應用船載氣象導航軟件優化船舶航線實例分析

李 翔 王 輝 鄭國平

一、引言

隨著數字化氣象預報技術的日益成熟，由專業氣象導航公司對遠洋船舶進行航線指導和航行監控已經成為航運界的常規做法。氣象導航公司根據對船舶航行環境因素的預報，結合船舶航次載貨及船舶性能條件，應用最佳控制理論為船舶優選最佳航線，在保障船舶航行安全的前提下，為船舶提供最為經濟高效的航線規劃指導，提高了船舶營運的經濟效益。然而，由氣象導航公司提供服務也存在諸如航線跟蹤修正的非實時性，在設計修正航線時具有一定局限性，以及航運信息保密性差等諸多不利因素[1]。從岸基氣象導航技術的發展歷史來看，其本身具有的這些局限性并沒有因為科技的發展而減弱。航運業的多元化發展，給岸基氣象導航服務的適用性帶來了更多的挑戰。

隨著計算機技術和船舶衛星通信技術的高速發展，船載氣象導航軟件應運而生，成為保證船舶安全高效生產的有效手段。本文結合對美國氣象導航公司AWT（已并入StormGeo）開發的BonVoyage System（以下簡稱BVS）的實船應用，對船載氣象導航軟件的實用性及其功能優勢進行分析。

二、應運而生的船載氣象導航軟件

在船舶營運中，岸基氣象導航服務通常為船舶承租人所購買。船舶承租人與船舶所有人對氣象導航服務的價值取向各不相同。船舶承租人主要關心經濟數據，目的是為了在保障和提高航次經濟效益的同時，通過氣象導航公司的反饋數據對船舶實際履約情況予以考核，以達到經濟利益最大化。而船舶所有人則主要考慮保障船舶財產安全，更重視保障船上人命安全和環境安全[2]。為了減小因惡劣天氣導致的船舶浪損乃至海難事故的風險，同時也為了能夠對承租人關于航速索賠提供有力的抗辯證據，船舶所有人也希望能夠獲得比較經濟的氣象導航服務。船舶航行中，船長通常要根據未來天氣情況，針對航行安全對航線進行相應調整。及時獲得各類天氣數據是船長能夠做出正確判斷的關鍵。為了能夠賦予船長更多的主動權，在為船東節約成本的同時進一步推廣氣象導航技術，船載氣象導航軟件BVS應運而生。該軟件以友好的操作界面，把基礎地圖、船舶航線和各種海洋氣象信息以圖形的方式集中呈現，在為船長提供所需的各類氣象信息的同時，還可以根據不同要求提供最優化航線，并根據不斷更新的氣象數據對航線進行持續優化。在BVS軟件的協助下，船舶自主氣象導航技術不再完全依賴船員氣象專業知識水平，使得船舶自主氣象導航技術的推廣成為可能。同時，相比岸基氣象導航服務而言，BVS氣象導航軟件為船舶所有人提供了一項更經濟實惠的船舶氣象導航服務。

三、BVS軟件在北太平洋航線的應用

筆者曾在一艘安裝BVS軟件的5萬噸級散貨船上擔任船長，有過多次沿岸航行和跨太平洋航行的使用體驗，認為該軟件在及時獲取最新氣象信息、幫助船長判斷和選擇最優航路、明確氣象導航公司意圖等方面起到了積極作用。盡管船舶承租人為我輪購買了岸基氣象導航服務，但是BVS 軟件賦予船長更多的主動權，在氣象導航公司推薦航路上適時提出修改意見，使得船舶航路更加優化。

2015年1月29日，我輪裝載鋼材自韓國浦項開航，收到氣象導航公司推薦航路以及未來四天的天氣形勢圖，如圖1所示。1月31日在我輪駛出輕津海峽時將迎面遇到一個發展中的強低壓。氣象導航公司根據低壓中心未來的發展趨勢以及最短航程要求給出了沿北海道東岸向東北方向航行的規避航線。

圖1 氣象導航公司推薦航路

開航前，在BVS軟件中設定了自日本津輕海峽至目的港曼薩尼約的航線，選擇最省燃油航線優化，優化結果如圖2所示，紅色船位所在航線為BVS推薦航路，黃色船位所在航線為氣象導航公司推薦航路，很明顯兩段航路差別較大。BVS推薦航路并沒有對前方低氣壓進行過多規避，只是在大圓航路的基礎上變更航線，沿狂浪海域邊緣航行，以抵御惡劣海況對船舶航行的影響。說明當選擇以節省燃油為主要考慮因素時，BVS軟件是以最短航路為基礎，僅根據系統已知的氣象信息進行航線設計，需要根據后續氣象信息的不斷更新進行修正。

圖2 BVS軟件推薦航路與氣象導航公司推薦航路

1月30日，我輪抵達津輕海峽再次更新氣象數據信息后，使用BVS軟件選擇最省時間航路優化。BVS軟件給出了一個規避前方低氣壓影響的大圓航路，與之前氣象導航公司推薦航路離開海峽后的規避動作基本類似，如圖3所示，紅色船位所在航線即為BVS軟件更新后的推薦航路。與圖2中氣象導航公司推薦航路（黃色）相比，BVS軟件推薦的規避動作更細化，仍然是保持大圓航路的最短距離航線。從實際航行結果來看，此時氣象導航軟件的推薦航路與后來船舶在規避惡劣海況區域時的實際航線基本吻合，說明氣象導航軟件在獲得及時更新的氣象數據后可以對短期內的計劃航線做出準確的判斷。

圖3 BVS軟件根據最新氣象信息更新的推薦航路

1月31日，收到氣象導航公司的航線更改信息，如圖4所示。很明顯，更改后的推薦航路在規避前方強低壓中心的這段航線上與BVS軟件是基本相同的。說明BVS軟件在船上使用時更具時效性，船長可以及時獲取最新氣象信息，在BVS軟件的建議下適時對航線做出調整。

圖4 氣象導航公司1月31日更新的推薦航路

2月1日清晨， 我輪在收到BVS軟件定時氣象更新信息后，將氣象導航公司推薦航路導入BVS系統，如圖5所示紅色船位所在航線，并對其進行了分析。顯而易見，如果按照氣象導航公司的推薦航路過早轉向，會駛入5米涌浪、7米海浪的狂浪海域。雖是順風順浪，但是在這樣惡劣的海況下，順風順浪不利于船舶把定航向，并且伴有嚴重拍底以及螺旋槳飛車的危險。這樣的轉向偏離大圓航線角度太大，明顯會增加航程。于是向氣象導航公司提出建議，修改推薦航線，沿目前航向繼續向東北方向航行，待避開狂狼海域后再轉向近東方向航行，既避免進入狂浪海域，又可以縮短航程。

圖5 利用BVS軟件對氣象導航推薦航路進行分析

2月1日中午我輪收到氣象導航公司回復，經慎重考慮各種可選方案，同意船長對于推薦航線修改的建議。氣象導航公司更新前后的推薦航路比較圖如圖6所示，可以明顯看出新推薦航路完全規避了7級狂浪海域。

圖6 氣象導航公司推薦的新舊航路比較

在實際操作中，我輪又根據不斷更新的氣象信息進行了微調，沒有直接航行至最北點，而是適時改變航向，沿著狂浪海域邊緣航行，適時轉向正東航行，始終保持左后方受風、受浪，既減輕了橫搖影響又提高了航速，當日航行距離比氣象導航公司推薦航路節省了7海里。如圖7所示，紅色船位即為我輪實際規避航行線路，北邊是經氣象導航公司再次修正的推薦航路，南邊是氣象導航公司之前的推薦航路。可以看出，合理使用BVS軟件，船長在航路選擇上有更多的主動權，可以對氣象導航公司的推薦航線進行有效分析和判斷，并根據更新的氣象信息適時進行調整，真正做到航線最優化。

圖7 我輪實際航行航線與氣象導航公司推薦航線比較

在之后的航行中，我輪還利用BVS軟件判斷前方海域天氣情況，在高緯度地區適時變更恒向線航路為大圓航路，比計劃航線又節省了11海里。

四、BVS船載氣象導航軟件功能優勢分析

BVS軟件對于充分發揮船長的指揮主動權、確保船舶航行安全和提高營運效率起到積極作用。其功能優勢主要體現在以下幾個方面。

（1）BVS軟件提供的氣象信息數據及時準確。BVS軟件氣象數據根據類型不同來自美國國家海洋和大氣局（NOAA）、美國國家環境預報中心（NCEP）以及日本氣象廳（JMA）等多家官方機構[3]，可以提供最多16天的氣象預報服務，每天四次定時數據更新。及時更新的數據為船長在航行中的重要決策提供了充分的信息支持。對BVS軟件提供的相關海域的風、浪、涌三項氣象指標與實際觀測數據進行比較，得到的結果非常令人滿意。對于洋流的預報，該軟件給出了非常詳細的資料，具體到船位點上變化較多，使用時以總體趨勢作為參考，還是比較準確的。

（2）軟件所提供的氣象數據類型全面，以圖形化顯示更加淺顯易懂，可以依據需要對所需海域范圍以及氣象數據類型進行定制選擇，節省數據流量費用。目前船舶獲取氣象信息的方式主要是通過分析氣象傳真圖、接收SAFETYNET或NAVTEX氣象預報和預警信息，以及氣象導航公司提供的航線氣象預報信息等。使用這些手段接收的氣象信息覆蓋面積有限，觀測點少，還需花費時間進行定位分析。更重要的是對這些氣象信息的領會在一定程度上取決于船上人員的相關知識和技能水平。而BVS軟件覆蓋全球海域，除可以提供上述全部信息外，還包括衛星云圖、云層分布、降水、能見度、冰況、氣溫、水溫、洋流、主要港口天氣預報等信息，以及ECA燃油控制區域、航行限制區域、海盜區等信息。軟件使用實時更新的氣象數據，以不同顏色的圖形對信息進行展示，使用者可以清楚了解天氣系統的核心內容。該軟件提供了更加完整的可視化的天氣系統信息，例如對風暴系統的分析預報，能實時繪制出更具體的風暴外形以及相應的危險海浪區域，把涉及航海方面的各類氣象信息匯總到一起，以圖像、圖形、表格等多種方式予以表達，非常直觀，降低了對用戶相關知識水平的要求。

（3）船舶計劃航線可以直接導入軟件系統，作為航線天氣評估的重要依據。該軟件具備航線跟蹤設計功能，并可以使用四種海圖投影方式顯示，非常直觀地把各種氣象信息有選擇地顯示在設計好的航線上，并且可以根據這些信息提出最優航路以供參考。船長可以根據實際載貨及船舶性能做出更加準確的航線選擇。同時該軟件還可以動畫方式模擬預定范圍內的航行與天氣系統的相對變化情況，為選擇和檢驗最優航路提供參考。推薦航路與氣象導航公司分析結果相似，并可以根據更新的氣象信息不斷提出修改意見，這與岸基氣象導航服務類似，但主動權在船上，所以時效性更好。

五、自主氣象導航對期租下航速計算的影響

合理使用BVS氣象導航軟件對航線進行自主優化確實可以提高整個航次的平均航速。至于應用船載氣象導航軟件能否幫助船舶所有人在避免因船舶履約表現不佳而導致被承租人索賠，因氣象導航公司對船舶履約航速計算方法不同而有所不同。

通常氣象導航公司會根據租約中的良好天氣條款，單純對租約中規定的良好天氣下的船舶航行數據進行計算，通過與租約航速進行比較，從而推斷船舶在整個航次中是否達到租約規定的航速和燃油消耗標準[4]。船東是否違約完全取決于船舶在良好天氣下的船速表現。因為自主氣象導航主要是在規避惡劣天氣航段中發揮作用，所以沒有幫助。

另外一種計算方式是氣象導航公司依據自己掌握的氣象資料和船長報告，估計出天氣系數和洋流系數，對實際航速修正后得出履約航速，再與租約航速對比來判斷是否滿足租約要求[5]。這種計算方法尤其適用于整個航程中并沒有租約所規定的良好天氣條件時。在這種情況下，船載氣象導航軟件的優勢就得以發揮，本文的實例就是通過對推薦航路的優化，提高了整個航程的平均速度。

六、結論

本文結合常規岸基氣象導航服務，對BVS船載氣象導航軟件的應用進行分析，總結了BVS氣象導航軟件的功能優勢，以及對期租下履約航速計算的不同影響。BVS軟件借助數字化氣象預報技術和衛星通信技術為船舶提供了海域覆蓋全面、數據更新及時、天氣預報精準的自主性氣象導航服務，可以有效地保障船舶航行安全，提高海運經濟效益。