劉愉強　周保成

【摘 要】 為保障船舶安全航行，從海洋觀測視角探討浮動航標功能擴展和應用，提出擴展浮動航標平臺環(huán)境觀測（監(jiān)視）功能和優(yōu)化相關(guān)浮體結(jié)構(gòu)，以及浮動航標系泊系統(tǒng)融合海洋資料浮標系泊系統(tǒng)技術(shù)的建議，以期豐富海事管理輔助決策系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)，提高海事管理智能化水平和工作效率。

【關(guān)鍵詞】 浮動航標;環(huán)境觀測;功能擴展

0 引 言

隨著海洋強國國家戰(zhàn)略的實施和“一帶一路”倡議的提出，向海經(jīng)濟和航運快速發(fā)展，船舶通航流量增多、密度增大，加上港口航道新建、擴建，海上作業(yè)活動頻繁。廣東海事局數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示：2016年轄區(qū)內(nèi)船舶進出港209.23萬艘次，貨物吞吐量18.568億t;2017年船舶進出港367.92萬艘次，貨物吞吐量24.38億t，船舶進出港艘次比上年增長了75.8%，貨物吞吐量比上年增長了31.3%。這對水上航行保障措施提出了更高的要求。

能見度是影響船舶安全航行的重要因素。在能見度不良時，駕駛員不能及時發(fā)現(xiàn)目標，不能較好地識別助航設施和了解周圍航行情況，給定位和避讓等造成困難，大大增加了船舶發(fā)生事故的風險。據(jù)國際海事組織的統(tǒng)計，引起船舶碰撞事故最多的海洋氣象是霧。目前，我國對海霧天氣仍以監(jiān)測為主。及時獲取實時霧情信息是保障船舶安全航行的重要措施之一。

陳偉豐等[1]研究表明，流是影響船舶安全航行的重要因素。在船舶超大型化的今天，船舶操縱者必須精準掌握流的變化規(guī)律和實時流速流向。流速流向受風、大氣壓、降水等其他氣候條件及地形的影響較大，僅依靠預報的潮流規(guī)律進行推算，會給船舶特別是大型船舶在航行和靠離泊操縱時帶來較大風險。廣州港為潮汐港，受航道水深、寬度不足等條件的限制，許多船舶要乘潮進出港。這就導致船舶進出港時間相對集中，航道內(nèi)船舶通航密度的相對增加，船舶發(fā)生交通事故的風險也大大增加。魏忠想[2]研究表明，由于流的水動力作用，操船者不易對船舶進行有效控制，特別是在流速較大、船舶受橫流影響時，更難以控制船舶，事故也極易發(fā)生。及時獲取實時水流數(shù)據(jù)也是保障船舶安全航行的重要措施之一。

1 現(xiàn)狀及問題

航標是幫助引導船舶航行、定位及標示礙航物和航道范圍的水上或岸上標志，為各種水上活動提供安全信息的設施或系統(tǒng)。航標按設置形態(tài)可分為固定航標和浮動航標兩類。

浮動航標是指浮于水面上的一種標志，是用錨或沉錘加錨鏈系留在指定位置，以標示航道范圍、指示淺灘和礙航物或表示專門用途的水面助航標志。浮動航標在航標中數(shù)量最多，應用廣泛。

隨著海運事業(yè)的發(fā)展，人類水上活動范圍日益擴大、方式日益增多，對航標的需求也越來越多，因此大量先進技術(shù)應用于航標，推動著航標技術(shù)的發(fā)展。

2010年3月，國際航標協(xié)會（IALA）發(fā)布了《海上浮標制度及其他航標》，在1983年版《海上浮標制度》的基礎上增加了航標種類、更新了部分技術(shù)標準。我國在1999年版《中國海區(qū)水上助航標志》基礎上進行了更新，發(fā)布了2016年版《中國海區(qū)水上助航標志》。

隨著新材料的出現(xiàn)，浮動航標的標體材料也隨之改變。傳統(tǒng)的鋼質(zhì)浮動航標因長期浸泡在水中，易腐蝕且容易被偷盜。近年來廣泛應用玻璃鋼材質(zhì)的標體，其具有質(zhì)量輕、耐久性好、抗腐蝕能力強、價格便宜等特點。新型納米超高分子量材料組合式航標標體相較于傳統(tǒng)航標標體，具有安裝簡單、攜帶輕便、耐腐蝕性強及耐碰撞等優(yōu)點。

我國航標燈器經(jīng)歷了煤油燈、乙炔燈、白熾燈、LED燈等發(fā)展階段?？茖W技術(shù)的進步，特別是無線網(wǎng)絡技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展，為航標設備的改進提供了可能，也為航標燈器進入數(shù)字化時代奠定了基礎。當前，航標管理已進入數(shù)字時代，航標燈裝備了通信、定位模塊，具有遙測航標位置、燈質(zhì)、電壓等數(shù)據(jù)，遙控航標燈質(zhì)、開燈狀態(tài)等功能。[3]

浮動航標的系留系統(tǒng)是按照行業(yè)標準《浮標錨鏈》執(zhí)行的，是由馬鞍鏈、短鏈、半鏈、全鏈等鏈節(jié)，以及連接卸扣、末端卸扣、轉(zhuǎn)環(huán)等附件組成的系泊系統(tǒng)。錨鏈環(huán)長期處于海洋腐蝕環(huán)境中，易受腐蝕、磨損，導致鏈環(huán)斷裂。目前，浮動航標每1～2年進行吊換維護保養(yǎng)，在一些特殊航道因損耗較大，維護周期更短。

傳統(tǒng)的航標功能定位只限于導航，但從海洋觀測視角來看，數(shù)量眾多的航標可以發(fā)揮更大作用，通過優(yōu)化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、擴展其功能以滿足更多社會需求。

2 技術(shù)條件成熟

隨著新材料、集成電路技術(shù)，以及新理論、新方法的不斷發(fā)展，體積小、重量輕、功耗低、精度高、智能化的新型傳感器不斷涌現(xiàn)，為在小型定點觀測平臺進行環(huán)境要素觀測的業(yè)務化運行提供了技術(shù)支撐。

通信技術(shù)的發(fā)展也為在小型定點觀測平臺進行數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)臉I(yè)務化運行提供了技術(shù)支撐。1991年開始投入使用的全球移動通信系統(tǒng)（GSM）只能滿足簡單的觀測數(shù)量需求。為彌補這一缺陷，2000年又推出了一種新的通信技術(shù)――GPRS，雖然能滿足基本觀測要素的需求，但無法很好地支持視頻監(jiān)控需要。因此，基于舊有的GSM/EDGE（增強型數(shù)據(jù)速率演進技術(shù)）和UMTS（環(huán)球移動通信系統(tǒng)）/HSPA（高速數(shù)據(jù)信息包接入/存取技術(shù)）網(wǎng)絡技術(shù)，形成了通用移動信息（LTE）技術(shù)。LTE技術(shù)提升了無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸能力和傳輸速度，為圖像視頻通過4G網(wǎng)絡進行實時傳輸提供了技術(shù)支撐。

目前，浮動航標主要通過太陽能板與蓄電池組合方式供電。為了存儲太陽能，結(jié)合浮動航標電能存儲的特點，浮動航標采用鉛酸蓄電池。隨著鋰離子電池技術(shù)的進一步成熟，鋰離子電池也將應用于浮動航標。這些技術(shù)的進步都為浮動航標功能擴展所需能源供給提供了技術(shù)支撐。

3 建 議

3.1 功能擴展

目前有些浮動航標上裝有錨燈、錨燈檢測器、AIS、GPS等設備。這些設備可以向過往船舶和管理控制中心發(fā)送信息，向過往船舶發(fā)送的信息內(nèi)容包括航標名稱、航標類型、位置精度、位置緯度、位置經(jīng)度、定位方式、信息時間、位置狀態(tài)等;向管理控制中心發(fā)送的信息內(nèi)容包括燈狀態(tài)、系統(tǒng)電流電壓、航標名稱、航標類型、位置精度、位置緯度、位置經(jīng)度、定位方式、信息時間、位置狀態(tài)等。這些功能仍無法滿足現(xiàn)代化航道管理需求，因此需要擴展浮動航標功能。浮動航標系統(tǒng)數(shù)據(jù)流見圖1。

功能擴展后的浮動航標觀（監(jiān)）測內(nèi)容如下：

（1）常規(guī)內(nèi)容：燈狀態(tài)、系統(tǒng)電流電壓、航標名稱、航標類型、位置精度、位置經(jīng)度和緯度、定位方式、信息時間、位置狀態(tài)。

（2）水文氣象要素：流速、流向、水溫、能見度、風速、風向。這些觀測要素能提高船舶進出港和離靠泊的安全性，減少船舶對碼頭及導助航設施的碰撞和損壞，同時為海事管理部門啟動應急預案對轄區(qū)水域?qū)嵭信R時封航管制提供技術(shù)支持。

（3）音像要素：實時視頻。現(xiàn)場實時視頻能達到預防、發(fā)現(xiàn)和及時取證的目的，特別是對大量未安裝AIS的小型船舶進行監(jiān)控。通過現(xiàn)場實時視頻，海事管理部門在有可能影響船舶航行安全時作出最有效、最及時的響應，預防事故的發(fā)生;及時發(fā)現(xiàn)違法事件，及時預警;在事故發(fā)生后，能以最快的速度實現(xiàn)應急救援，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

在近岸移動通信網(wǎng)絡覆蓋良好的水域，浮動航標觀（監(jiān)）測內(nèi)容通過4G通信模塊傳輸;在尚未被移動通信網(wǎng)絡覆蓋的海域，浮動航標觀（監(jiān)）測內(nèi)容通過“天通一號”衛(wèi)星傳輸。

3.2 浮體優(yōu)化

浮動航標上層結(jié)構(gòu)極易因碰撞而損壞，可在浮體和桅桿頂部外周優(yōu)化布局、設置彈性圍欄（如高分子材料）以減緩沖撞力;在桅桿底部設置多向減震裝置以阻隔彈性應力波破壞。

為了提供更大電池容量，對浮體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以擴展存放蓄電池的空間。經(jīng)測試，擴展后的浮體蓄電池空間可存放30～40塊100 Ah電池。

3.3 系泊系統(tǒng)優(yōu)化

為延長系泊系統(tǒng)壽命，對系泊系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，改善系泊系統(tǒng)整體壽命。測量浮標長效錨系泊裝置作為海洋資料浮標使用的專利，打破上下一致的粗鏈大沉塊錨系泊傳統(tǒng)設計方案，大大提高了錨系的壽命，其特征在于該專利技術(shù)的錨鏈為一條不帶連接卸扣的全程錨鏈。該錨鏈在浮動航標的浮體下5～10 m受力段和躺地段錨鏈前端開始的25～50 m經(jīng)常觸地磨擦段所用的錨鏈錨徑比標準段錨鏈錨徑加大25%～35%。

4 結(jié) 語

在全球智能化的當下，我國提出“數(shù)字中國、智慧社會”要求，海事管理也進入智能時代。利用浮動航標的平臺，增加必要觀測功能，不僅可以豐富海事管理輔助決策系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)，而且可以更加科學地作出決策，提高海事管理智能化水平和工作效率。

海洋資料浮標監(jiān)測平臺的成熟技術(shù)可以融入浮動航標系統(tǒng)中，浮動航標系泊系統(tǒng)使用測量浮標長效錨系泊裝置技術(shù)能很好解決系泊系統(tǒng)壽命短的問題，延長維護周期，降低運維成本。

參考文獻：

[1] 陳偉豐，邵建國.流速流向測量儀在超大型船舶引航中的應用[J].航海技術(shù)，2018（4）：4-6.

[2] 魏忠想.廣州港水域船舶交通安全評價與對策[D].廣州：華南理工大學，2013：38-32.

[3] 楊力，吳麗平，梁艷，等.談航標燈器的科技應用[J].中國海事，2016（12）：55-56.