利用電子海圖分析錨地轉流特點

倪留國 王勝利 王桐明

摘 要：本文提出通過分析電子海圖日志系統記錄的航行數據文件，根據拋錨時航向與流向基本相反的原理，分析出錨地的轉流特點。文中給出了舟山野鴨山錨地分析的實例，與傳統的人工觀察和經驗積累，此分析方法基于日志中的大量真實原始數據，有效提高了轉流分析的準確率和效率，同時也對分析航行產生的其它數據具有借鑒意義。

關鍵詞：電子海圖；轉流分析

1 引言

錨地的轉流特點是影響船舶拋起錨及在周邊船舶航行安全的重要因素。野鴨山錨地位于舟山島西南水域，北錨地水深18-30米，錨地長1海里、寬8鏈，離岸較近，約5鏈，南錨地大小與北錨地相當，水深30-60米，底質附近為石質，離航道較近。由于我船歷史上未在該錨地拋過錨，對該錨地轉流的相關信息缺乏直接的了解，只能根據潮汐表推算個大概。根據錨泊船的航向基本與流向相反，本文提出一種分析電子海圖日志文件得到航向，從而得到流向的方法。電子海圖每隔5秒會自動將一組信息記錄在日志，因此這種方法與人工觀察相比，具有時間上24H不間斷，統計分析上更準確方便的優點。

2 轉流分析方法

本文分析錨地轉流思路為通過錨泊船的航向得到流向。該方法的關鍵在于獲得錨泊時大量的、準確的、連續的航向數據。在錨泊時，通常的做法是通過值班的航海干部觀察航向并將航向記錄在統計表格中。但這種方法在時間刻度上比較粗，我船的一般是1小時記錄一組數據，獲取數據量較小且不方便，不利于后期的統計分析。2013年我船電子海圖升級后具備日志存儲功能，可以每隔5秒鐘自動記錄一組傳感器及其它相關信息。因此從電子海圖日志文件獲取航向數據成為分析轉流的關鍵因素。

電子海圖日志系統如圖1所示，系統產生的通知信息（Announcement）、基本信息（CCRS）、海圖信息（Chart）、我船歷史信息（OwnShipHistory）、各種傳感器信息（Sensor）共同組成了電子海圖日志。電子海圖每天自動在各個文件夾下產生24個XML文件，每個文件為1小時的記錄，包含720（1小時/5秒）組數據，每天產生24*720組數據。導出日志時，系統自動將文件夾壓縮成Zip壓縮包[1]。

我們需要的航向數據包含在CCRS文件夾中，該文件的格式是XML。XML 文件是一種用來描述結構化數據的文件，且可讓不同的應用程序了解這些數據的內容。在操作這些XML文件提取數據時，使用了MATLAB中的文檔結構模型（Document Object Model）， 該模型將XML文件解析為一個個的信息節點，在提取我們感興趣的數據時非常方便。操作XML文件及提取數據的方法具體過程見參考文獻[2]和MATLAB幫助文件。通過分析，得出CCRS中數據結構如圖2所示。

3 轉流分析實例

由于時間關系，在本文成文之前獲得三次拋錨時的數據，如表1所示。因此，本文以2014年5月29日0000至6月3日0000之間的數據為例，對野鴨山北錨地做轉流分析。每天的數據量為24*720，5天的航向數據為8萬組以上，將不良數據剔除后按照1/100的比例抽取數據樣本，得到839組數據，每天約170組數據。圖3為5天的航向數據的分布圖。圖中角度的長短代表分布在該角度區間的流向數據數量多少。

從圖中可以看出：野鴨山北錨地的主流向為330°和150°，為往復流；在第三象限幾乎沒有流向分布；在發生轉流時的流向主要為第一象限的流向，考慮到錨地的地理位置，也就是說發生轉流時，從靠岸的方向開始轉。這些數據基本上符合航路指南的描述：“老塘山港區的野鴨山岸段潮流基本呈往復流。漲潮為東南流，偏向陸岸；落潮為西北流，落潮流大于漲潮流” [3]。

為考察轉流時間與高潮低潮時間之間的關系，將航向數據以24小時為單位劃分，繪制當天的航向變化曲線和定海港的潮汐數據。如圖4-6所示。本文以5月29日0000至5月31日0000之間的數據為例，對野鴨山北錨地做轉流分析。

寧波-舟山港域內潮汐類型可分為正規半日潮和不正規半日潮兩種。東部臨海處（沈家門、衢山、泗礁）屬正規半日潮，西部臨近大陸處（定海、老塘山、高亭）屬不正規半日潮[3]。野鴨山錨地位于舟山西部，屬于不正規半日潮，在一個太陰日內發生兩次高潮和兩次低潮，在一個太陰日內相鄰的兩個高潮或低潮的潮位相差很大，漲潮時和落潮時也不相等。從這5天的統計數據可以看出如表2所示的規律：

4 結束語

與轉流分析方法相比，本文通過分析電子海圖采集的日志數據并進行圖形化、曲線化處理幫助崗位人員更加快速、直觀的判斷錨地轉流情況，得出一些規律。但是，后續很多工作需要進一步完善：

1、數據樣本太小。因客觀條件所限，本文獲取的數據僅僅只有幾天，無法在更大時間尺度上反映出錨地流的情況，也無法給出長時間段的統計規律。

2、數據處理算法優化。每天僅僅一個航向數據就有1萬多組，加上其他傳感器數據，每天的數據估計為10萬左右，在長時間、大數據處理的情況下，算法需要優化。

3、流速數據未處理。因時間關系，本文僅僅考慮了流向，沒有對計程儀提供的流速數據和測深儀提供的水深數據進行考慮，后續可以進一步完善。

4、其他傳感器信息的應用。根據日志中的舵角數據、GPS、航向等數據可以用以分析船舶操縱特性，這種方法比傳統的數學建模方法要好。

參考文獻：

[1]Vision Master FT系列電子海圖說明書[M].美國：Sperry公司，2012年

[2]薛定宇.基于MATLAB/SIMULINK的系統仿真技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2002年

[3]中國航路指南（東海海區）.天津：中國人民解放軍海軍司令部航海保證部，2010年