計劃航線避離危險物的安全距離問題*

大連海事大學航海學院 張 杰 戴 冉 馮紀軍

沿岸航行是幾乎所有船舶整個航次中必不可少的部分，其自然條件和交通條件等交通環境復雜，航線附近的危險物、障礙物較多，水深有時較淺，因此駕駛人員必須謹慎對待。為確保船舶航行的安全，在安全的前提下達到經濟，同時為保證航行計劃的順利實現，必須合理地設計航線。[1]其中，航線附近的危險物是航線設計過程中主要考慮的因素之一。尤其在交通環境復雜、船舶交通流密度大的沿海水域，合理設定航線避離危險物的最佳安全距離對船舶航行的安全至關重要，對整個沿海水域高效、有序、平安的海上交通起到決定性作用。

經過大量實船（不同種類不同噸級的船舶約6000艘）統計，98%以上的船舶在設定航線避離危險物安全距離時都考慮了五點要素：定位、海圖測量精度、能見度情況、風流對航行的影響以及船舶操縱性能。[1]但是，每個因素對安全距離的影響程度隨著船舶類型、噸級的不同而不同，尚不能具體量化。

本文在考慮上述五點影響因子的基礎上，從航行中船舶實際操縱的角度，分析船舶航行和避讓過程中占用的通航水域大小，進而確定安全距離。

一、船舶航行狀態

船舶沿計劃航線航行過程中，通常有兩種操縱狀態：船舶航行操縱和船舶避碰操縱。

1.船舶航行操縱

船舶航行操縱主要是為了解決航路航線保持的問題。船舶在海上航行過程中，除特殊情況外，通常不會隨意改變航速，故該航行狀態主要為保向操縱。船舶在直線航行過程中受到某種擾動而改變了原航向，通過操縱能使船舶恢復在原航向上做直線運動，這種運動性能稱為船舶保向性。通過操縱（小舵角）使船舶在短時間內就能恢復原航向的直線運動，我們認為其保向性好，反之則保向性差。

2.船舶避碰操縱

船舶避碰操縱主要是為了解決短時間船舶避險的問題。《1972年國際海上避碰規則》規定，當我船為讓路船或者責任船，而且有碰撞危險時，我船需要采取避讓行動。[2]通常做法是采用轉向避讓。船舶在海上轉向避碰操縱通常分兩種情況：

（1）小角度轉向避讓。通常在對遇狀態或交叉相遇狀態，經過船舶之間良好的溝通，將船舶航向改變一定的角度（一般不超過20°），船舶在新航向航行一段時間，碰撞危險或緊迫局面即可解除。隨后，船舶轉向回歸到原航行。

（2）大角度轉向避讓。通常在交叉相遇狀態，船舶雙方溝通不及時或錯過最佳避讓時機，船舶需要大角度轉向甚至旋回方可解除碰撞危險。

二、航行中船舶占用通航水域

船舶在海上航行過程中，在保證安全的前提下應確保經濟。盡管駕駛員盡可能沿計劃航線航行，但船舶實際航行過程中，無論是航行操縱還是船舶避碰操縱，都要占用計劃航線外的部分通航水域。[3]

（一）船舶航行操縱中占用通航水域

船舶在海上航行時，由于受到外界自然條件、船舶特征和人為因素的影響，為了保證船舶沿計劃航向航行，其航行軌跡在計劃航線左右擺動，呈蛇形前進，所占用的寬度為航跡帶寬度。

航跡帶寬度可以分為兩個部分，如圖1所示，一為船舶航行中在航跡附近的左右偏移量，二是船舶本身占用的航道空間。

參照《海港總體設計規范》（JTS 165-2013），[4]航跡帶寬度為

其中：A為航跡帶寬度；n為船舶漂移倍數；L為船舶長度；γ為風、流壓偏角；B為船舶寬度。航跡帶寬度即為船舶航行操縱占用的通航水域范圍。

圖1 航跡帶寬度示意圖

（二）船舶避碰操縱中占用通航水域

1.小角度轉向避讓

無論是對遇狀態還是交叉相遇狀態，船舶之間都應經過充分良好的溝通，及時作出避讓措施，船舶轉向后航行至與他船相距一定距離（如圖2所示），確保碰撞危險或緊迫局面解除。[5]

圖2 小角度避讓示意圖

2.大角度轉向避讓

大角度轉向避讓分兩種情況：一是改變一定的角度（通常大于20°）；二是船舶通過旋回達到避讓的效果。

（1）改變一定的角度（通常大于20°）。

受人為因素和環境因素的共同影響，在某些交叉相遇狀態，本船航向需作出大角度改變方可解除碰撞危險。這種情況的避讓方式與小角度轉向避讓類似，但是由于本船航向改變較大，駛過讓清他船可能偏離計劃航線較遠。

（2）船舶旋回。

在某些船舶會遇局面，由于人為操作不當，導致產生緊迫局面，本船必須旋回才能解除該危險局面。該情況船舶占用的通航水域為計劃航線外船舶的旋回水域，回轉初徑可以用來估算船舶用舵旋回掉頭所需的水域。見圖3。

圖3 船舶旋回避讓示意圖

三、基于大型船舶操縱模擬器的計劃航線避離危險物安全距離分析

作者統計了曾參與過的全國沿海30多條航道船舶操縱模擬實驗，由于各航道的功能定位不同，按照不同類型不同噸級船舶，考慮多種風、流條件的通航環境，約1000次實驗情況如下：船型主要有雜貨船、散貨船、集裝箱船、油船、滾裝船、化學品船、液化氣船和客船；船舶噸級分布于1000 t級至30萬t級不等，以大型新型船舶為主；航道包括單向航道和雙向航道，以雙向航道為主；考慮到船舶實際航行海域情況，模擬實驗包括單船模擬操縱和船舶對抗模擬操縱；考慮到人為因素影響，船舶操縱包括非故意延遲操縱和故意延遲操縱。

運用SPSS軟件對約1000次實驗結果統計分析，針對不同船舶操縱（航行和避讓）情況得出95%累計頻率的安全距離值，該值略小于當前營運中各類船舶實際設定值。因此，考慮到模擬實驗與實際船舶操縱存在差異，駕駛人員模擬操縱時的心理壓力較小，作者汲取多位資深引航員和船長的經驗，賦予統計結果擴大系數1.2，最終得出相對合理的計劃航線避離危險物的安全距離。

（1）船舶航行操縱中，計劃航線避離危險物的安全距離為航跡帶寬度。

（2）小角度轉向避讓操縱中，通過改變一定的角度（通常小于20°），計劃航線避離危險物的安全距離為1 n mile（狹窄水域除外）。否則，其最初作出小角度避讓的決策是欠合理的。

（3）大角度轉向避讓操縱中，通過改變一定的角度（通常大于20°），計劃航線避離危險物的安全距離為2 n mile。

（4）當船舶需要旋回操縱來達到避讓的目的時，此為非良好船藝，而且恰好在危險物附近旋回避讓的概率更低，從擬定計劃航線的角度考慮，不應納入設定計劃航線避離危險物安全距離的主要考慮因素。但船舶實際航行過程中，該情景也偶有發生，許多船員都有親身經歷。尤其是在交通繁忙的水域，特別是和漁船協調避讓的時候，漁船時常不按規則航行，甚至“出爾反爾”，還有部分大船人為操作不當，這都給大船造成很大的避讓壓力。因此，駕駛員擬訂航線的時候，應考慮到該特殊情景。船舶旋回避讓操縱中，計劃航線距離危險物的安全距離至少為船舶旋回初徑（與施舵舵角有關）。

四、結束語

在擬訂計劃航線時，駕駛人員并不知道本次航行是否需要小角度或者大角度轉向避讓。通常，在通航密度較小的水域，設定計劃航線避離危險物的安全距離主要考慮航行操縱和小角度轉向避讓的情況；在通航密度相對較大的水域，安全距離的設定需要重點考慮到大角度轉向避讓的情況。因此，駕駛人員應根據不同航段的通航情況，參照本論文分析的船舶各種航行情景占用的通航水域，合理設定計劃航線避離危險物的安全距離。

[1]郭禹,張吉平,戴冉.航海學[M].大連:大連海事大學出版社,2014.

[2]洪碧光.船舶操縱:英文版[M].大連:大連海事大學出版社,2012.

[3]李源惠,潘明陽,吳嫻.基于動態網格模型的航線自動生成算法[J].交通運輸工程學報,2007(3):34-39.

[4]JTS 165-2013海港總體設計規范[S].北京:人民交通出版社,2014.

[5]夏雷,姜漢心,汪柱.電子海圖最優航線自動生成算法的改進[J].海洋測繪,2012(2):43-45.