海事巡邏艇的現場監(jiān)管。對于配備AIS和VHF的運輸船舶，深圳VTS在監(jiān)管、通航組織方面都容易實施，但是對于沒有AIS、VHF的小型船艇，即使海事雷達能實時監(jiān)控，也很難對其進行有效溝通和通航組織，所以根據實際情況加強海事巡邏艇進行現場監(jiān)管，是實施區(qū)域安全通航的最直接、最有效手段。

（4）增設海事雷達站監(jiān)控系統?？紤]對被遮蔽水域的覆蓋在合適地點增設一套海事雷達設備，并入深圳VTS系統，重點監(jiān)控被建筑物遮擋水域，和現有的海事雷達站設備共同監(jiān)控整個蛇口港區(qū)水域。增設海事雷達站，加強對建筑物的遮擋造成的蛇口雷達站和左炮臺雷達站覆蓋盲區(qū)的監(jiān)控，同時兼顧對深圳港西部銅鼓航道及附近水域的雷達覆蓋，保障轄區(qū)水域船舶航行安全，提高通航效率；建設深圳VTS西部技術容災中心，提高深圳VTS的系統穩(wěn)定性，最大限度的保障轄區(qū)水域船舶航行安全，也可依托新增海事雷達站。

雷達具有全天候觀測監(jiān)控水域船舶的功能和操作簡單的優(yōu)點，在對船舶的實時監(jiān)控和在能見度較低時的監(jiān)控質量上都有很好效果。

3.結束語

郵輪母港的建筑物對海事雷達站造成遮蔽影響，遮蔽區(qū)域涉及蛇口航道、港區(qū)及泊位的船舶，在缺乏有效監(jiān)管的情況下，將對船舶航行、靠離泊作業(yè)帶來安全隱患。采取有效的彌補措施和方案對蛇口港區(qū)進行監(jiān)管，一定程度上削弱郵輪母港建筑物對蛇口雷達站的遮蔽影響，但是精度和可靠性難以保障。長遠來看，建議相關部門采取增設VTS雷達站等措施，從而保障蛇口港區(qū)船舶的航行安全。