王輝，柯文文

（大連海事大學(xué)，遼寧 大連 116026）

近年來(lái)，隨著我國(guó)各個(gè)港口船舶進(jìn)出港數(shù)量日趨繁重，進(jìn)出港環(huán)境越加復(fù)雜，難度和強(qiáng)度也不斷增大。且由于極端惡劣天氣頻發(fā)，天氣因素船舶進(jìn)出港航行的影響越來(lái)越大，惡劣天氣是影響船舶正常調(diào)度的重要原因。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做了大量的研究，蔡文學(xué)等[1]綜合考慮時(shí)間約束、拖輪資源、航行安全和潮汐等影響因素，建立了船舶疏散調(diào)度優(yōu)化模型。李安[2]根據(jù)船舶的大小、裝載、吃水以及所執(zhí)行的任務(wù)，探究大風(fēng)、濃霧、暴雨等天氣下船舶的安全引航的技術(shù)和措施。許長(zhǎng)彬[3]通過研究天氣影響下船舶延誤恢復(fù)問題，提出了港口船舶延誤恢復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化模型和基于數(shù)據(jù)挖掘的船舶進(jìn)出港時(shí)間特征費(fèi)逆襲方法。王志成[4]等針對(duì)霧天能見度較低、視線不良等影響進(jìn)出港船舶的通航安全的問題，以大連港為例提出了霧航的能見度標(biāo)準(zhǔn)、保障條件和應(yīng)急措施。

通過實(shí)際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，港口船舶進(jìn)出港調(diào)度大多是手動(dòng)排班模式和依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的工作模式，港口水文氣象信息顯示不夠直觀，判斷安全進(jìn)出港時(shí)間時(shí)效率較低，需要在此方面進(jìn)一步研究，通過有效的數(shù)據(jù)和結(jié)論為相關(guān)人員的決策進(jìn)行支撐。

1 大連港水文氣象概況

大連港位于北 緯38°55′44″，東經(jīng)121°39′17″，其自然情況如表1所示，其中降雨、冰雹、雷暴等天氣常常伴有大風(fēng)大浪等特征，因此在模型中不單獨(dú)考慮，使用風(fēng)、浪的大小進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷。

表1 大連港水文氣象特征

2 大連港安全進(jìn)出港風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

2.1 港口進(jìn)出港水文氣象要求

大連港引航員操作規(guī)程給出了離靠泊的氣象要求：視線≥1 海里；富余水深≥15%吃水；風(fēng)≤7 級(jí)（15米/秒）；橫浪≤1.5 米；順浪≤2.0 米，本文根據(jù)大連港水文氣象特征及大連港離靠泊氣象條件要求，將能見度、風(fēng)力、風(fēng)浪、涌浪、富裕水深作為主要影響因子進(jìn)行分析。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分方法的研究有很多，其中姜丹[5]根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)、氣象部門和海事部門等相關(guān)規(guī)定確定三峽庫(kù)區(qū)復(fù)雜天氣的預(yù)警等級(jí)和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；丁鋒，劉飛等[6]綜合歸納了國(guó)內(nèi)主要港口、水域的禁限航的能見度和風(fēng)力條件。本文借鑒相關(guān)思路，結(jié)合水文氣象數(shù)據(jù)，將大連港主要影響因子進(jìn)行劃分，如表2所示。

表2 主要影響因子影響等級(jí)劃分

2.3 劃分原則

船舶進(jìn)出港氣象條件等級(jí)取能見度、風(fēng)力、風(fēng)浪、涌浪、富裕水深中的最高影響等級(jí)，即：

G=（Gv，Gw，Gg，Gs，GUKC）max

其中：G 為船舶進(jìn)出港氣象條件等級(jí)；Gv為能見度因子影響等級(jí)；Gw為風(fēng)力因子影響等級(jí)；Gg為風(fēng)浪因子影響等級(jí)；GS為涌浪因子影響等級(jí)；GUKC為富余水深因子影響等級(jí)。

具體的劃分描述如表3所示，其中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為三級(jí)時(shí)，其水文氣象條件對(duì)船舶進(jìn)出港就有較大影響，建議港口工作人員結(jié)合船舶航行計(jì)劃和引航員自身情況實(shí)際判斷。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大于三級(jí)時(shí)不建議船舶進(jìn)出港。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分描述

3 模型建立

3.1 泊位選擇

由于大連港航道泊位眾多，且各個(gè)航道環(huán)境都有所不同。本文選取大連港三條較為經(jīng)典的航道便于船舶進(jìn)出港時(shí)間窗口模型的建立及后續(xù)分析，即石化深水航道、大連灣航道和大窯灣航道北航段，泊位地點(diǎn)如圖1所示。三個(gè)泊位全是單獨(dú)航道，不存在與其他泊位共用航道而產(chǎn)生的時(shí)間調(diào)度上的影響，具體信息如表4所示。

圖1 大連港航道圖

表4 大連港泊位信息

3.2 技術(shù)路線

模型的技術(shù)路線如圖2所示，主要功能為：①航行風(fēng)險(xiǎn)分析：根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)顯示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；②風(fēng)險(xiǎn)因素提示：臨界狀態(tài)時(shí)，顯示具體的風(fēng)險(xiǎn)因素；③安全窗口預(yù)報(bào)：未確定具體時(shí)間時(shí)，計(jì)算未來(lái)七天的安全通航時(shí)間窗口。

圖2 技術(shù)路線圖

3.3 輸入和輸出

3.3.1 輸入數(shù)據(jù)

模型的輸入數(shù)據(jù)由船舶基本信息、引航、航道和預(yù)計(jì)進(jìn)出港時(shí)間構(gòu)成，具體輸入信息如表5所示。其中是否引航與航道選擇為單選項(xiàng)；預(yù)計(jì)進(jìn)出港時(shí)間為選填項(xiàng)。

表5 模型輸入數(shù)據(jù)

3.3.2 輸出結(jié)果

模型可根據(jù)輸入信息的不同顯示兩種輸出結(jié)果。若未給出具體進(jìn)出港時(shí)間時(shí)，模型會(huì)調(diào)用未來(lái)7 天的逐小時(shí)水文氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的判斷，輸出結(jié)果如圖3所示。若給出預(yù)計(jì)進(jìn)出港時(shí)間時(shí)，模型會(huì)根據(jù)航道的具體情況，判斷改時(shí)間是否可以安全進(jìn)港。輸出的顏色為表3中描述的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，綠色和藍(lán)色可以安全進(jìn)出港；黃色為臨界狀態(tài)需根據(jù)引航員能力、船舶航行計(jì)劃等綜合考慮；橙色和紅色表示不建議進(jìn)出港。

圖3 未給出具體時(shí)間輸出數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了具體的船舶進(jìn)出港時(shí)間窗口模型，可根據(jù)逐小時(shí)水文氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)船舶安全進(jìn)出港時(shí)間窗口，并輸出逐小時(shí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷，對(duì)提高船舶經(jīng)濟(jì)和港口調(diào)度效率具有重要意義。但各個(gè)港口、航道、泊位的環(huán)境情況略有不同，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合具體環(huán)境對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整。且港口水域環(huán)境復(fù)雜，本模型忽略了風(fēng)、浪、流等方向?qū)Υ斑M(jìn)出港時(shí)間的影響，在今后的工作中可進(jìn)一步細(xì)化，提高模型的準(zhǔn)確性。