內(nèi)容提要：為保證船舶的安全營(yíng)運(yùn)，現(xiàn)代航海技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用并保持持續(xù)快速的發(fā)展，如雷達(dá)ARPA、AIS、ECDIS的綜合運(yùn)用；基于高精度定位等各類傳感器技術(shù)的應(yīng)用；基于網(wǎng)絡(luò)的本船內(nèi)部及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)或近于實(shí)時(shí)的監(jiān)控等等，對(duì)防范船舶碰撞、觸礁、觸淺等海事的發(fā)生發(fā)揮了重要作用。但現(xiàn)代航海技術(shù)均各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文將對(duì)當(dāng)前流行的幾種船舶避碰手段進(jìn)行分析，旨在提出一些注意點(diǎn)，供參考。

關(guān)鍵詞：避碰 雷達(dá) AIS&ECDIS 傳感器

1船舶碰撞危險(xiǎn)判定的核心參數(shù)

經(jīng)典船舶碰撞危險(xiǎn)判斷的依據(jù)是測(cè)算目標(biāo)船的六大參數(shù)：TB真方位、D距離、DCPA最近會(huì)遇距離、TCPA到達(dá)最近會(huì)船點(diǎn)所需時(shí)間、TC目標(biāo)真航向、TV目標(biāo)真航速。對(duì)于船舶會(huì)遇危險(xiǎn)的考慮優(yōu)先順序又從兩個(gè)層面入手：一是位置關(guān)系，一般采納先近后遠(yuǎn)，先首后尾，先正橫前后正橫后，先右后左的順序，但這種原則并未考慮船舶之間的位置變化規(guī)律，只能是在最初發(fā)現(xiàn)來(lái)船，所有標(biāo)繪活動(dòng)尚未開(kāi)始時(shí)的一種粗淺的信息處理的先后排序；二是從DCPA、TCPA入手，認(rèn)為DCPA小于安全值為危險(xiǎn)船，且越小越危險(xiǎn)，結(jié)合TCPA來(lái)決定危險(xiǎn)的緊迫程度，認(rèn)為TCPA小于設(shè)置范圍則存在緊急碰撞危險(xiǎn)，同時(shí)根據(jù)《國(guó)際海上避碰規(guī)則》要求，把會(huì)遇過(guò)程中的碰撞階段分為自由行動(dòng)階段、碰撞危險(xiǎn)階段、緊迫局面階段、緊迫危險(xiǎn)階段。按會(huì)遇態(tài)勢(shì)劃分對(duì)不同區(qū)域的來(lái)船，本船又存在直航權(quán)利與讓路義務(wù)之分，并對(duì)不同會(huì)遇態(tài)勢(shì)下本船與來(lái)船的行動(dòng)許可作了詳盡的規(guī)定，《規(guī)則》還在能見(jiàn)度不良時(shí)作了進(jìn)一步陳述，此時(shí)船舶互有避讓義務(wù)①。

可見(jiàn)，DCPA、TCPA是海上避讓的決定碰撞危險(xiǎn)度的核心參數(shù)，對(duì)于船舶避碰行為的取決，DCPA、TCPA是前提，以此評(píng)判是否避讓，避讓或虛擬避讓(試操船)的效果也通過(guò)它們來(lái)評(píng)價(jià)。

2雷達(dá)與AIS獲得DCPA與TCPA的過(guò)程分析

2．1雷達(dá)ARPA協(xié)助避碰求取DCPA與TCPA

雷達(dá)協(xié)助船舶避碰是船舶探測(cè)目標(biāo)并加以分析與決策的重要手段，特別是在能見(jiàn)度不良的情況下，這種手段尤顯重要。雷達(dá)利用電磁波的反射特性測(cè)得目標(biāo)相對(duì)我船的方位，即舷角，將我船的羅經(jīng)航向考慮進(jìn)去即得到目標(biāo)的真方位。在某一時(shí)刻測(cè)得目標(biāo)的方位和距離即得到目標(biāo)這一時(shí)刻的位置A，隨后進(jìn)行目標(biāo)的系統(tǒng)觀測(cè)，經(jīng)過(guò)△t時(shí)間后，用同樣方法得到目標(biāo)的第二位置B。

目標(biāo)船相對(duì)航速、航向的計(jì)算：由圖1可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)A、B位置差解算，可以推算出目標(biāo)船的相對(duì)航向jR，及相對(duì)航速VR。

當(dāng)系統(tǒng)觀測(cè)目標(biāo)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，我們根據(jù)VR，jR及B點(diǎn)的位置可求得目標(biāo)的DCPA與TCPA。

DCPA=R2sin(jR-B2)

TCPA=R2cos(jR-B2)/VR

2．2 AIS協(xié)助避碰求取DCPA與TCPA

AIS協(xié)助船舶避碰，是船舶相互發(fā)送與接收船舶位置及運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息并附加船舶的靜態(tài)信息，為船舶避讓決策提供重要參考，并同時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行識(shí)別以利于有效溝通。近年來(lái)，這一手段以其高效、直觀、良好的數(shù)據(jù)兼容性、易于疊加與共享。得到了全面的重視及廣泛的應(yīng)用。

AIS設(shè)備利用甚高頻81、82頻段，采用SOTDMA自組織時(shí)分多址技術(shù)，在一定的電磁波覆蓋范圍內(nèi)，一定的容量下，實(shí)現(xiàn)船舶間，或與岸基臺(tái)的有效的無(wú)擁塞通信，通信的內(nèi)容包含目標(biāo)的靜態(tài)信息：如船名、呼號(hào)、IMO編號(hào)、MMSI等；和目標(biāo)船傳感器動(dòng)態(tài)信息：如GPS(GNSS)船位信息、航向信息、航速信息等②。

在避碰決策計(jì)算中，首先要將我船與目標(biāo)船的地理位置信息換算為相對(duì)我船的位置數(shù)據(jù)。設(shè)我船船位為(λ0，φ0)，目標(biāo)船船位為(λt，φt)，則目標(biāo)船與我船的位置差為(Dλ，Dφ)，其中：Dλ=λt-λ0 Dφ=φt-φ0(計(jì)算時(shí)北緯、東經(jīng)取正值，南緯、兩經(jīng)取負(fù)值)。

根據(jù)航海學(xué)，目標(biāo)方位：，其中DMP為緯度漸長(zhǎng)率差。因在避碰中，目標(biāo)與我船位置較近，近似認(rèn)為。

目標(biāo)的距離：。

目標(biāo)相對(duì)我船航向、航速計(jì)算：AIS船舶航向航速數(shù)據(jù)來(lái)源于羅經(jīng)、計(jì)程儀等傳感器。設(shè)我船航向、航速為(TC0，TV0)，目標(biāo)船航向、航速為(TC1，TV1)，目標(biāo)的相對(duì)航向jR，及相對(duì)航速VR可作如下求解，見(jiàn)圖2：

3運(yùn)用雷達(dá)與AIS協(xié)助船舶避碰的比較

3.1漏警與虛警方面

雷達(dá)電磁波具有直線傳播的特性，因此雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)存在陰影區(qū)，另外受雷達(dá)天線高度與垂直波束寬度的限制，以及雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度與收發(fā)開(kāi)關(guān)恢復(fù)時(shí)間的限制，雷達(dá)觀測(cè)存在盲區(qū)。這樣近距離目標(biāo)、遮擋物后的目標(biāo)有可能探測(cè)不到，另外對(duì)于反射性能不好的目標(biāo)在發(fā)現(xiàn)方面亦存在欠缺，ARPA對(duì)目標(biāo)的跟蹤還存在目標(biāo)丟失與誤跟蹤現(xiàn)象。

而AIS對(duì)所有安裝了AIS裝置的物體，在有效范圍內(nèi)，探測(cè)能力大大增強(qiáng)。例如，從黃浦江駛出的船舶與從海入長(zhǎng)江或由長(zhǎng)江入海的船舶之間，往往由于岬角形成的陰影，雷達(dá)難以探測(cè)，而AIS可以有效探測(cè)，甚至從AIS靜態(tài)信息中可以知道目標(biāo)船上下水意圖。但AIS也存在很大漏警問(wèn)題，對(duì)未安裝AIS的目標(biāo)船、地理目標(biāo)(如浮筒等)都不能探測(cè)，應(yīng)考慮補(bǔ)充手段。

3.2避碰數(shù)據(jù)的可靠性方面

雷達(dá)對(duì)船舶避碰的核心數(shù)據(jù)CPA、TCPA的計(jì)算是由目標(biāo)前后相對(duì)我船的位置改變計(jì)算而得的，顯然誤差來(lái)源在雷達(dá)本身，本船與目標(biāo)船的航向、航速數(shù)據(jù)的誤差都不致對(duì)其構(gòu)成影響。

而AIS對(duì)目標(biāo)的避碰核心數(shù)據(jù)的計(jì)算，是由我船、它船地理位置反推相對(duì)位置，再以此位置關(guān)系為基礎(chǔ)．依靠我船航向、航速及目標(biāo)船航向、航速反算出來(lái)的。其中船舶定位傳感器、航速傳感器、航向傳感器的誤差均成為避碰核心數(shù)據(jù)的誤差來(lái)源。因此相比較后。雷達(dá)ARPA在避碰數(shù)據(jù)的可靠性方面明顯優(yōu)于AIS。當(dāng)然，通過(guò)提高船位、航速、航向傳感器的可靠性與精確度，將使AIS給出的避碰數(shù)據(jù)更可信④。

3.3避碰數(shù)據(jù)給出的快速性方面

雷達(dá)對(duì)船舶避碰的核心數(shù)據(jù)CPA、TCPA的計(jì)算，必須有足夠的時(shí)間等待相對(duì)位置的改變，才能推算出后續(xù)的相對(duì)位置變化規(guī)律，當(dāng)原有的相對(duì)位置變化規(guī)律被破壞后，又需要重新等待。一般，人工標(biāo)繪得到目標(biāo)的DCPA、TCPA需要6-12min，ARPA標(biāo)繪也需要3min左右的延時(shí)，很顯然是不及時(shí)的。

而AIS從其計(jì)算機(jī)理可以看出，它可以實(shí)時(shí)給出該數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)非?？少F，尤其在頻繁操縱的通航環(huán)境中，可以隨時(shí)知悉碰撞危險(xiǎn)。

3．4協(xié)調(diào)與查核方面

由于AIS的首要功能是船舶識(shí)別。它在船舶溝通方面的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)非凡，這一點(diǎn)雷達(dá)ARPA是無(wú)法相比的。AIS還能提供更多的信息使雙方方便地了解對(duì)方的操縱意圖，使得避讓更為及時(shí)與協(xié)調(diào)；在避讓行動(dòng)實(shí)施后，AIS以其計(jì)算的實(shí)時(shí)性，還能更快地提供避讓效果，很大程度減少了不協(xié)調(diào)避讓③。

4結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用雷達(dá)和AIS協(xié)助避讓時(shí)，應(yīng)清醒考慮到AIS與雷達(dá)ARPA提供避碰數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。可利用雷達(dá)目標(biāo)的位置來(lái)分析AIS目標(biāo)位置的準(zhǔn)確度，不致造成因GPS船位誤差引起AIS目標(biāo)船相對(duì)我船的位置偏差；在我船與目標(biāo)船穩(wěn)定航行時(shí)，可利用雷達(dá)ARPA給出的CPA、TCPA以及相對(duì)矢量來(lái)分析AIS給出的CPA、TCPA與相對(duì)矢量，如有誤差，應(yīng)分析AIS產(chǎn)生誤差的原因，并清醒認(rèn)識(shí)到此時(shí)不能依賴AIS；在經(jīng)核對(duì)AIS不存在這些誤差時(shí)?？沙浞掷?/SPAN>AIS便于溝通與快速處理的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)有效審核與協(xié)調(diào)避讓，同時(shí)在此基礎(chǔ)上，更應(yīng)利用AIS與ECDIS良好兼容的特點(diǎn)，對(duì)照地理目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)避讓與導(dǎo)航的完美結(jié)合。

作者：馮愛(ài)國(guó)  來(lái)源：航海技術(shù)