基于ECDIS的錨泊船安全監控和預警技術研究

張建寶

摘 要：目前，錨泊船安全越來越受到關注，但現有的安全監控技術落后，且不能提供預警，只有在發生走錨之后才能報警，不利于船舶安全。本文針對這種現狀，結合ECDIS，對錨泊船安全監控和預警技術進行研究。

關鍵詞：ECDIS 錨泊船 安全監控

1.引言

船舶無論在候潮、等泊、檢疫、避風，還是在錨地裝卸作業，均需要在錨地錨泊。錨泊船在風、浪、流等外力和錨鏈力的作用下，將產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。走錨可能會導致斷鏈、碰撞、擱淺和溢油等事故，嚴重威脅船舶和港口的安全。

目前，在水上運輸領域，對在航船舶的航行動態（船位、航速、航向等）的監測預警技術以及安全信息服務技術的研究已經比較成熟。但是，國內外對錨泊船安全狀態監測預警技術的研究還十分有限。無論是海上運輸領域還是內河運輸領域，主要靠管理制度來規范錨泊作業的各個環節，駕駛人員依靠個人經驗對錨泊船安全狀態進行判斷，例如聽錨鏈聲，看錨鏈方向，利用岸上固定物標測定錨位。此外，GPS具有錨位報警功能，但是，這些方法都是在船舶已經走錨相當距離后才能被發現的，可能由此耽誤采取措施的時機而釀成事故。因此，目前錨泊船安全監測預警方面，缺乏相應的技術保障手段，無法做到風險預警和事前防范。此外，隨著航運業的發展，船舶噸位和數量不斷增大，各國港口明顯出現了泊位不足、錨地水域不夠等一系列問題，導致錨泊周期增長和錨地船舶密度增大。

船舶錨泊后，通常關閉主機。駕駛員一旦發現船舶走錨，需要一段時間開啟主機，使得船舶可操縱。在這段時間內，船舶幾乎處于不可控狀態，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、環境、港口、船舶的安全造成重大威脅，可能造成巨大經濟損失。如走錨造成擱淺、碰撞事故中發生溢油，將給港口環境帶來災難性的破壞。通過分析由走錨引起的事故，發現最根本的問題是不能及時發現走錨，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境保障的角度考慮，都急需對錨泊船安全狀態監測預警技術開展研究。ECIDS是綜合駕駛臺的核心，海圖顯示基礎對于錨泊監控是十分必要的，因而，如何利用現有的ECDIS平臺來實現錨泊船監控和預警是值得研究的。

2.研究現狀

關于錨泊船安全性問題一直是人們關注的重要課題。國內外專家、學著進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[1]提出了通過建立風動力處理器、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錨泊船的實時動態監測，并提出一種累計計算拖錨距離的方法對走錨進行預測，即通過計算錨在沖擊性張力的作用下被拖動的距離，當拖錨距離達到6倍錨長時，發出預報警。文獻[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行比較判斷走錨的方法。文獻[3]通過對錨泊船進行受力分析和受力計算，應用船舶操縱基本方程，建立了風流浪等外力作用下，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受力及錨鏈受力與錨抓力之間的關系進行研究，提出了一般運輸船在設定的海況下進行走錨預報的數學模型。文獻[4]分析了走錨的判斷方法，船位測量法，包括利用GPS測位法和雷達測位法，船舶運動觀察法，錨鏈受力判斷法。文獻[5]分析了偏蕩運動過程中最有可能發生走錨的位置，即當船舶風舷角達到最大時，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[6]通過分析船舶受力與船舶運動模型，開發了一套預報走錨的支持系統，包括模型估計系統和仿真系統。在這套系統中，駕駛員通過查找船舶資料來對船舶模型進行估計，并且將錨泊情況和外界環境情況輸入到仿真系統中對錨泊進行監測，其對走錨的預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，如何獲得臥底鏈是值得研究的。

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，如何準確獲得最終錨的位置對于后續的錨泊監控十分重要。

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。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，只能依靠經驗估計。如何準確實時獲取偏蕩運動參數是錨泊船安全監控和預警的前提。

隨著捷聯航姿系統的應用，實現了實時獲取船舶姿態數據。偏蕩運動中，船舶姿態直接影響船舶受風、流和浪的影響，此外，在判斷船舶走錨的經驗中，有這樣一條“如果偏蕩運動突然停止，船舶變成一舷受風，且風舷角在一段時間內保持不變，則可斷定發生了走錨”，因此，分析偏蕩運動中船舶姿態的變化十分有意義。

如何將大量的數據提供給駕駛員使用將直接影響駕駛員的判斷。設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。

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：錨泊船安全監控和預警的前提是準確獲取偏蕩運動的特征參數，先分析各個參數獲取方法，傳統的錨泊監控中將錨位手工繪制在紙質海圖上，隔一段時間，駕駛員將GPS船位標注在紙海圖上，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。

參考文獻：

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

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

[3]廖河樹，蔣維清，葉寶聰.走錨預報數學模型[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.單錨泊船舶走錨預警系統的研究[J].航海技術.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