航道中航行船舶整体船位控制方法_冯华(1)

航速/kn ≤ 6
＞6
≤6 ＞6
≤6 ＞6
C/m 0.58B 0.75B 0.75B B
B 1.5B
2 安全的偏航距离理论计算
当船舶驾驶台中心位于航道中线时， 已知各项基
本要素：航道宽度 W，船长 L，船宽 B，船首距驾驶台长
度 L1， 驾 驶 台 到 船 尾 长 度 L2， 航 迹 向 （COG） 与 真 航 向 （HDG）之间的夹角即风流压差角 γ。 各要素关系如图 3
当风流压差角较小时（γ ＜ 15°），cos γ ≈ 1，sin γ ≈ γ / 60，由表 1 可知 C = B，根据式（1）和（2），得简化公式
D1 = W/2 - 3B/2 - L1γ / 60
（3）
D2 = W/2 - 3B/2 - L2γ / 60
（4）
仍 以 第 3.1 节 的 数 据 计 算 ， 当 风 流 压 差 角 为 10°
第1期
冯华：航道中航行船舶整体船位控制方法
23
两底边线之间的宽度，如图 1 所示。 （2）航迹带宽度 A。 船舶以风流压偏角在导航中线
左右摆动前进所占用的水域宽度即航迹带宽度，如图 1 和 2 所示。 安全的航迹带宽度 A = W － 2C。
图 1 单向航道横截面
图 2 船舶航道航行
（3） 克 服 岸 吸 作 用 的 船 舶 与 航 道 侧 壁 间 富 余 间 距
C，如图 1 所示。
总体上，船舶与航道槽壁的间距愈小，船舶航速愈
大，岸吸力越大，航向越不易把定，出现岸推岸吸的现
象。 为防止船舶擦壁或搁浅船舷，必须与槽壁保持一定
的距离，即富余间距 C。
根据《海港总平面设计规范》规定，富余间距 C 取
值见表 1。
表 1 富余间距取值
船舶种类 杂货船、集装箱船
散货船
油船
时沟通，从拖船根据主拖船指令小角度缓慢转向，防止 拖航大型钻井平台实践看， 双拖船并拖方式即使在长
对平台产生较大的横向拉力，造成严重偏荡。
江南水道和杭州湾这种特殊复杂水域也安全可行。
（5）从拖船解拖时机。 进入临港航道后，应根据航 速， 估算抵达临港海工基地的时间和平台插桩定位的 平潮时机， 适时解拖从拖船。 根据 3 次成功拖航的经 验，一般在目的地前约 1 n mile 时解拖即可。 在解拖时，
（1）带解缆的时机要掌握好；
作拖船将引缆从平台传递给从拖船， 牵引缆绳至平台
（2）带解缆的地点要选择在开阔流缓水域；
后连接拖力点。 避免链条过于笨重、带缆困难，同时利
（3）并拖时要注意 2 艘拖船之间的横距，不能过近
于缆绳的解拖。
也不能太远；
（4）双拖船并拖转向。 双拖船并拖要根据 2 艘拖船
（4）在 转 向 过 程 中 ，从 拖 船 要 随 同 主 拖 船 缓 慢 转
快速准确地求取实时的风流压差角， 是不断对航 向进行调整以保证船舶始终行驶在计划航线附近的依 据，也是进行船舶整体船位控制的关键。 在现代化的航 海背景下， 船舶通过卫星定位系统已经实现精确的实 时定位。 在同一时刻，GPS 设备中显示的 COG（对地航 向 ）项 目 即 为 本 船 当 时 的 航 迹 向 ，与 航 行 本 船 的 HDG （真航向）之间的夹角，即为本船实时的风流压差角。 3.3 求取允许偏航范围
回报， 对航道进行加长加深的动机远远大于拓宽的动 离，用来确定船舶是否在安全的航迹带内。 若大型船舶
机，航道越宽越安全，但成本也非常大，在安全与成本 航道航行中受到较大的横风横流， 则会产生较大的风
之间也在不断寻找着平衡。
流压差， 艏艉末端近岸壁侧的实际位置与驾驶台中心
随着来港船舶的增多，航道的利用率也越来越高， 船位具有较大横向位置差， 即驾驶台中心虽然处在安
以京唐港进港航道为例，在风流压差约 10°，驾驶 台中间船位显示船舶在中线时， 船舶整体船位的安全 偏航范围在迎流方向对 CAPE 型船仅 有 半 个 船 宽 ，因 此进入航道的时机选择、速度的控制（速度越慢，横风 流差越大）、航道内的避让都要小心谨慎，稍有差错就 可能进入危险境地。 要始终做到心中有数，对船舶在航 道中所能偏航的范围有基本把握，决不能将航道的一半 宽度作为艏艉 2 个方向上偏航的最大范围，而应快速地 对本船在不同风流压差角时的偏航范围作出估算。
域时，拖速应适当减小，能稳定航向即可。 由多次拖航 3 双拖船并拖应注意的问题
经验看，从拖船接拖缆绳不必一定用防磨链条，可利用
双拖船并拖虽然能够提高拖力、分散阻力，且不易
从拖船的主拖缆加 150 m 左右的强力尼龙缆再加 30 m 断缆，但在实际拖航中还需要注意以下问题。
左右钢丝短缆的方式连接拖力点。 带缆时，通过辅助港
可偏航距离更小。
表 3 船舶迎流端的船位安全裕量随风流压差角变化
γ/（°） 13 12 11 10 8
6
4
2
D1/m 18 21 25 29 37 47 54 63
表 4 船舶背流端的船位安全裕量随风流压差角变化
γ/（°） 13 12 11 10 8
6
4
2
D2/m 64 65 65 66 67 69 71 72
如何保证在有限的航道宽度内， 使船舶在整个航行期 1 航道情况
间始终处于安全的航迹带宽度内， 如何在越来越狭长
航道就是为引导船舶沿着足够水深的线路行驶的
的航道中保障船舶的航行安全，是亟待解决的问题。
通航水域。 以单向人工航道（为满足船舶航行所需的深
随着科技的发展，船舶定位手段越来越丰富，定位 度和宽度等要求，需要进行疏浚的航道）为例进行介绍。
的性能和尺度， 将主拖缆放至同等长度或从拖船船头 向，2 艘拖船要协同一致，避免偏荡加剧。
位于主拖船船中位置， 便于大角度转向和减小平台偏 4 结束语
转程度。 若拖航过程中左转向较多，则将从拖船置于主
拖带钻井平台等大型海上设施时， 若单艘拖船不
拖船右舷； 反之亦然。 在大角度转向时，2 艘拖船应实 满足拖力要求时，可采用双拖船并拖方案。 从 3 次成功
2015 年 1 月
航海技术
第1期
航道中航行船舶整体船位控制方法
冯华
（唐山港引航站）
0 引言
经差分修正后精度能达到厘米级。 需要注意，绝大多数
港口与航运业的迅猛发展， 为国家和地方经济作 船舶的定位或导航设备仅以驾驶台中心单点位置作为
出重要贡献。 为进一步挖潜增效，用有限资金获取更大 本船的船位， 并以此为基准显示与航道中线的偏航距
3.1 实例数据
以唐山港京唐港区主航道为例， 航道宽度 280 m，
CAPE 型散货船船长 292 m，驾驶台到船首距离 252 m，
船宽 45 m，航速 6 kn 以上。 查表 1 可知，C = B = 45 m，
通过式（1）和（2）可得
D1 ＝ 280 m/2 － 45 m － 45 m × cos γ/2 － 252 m × sin γ D2 ＝ 280 m/2 － 45 m － 45 m × cos γ/2 － 40 m × sin γ 正常航速下， 满载船舶漂移倍数 n 与风流压差偏
所示。
由各要素几何关系可知， 船舶迎流பைடு நூலகம்侧允许安全
偏航的最大距离
D1 ＝ W/2 － C － B × cos γ/2 － L1 × sin γ
（1）
船舶背流一侧允许安全偏航的最大距离
D2 = W/2 － C － B × cos γ/2 － L2 × sin γ
（2）
图 3 船舶航道航行要素几何关系
3 实例应用
角值见表 2。
表 2 不同风流情况下满载船舶漂移倍数与风流压差偏角
风力
横风 ≤ 7 级
横流/（m/s）V ≤ 0.25 0.25 ＜ V ≤ 0.50 0.50 ＜ V ≤ 0.75 0.75 ＜ V ≤ 1.00
漂移倍数 n 1.81
1.69
1.59
1.45
γ/（°）
3
7
10
14
根据唐山港京唐港区的水文资料可知， 近似垂直 于航道的最大流速为 0.5 ~ 0.6 m/s。由表 2 可知，在正常 航速情况下取风流压差偏角为 10°，但考虑到船舶在实 际操纵中由于避让和等待航道的过程中会出现维持舵 效的低速行驶，因此仍会出现较大的风流压差角。 3.2 确定风流压差角
驶台中心位于航道中线的背流一侧且距离 X ≈ （66 m －
30 m）/2 = 18 m 时 ， 船 舶 整 体 船 位 在 安 全 航 迹 带 的 中
间，即相对宽裕的位置上。
6 结束语
作为船舶驾引人员， 在狭窄航道中航行时要做到
知己，了解本船的特性，包括其整体船舶在水中的相对
位置。 同时，要对航道、水文要素等外界因素有充分的
4 数据分析（以艉机型船为例） （1） 当 在 受 横 风 流 影 响 的 航 道 中 操 纵 大 型 船 舶 航
行时，若仍将船位看成一个点保持在航道中线行驶，则 船舶的迎流端与航道岸壁的距离远小于背流端距岸壁 的距离，即在船首迎流方向允许偏航的余量非常有限。 若驾引人员习惯将船舶控制在上流位置航行， 只是参 考驾驶台中心的船位点而没有船舶整体船位的意识， 则会有较大的安全隐患。
（2）当 操 纵 船 舶 在 受 横 风 流 影 响 的 航 道 进 港 时 ， 总 希望在平流或缓流阶段通过防波堤， 以减少过堤口时 剪切流对船舶操纵的影响。 这样，在航道的整个进港航 行阶段，船舶的风流压差角是一个逐渐变小的过程，若 在操纵船舶时没有及时准确地修正航向， 仍以原来的 航向行驶， 迎流的船首端在很短时间内便会使船舶进 入危险的境地。 例如 CAPE 船，以 10 kn 速度航行，流压 差有 2°的变化，1 min 偏出约 10 m， 若没有船舶整体船 位的意识，依然只看导航设备才偏出 10 m，而没有引起 重视，则船首近岸侧离危险将越来越近。
理解，随着流速流向的变化，不断做出适合当时环境和
情况的调整，使本船始终处于相对安全的境地，确保船
舶在整个操纵过程中的安全。
（编辑 杨磊）
通过以上分析可知， 在驾驶台中心观察与导标的 偏航距离 X（即现导航设备显示的偏航数值），只有当 X = （D1 － D2）/2，艏艉距航道允许的航迹带边界的距离 才相等，即相对安全和更合理的要保持的船位。 同时也 希望导航设备软件供应商能够在导航信息显示中增加 艏艉安全偏航范围即 D1 和 D2，让驾引人员引起重视并 始终保持船舶在更合理的船位上。 5 实操中的快速估算法
时，可得：
D1 = 280 m/2 － 3 × 45 m/2 － 252 m × 10/60 ≈ 30 m D2 = 280 m/2 － 3 × 45 m/2 － 40 m × 10/60 ≈ 66 m
即 船 舶 驾 驶 台 中 心 位 置 在 航 道 中 线 迎 流 方 向 约 30 m
和在背流方向约 66 m 处为安全船位的边界，当船舶驾
参考文献 [1] 中国船级社. 海上拖航指南 2011[S]. 2011. [2] 于青政. 海上双拖船并拖的应用[J]. 天津航海，1981（2）： 22-23. [3] 张玉喜. 钻井平台拖带的建模与仿真[D]. 大连：大连海事大学，2010.
（编辑 陈锋杰）
作 者 简 介 ：冯 华 ，引 航 员 ，（E-mail）fenghua86@sina.com
的精度也越来越高。 尤其在沿岸水域航行的船舶，船位
（1）单 向 航 道 的 宽 度 （W）指 航 槽 断 面 设 计 水 深 处
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船开路、护航。
2 艘拖船均需慢速，辅助拖船协助控制平台位置，当从
（3）并拖带缆方法。 在单船拖带平台进入较开阔水 拖船缆绳收到约 150 m 时即可解拖。
据 式 （1） 和 （2） 可 计 算 在 不 同 的 风 流 压 差 角 对 应 的 可偏航范围，见表 3 和 4。
当船舶航速 V ＜ 6 kn 时，由表 1 可知 C = 0.75B，安
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航海技术
第1期
全偏航距离 D 为表格所求数值再加上 0.25B。 但需要
注意，船速越慢，风流压差角将显著增大，导致允许的
来港船舶的吨位也越来越大， 船舶在狭窄水道航行的 全区域，但受风流压差的影响，艏艉末端有可能处于比
距离和所受风流影响的时间也越来越长， 不断变化的 较危险的境地。 因此， 船舶在狭窄水域或航道中航行
风流压差，来往船舶的避让，会使船舶不断经历偏航、 时，如何迅速地确定船舶整体船位的位置，对大型船舶
修正，再偏航、再修正的蛇形运动过程。 作为驾引人员， 的航行安全有重要意义。