雷达标绘与避碰

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• TCPA=ΔT× PA3/ A1A3+ T3
HL A3 A2 A1
×
×
M
×
P Y O
基本原理
• 注意事项:
– 为了保证在观测时间内的船舶运动是匀速直线 的,必须进行连续的观测,实际中通常等时间 间隔地观测若干个点(至少3个); – 相对运动航程不仅表示他船相对位置及变化时 间历程,还可以表示相对运动矢量,二者是有 区别的。
× B1
HL
× C1 × C2 × C3
M2
×D3 ×D 2 ×D 1
O M3
× E1E2E3
M × A3
M4
基本原理
• 相对运动作图求避让措施
– – – – 本船保速向右转向ΔC,则Vr为A11A3; 本船保向减速至MA12,则Vr为A12A3; 本船右转ΔC并减速至MA13,则Vr为A13A3; 本船保向减速至MA12,同时来船减速至MA32,则Vr为 A12A32; – 本船和来船均保速右转ΔC,则Vr为A11A31。
基本原理
• 矢量合成法则
– 平行四边形法则 c=a+b
b c a b a
基本原理
• 矢量合成法则
– 三角形法则 c=a+b a=c-b b b=c-a
c c a a b
基本原理
• 运动矢量图示方法
– 理论上讲,运动矢量是运动物体在某一时刻位 移对时间的导数。 – 雷达标绘中,常常假设在某一时间段内,船舶 做匀速直线运动。 – 因此可用某一单位时间(人为设定,为计算方 便,通常取6min或其整数倍)内的航程(位移) 来表示其运动矢量。
– 能够方便求出DCPA和TCPA,进而判断碰撞危 险; – 可以地求出来船的真航向和真航速; – 设定的避让要求,可以推算出应采取的避让措 施; – 在保证从安全距离上驶过的前提下,可以求出 恢复航向和(或)航速的时机。
相对运动作图
• 求他船运动要素
– 本船雾中航行,真航向(TC)011°,航速10kn。 时 间 0900 真方位 052° 051° 048° 相对方位 041° 距 离 10.0n mile
一般定义
• 运动矢量
– 在雷达标绘中通常用运动矢量来表示船舶运动 状态。因为雷达标绘(或船舶避碰)关心的通 常是船舶在平面内的运动; – 运动矢量包含航向、航速两个标量。
一般定义
• 运动矢量
a A1
Vr Vo
A3 b
Vt
M
一般定义
• 运动矢量
– 矢量用黑体小写字母表示,如矢量a、b或Vt (他船的真运动矢量)、Vr(他船的相对运动 矢量、Vo(本船的真运动矢量)。 – 或用有向线段端点字母的粗斜体表示,如MA1 (通常用来表示我船的运动矢量)、MA3(通 常用来表示他船的运动矢量)、A1A3(通常用 来表示他船的相对运动矢量),此时端点字母 的顺序表示矢量的方向。
背景
• 《规则》中关于使用雷达的规定: • 第七条 碰撞危险
1. 每一船都应使用适合当时环境和情况的一切有效手段 断定是否存在碰撞危险,如有任何怀疑,则应认为存 在这种危险。 2. 如装有雷达设备并可使用的话,则应正确予以使用, 包括远距离扫描,以便获得碰撞危险的早期警报,并 对探测到的物标进行雷达标绘或与其相当的系统观察。 3. 不应当根据不充分的材料,特别是不充分雷达观测的 材料做出推断。
基本原理
• 相对运动作图求避让措施
HL A3 A1 A31 A2 ×
×
A12
A11
×
A32 M
A13
O Y
作图工具
• 雷达标绘图
– 基本形式
作图工具
• 雷达标绘图
– 对数比例尺 – 三角比例尺
0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 1 2 3 5 6 10 20 30 40 60 100
12 9 6
基本原理
– 矢量三角形在作图平面的任意位置都是等价的 A1 – 大小随选择的时间比例而定 M × HL A2 × – 形式不唯一
A3
×
A1×
A2 A3
×P
O
×
基本原理
– 特殊情况:
• A船航速为零 • B船与我船航向相反; B2 • C船与我船航向相同, × M1 航速低于我船。 • D船与我船航向相同, ×B3 航速高于我船。 × A1 • E船与我船同向同速, 相对静止 × A2
背景
• 1960年避碰规则增加了一个附件,指出:
– 用不充分的观察资料作出的推断可能是危险的, 应当避免; – 单凭雷达所测的距离和方位,不能充分构成他 船船位已经确定; – 改向或变速应是大幅度的; – 向右转向比向左转向可取等。
背景
• 《1972 年国际海上避碰规则》将一些有关 雷达协助避碰的明确规定纳入其中,因而 装备雷达的船舶驾驶员如何正确理解和执 行规则就成为一个不可忽视的问题。
一般定义
• 绝对运动与相对运动
– 绝对运动是动点相对于定坐标系的运动; – 相对运动是动点相对于运动坐标系的运动; – 运动坐标系相对于定坐标系的运动称为牵连运 动; – 对于运动的物体来说,绝对运动是客观存在的 唯一的运动,但在工程实际中,寻找一个定坐 标系和研究一个运动物体的绝对运动是不可行 的。
0906 0912
040° 038°
8.5n mile 7.0n mile
– 求来船的最近会遇距离(DCPA)和时间(TCPA)及其航向 和航速。
• 转向方向和雷达避碰转向操纵示意图 • 多船避让重点船的选择 • 转向不变线及其应用
训练内容
• 熟悉雷达本船的性能及其操作 • 雷达标绘判断碰撞危险、求取来船运动要 素和安全避让措施 • 在开阔海域根据国际海上避碰规则进行避 让练习 • 受限水域航行 • 紧迫局面情况下根据国际海上避碰规则进 行紧急避让练习。
Vt Vr Vo Vt 本船 Vo 他船
一般定义
– 给定Vt、Vr、Vo中的六个标量的任意四个已知 标量,也可以求出另外两个未知标量。 – 常见问题有:
• 已知本船运动与他船相对运动,求他船真运动; • 已知他船真运动和本船计划采取措施,求相对运动; • 已知他船真运动和设定相对运动,求我船应采取的行 动。
基本原理
• 运动矢量图示方法
– MA1为我船运动矢量;
• 其大小等于我船在观测 时间(ΔT= T1- T3)内 的航程; • 方向平行我船航向(首 向上作图时为000º )。
A1 HL A3 A2
×
×
M
×
– MA3为他船真运动矢 量; P – A1A3为他船相对运动 矢量。 Y
O
基本原理
– 相对航程的绘算
背景
4. 在断定是否存在碰撞危险时,考虑的因素中 应包括下列各点: (1)如果来船的罗经方位没有明显的变化,则 认为存在这种危险; (2)即使有明显的方位变化,有时也可能存在 这种危险,特别是在驶近一艘很大的船或拖带 船组时,或是在近距离驶近他船时。
背景
• 1978年的《STCW》公约第2章提出了关于 雷达观测和标绘的最低训练标准; • IMO大会在 1981年通过了 A.483(XII)决议, 决议强调船舶驾驶人员接受雷达观测和标 绘பைடு நூலகம்必要性,并在其附件中对训练的要求、 方法和内容提出了具体的规定。
背景
2.对备有可使用的雷达的船舶,还须考虑:
(1)雷达设备的特性、效率和局限性; (2)所选用的雷达距离标尺带来的任何限制: (3)海况、天气和其他干扰源对雷达探测的影响; (4)在适当距离内,雷达对小船、浮冰和其他漂浮物有探 测不到的可能性: (5)雷达探测到的船舶数目、位置和动态; (6)当用雷达测定附近船舶或其他物体的距离时,可能对 能见度作出的更确切的估计。
一般定义
• DCPA
– 相对运动
一般定义
• DCPA
– 真运动
一般定义
• DCPA
– 真运动
DCPA
一般定义
• DCPA
– 相对运动
T2 qA ×A 2 HL T1
× A1
TCPA DCPA
Y
O
一般定义
• 运动要素
– 船舶的航向、航速是反映船舶运动状态的参数。 – DCPA是衡量两船是否会导致碰撞的标准。 – TCPA是判断两船潜在碰撞危险程度大小的依 据,雷达标绘中通常是一个时刻,而在ARPA 中TCPA动态显示倒计时,两者本质上相同。
背景
• • • • 《规则》中关于使用雷达的规定主要有: 第五条(了望) 第六条(安全航速)2款 第七条(碰撞危险)1款、2款、3款
背景
• 《规则》中关于使用雷达的规定: • 第五条(了望)
每一船舶应在任何时候用视觉、听觉 以及适合当时环境和情况下的一切有 效手段保持正规的了望,以便对局面 和碰撞危险作出充分的估计。
– 船舶真运动与相对运动之间的关系为: Vt = Vr + Vo
• Vt是他船的真运动矢量; • Vr是他船的相对运动矢量,即他船相对于本船的运 动矢量; • Vo是本船的真运动矢量,也是他船的牵连运动矢量。
一般定义
– 矢量关系 Vt = Vr + Vo Vr = Vt + (-Vo ) Vo = Vt + (-Vr )
一般定义
• 船舶真运动与相对运动
– 船舶相对于随地球(或水)运动的坐标系的运 动称为真运动; – 船舶相对于随另一运动船舶而运动的坐标系的 运动称为相对运动。 – 简而言之,船舶真运动即船舶相对于地球(或 水)的运动,船舶相对运动即船舶相对于船舶 (一般指本船)的运动。
一般定义
• 船舶真运动与相对运动
0 2 4 Speed in Knots
6
8
10
12
14
16
18
Ti me 3 in Mi nut 0 20 s
作图工具
• 雷达屏幕反射器
– 凹板形雷达反射标绘器 – 平板形雷达反射标绘器
A S1 A S2 B2 S3 B1 S1
B1
B2
S2
C
C S3
相对运动作图
• 相对运动作图是船舶避碰时最常用的雷达 标绘方法,其突出优点是:
雷达标绘与避碰
背景
• 雷达的应用为船舶的导航与避碰提供了极 大方便; • 大量的海事调查和分析结果证明,由于船 舶驾驶人员在雷达操作和使用方面的原因, 造成了一连串由于错误运用雷达资料、盲 目转向或航速过快造成的碰撞事故。
背景
• 雷达的局限性主要在于:
– 只能发现来船的回波,不能判断其种类; – 对来船的动态反应比较迟缓,需变化幅度较大 后才能发现; – 对于双方的避让行动不如视觉观察时直观并易 于察觉,协调较困难; – 雷达存在盲区并对弱小物标的探测能力较差; – 在相对运动方式下,雷达所提供的来船资料是 相对的,与人的视觉所习惯的运动不同。
重要性
• 雷达标绘的意义不仅仅在于标绘本身,而 且在于它涉及船舶几何避碰原理的基础, 对于定量的研究和把握避碰问题具有重要 作用。
基础知识
• 雷达显示方式
– 首线
• 北向上 • 首向上 • 航向向上
– 中心运动
• 真运动 • 相对运动
一般定义
• 运动要素
– 航向(Course); – 航速(Speed); – 最近会遇距离(DCPA: Distance of Closest Point of Approach); – 到达最近会遇距离的时间(TCPA: Time to Closest Point of Approach)
培训内容与基本要求
• 图解法判断是否存在碰撞危险:
– 标绘工具的使用; – 相对运动矢量三角形; – 求取来船的运动要素(重点是相对运动作图): 航向、航速、DCPA和TCPA; – 求取安全避让措施(变向、变速或综合); – 本船避让后回航的时机。
基本要求
• 来船运动要素与本船避让效果分析:
– 来船变向后来船相对运动线的变化规律; – 本船变速后来船相对运动线的变化规律; – 本船采取行动后来船DCPA和TCPA变化规律。
背景
• 我 国 的 主 管 机 关 根 据 修 正 后 的 《STCW (95)》公约、Model Course 1.07以及相 关法规制定了《中华人民共和国船员雷达 操作与模拟器专业培训、考试和发证办 法》,其附件《船员雷达观测与标绘和雷 达模拟器专业培训纲要》对雷达标绘培训 内容和要求作出更为具体的规定。
背景
• 《规则》中关于使用雷达的规定: • 第六条 安全航速
– 每一船舶在任何时候应用安全航速行驶,以便 能采取适当而有效的避碰行动,并能在适合当 时环境和情况的距离以内把船停住。 – 在决定安全航速时,考虑的因素中应包括下列 各点:
背景
1.对所有船舶:
(1)能见度情况; (2)通航密度,包括渔船或者任何其他船舶的密集程度; (3)船舶的操纵性能,特别是在当时情况下的冲程和施回 性能: (4)夜间出现的背景亮光,诸如来自岸上的灯光或本船灯 光的反向散射; (5)风、浪和流的状况以及靠近航海危险物的情况; (6)吃水与可用水深的关系。
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