大連海事大學(xué)航海學(xué)院 張 杰 戴 冉 馮紀(jì)軍

沿岸航行是幾乎所有船舶整個(gè)航次中必不可少的部分，其自然條件和交通條件等交通環(huán)境復(fù)雜，航線附近的危險(xiǎn)物、障礙物較多，水深有時(shí)較淺，因此駕駛?cè)藛T必須謹(jǐn)慎對(duì)待。為確保船舶航行的安全，在安全的前提下達(dá)到經(jīng)濟(jì)，同時(shí)為保證航行計(jì)劃的順利實(shí)現(xiàn)，必須合理地設(shè)計(jì)航線。[1]其中，航線附近的危險(xiǎn)物是航線設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮的因素之一。尤其在交通環(huán)境復(fù)雜、船舶交通流密度大的沿海水域，合理設(shè)定航線避離危險(xiǎn)物的最佳安全距離對(duì)船舶航行的安全至關(guān)重要，對(duì)整個(gè)沿海水域高效、有序、平安的海上交通起到?jīng)Q定性作用。

經(jīng)過(guò)大量實(shí)船（不同種類不同噸級(jí)的船舶約6000艘）統(tǒng)計(jì)，98%以上的船舶在設(shè)定航線避離危險(xiǎn)物安全距離時(shí)都考慮了五點(diǎn)要素：定位、海圖測(cè)量精度、能見度情況、風(fēng)流對(duì)航行的影響以及船舶操縱性能。[1]但是，每個(gè)因素對(duì)安全距離的影響程度隨著船舶類型、噸級(jí)的不同而不同，尚不能具體量化。

本文在考慮上述五點(diǎn)影響因子的基礎(chǔ)上，從航行中船舶實(shí)際操縱的角度，分析船舶航行和避讓過(guò)程中占用的通航水域大小，進(jìn)而確定安全距離。

一、船舶航行狀態(tài)

船舶沿計(jì)劃航線航行過(guò)程中，通常有兩種操縱狀態(tài)：船舶航行操縱和船舶避碰操縱。

1.船舶航行操縱

船舶航行操縱主要是為了解決航路航線保持的問(wèn)題。船舶在海上航行過(guò)程中，除特殊情況外，通常不會(huì)隨意改變航速，故該航行狀態(tài)主要為保向操縱。船舶在直線航行過(guò)程中受到某種擾動(dòng)而改變了原航向，通過(guò)操縱能使船舶恢復(fù)在原航向上做直線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)性能稱為船舶保向性。通過(guò)操縱（小舵角）使船舶在短時(shí)間內(nèi)就能恢復(fù)原航向的直線運(yùn)動(dòng)，我們認(rèn)為其保向性好，反之則保向性差。

2.船舶避碰操縱

船舶避碰操縱主要是為了解決短時(shí)間船舶避險(xiǎn)的問(wèn)題。《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》規(guī)定，當(dāng)我船為讓路船或者責(zé)任船，而且有碰撞危險(xiǎn)時(shí)，我船需要采取避讓行動(dòng)。[2]通常做法是采用轉(zhuǎn)向避讓。船舶在海上轉(zhuǎn)向避碰操縱通常分兩種情況：

（1）小角度轉(zhuǎn)向避讓。通常在對(duì)遇狀態(tài)或交叉相遇狀態(tài)，經(jīng)過(guò)船舶之間良好的溝通，將船舶航向改變一定的角度（一般不超過(guò)20°），船舶在新航向航行一段時(shí)間，碰撞危險(xiǎn)或緊迫局面即可解除。隨后，船舶轉(zhuǎn)向回歸到原航行。

（2）大角度轉(zhuǎn)向避讓。通常在交叉相遇狀態(tài)，船舶雙方溝通不及時(shí)或錯(cuò)過(guò)最佳避讓時(shí)機(jī)，船舶需要大角度轉(zhuǎn)向甚至旋回方可解除碰撞危險(xiǎn)。

二、航行中船舶占用通航水域

船舶在海上航行過(guò)程中，在保證安全的前提下應(yīng)確保經(jīng)濟(jì)。盡管駕駛員盡可能沿計(jì)劃航線航行，但船舶實(shí)際航行過(guò)程中，無(wú)論是航行操縱還是船舶避碰操縱，都要占用計(jì)劃航線外的部分通航水域。[3]

（一）船舶航行操縱中占用通航水域

船舶在海上航行時(shí)，由于受到外界自然條件、船舶特征和人為因素的影響，為了保證船舶沿計(jì)劃航向航行，其航行軌跡在計(jì)劃航線左右擺動(dòng)，呈蛇形前進(jìn)，所占用的寬度為航跡帶寬度。

航跡帶寬度可以分為兩個(gè)部分，如圖1所示，一為船舶航行中在航跡附近的左右偏移量，二是船舶本身占用的航道空間。

參照《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013），[4]航跡帶寬度為

其中：A為航跡帶寬度；n為船舶漂移倍數(shù)；L為船舶長(zhǎng)度；γ為風(fēng)、流壓偏角；B為船舶寬度。航跡帶寬度即為船舶航行操縱占用的通航水域范圍。

圖1 航跡帶寬度示意圖

（二）船舶避碰操縱中占用通航水域

1.小角度轉(zhuǎn)向避讓

無(wú)論是對(duì)遇狀態(tài)還是交叉相遇狀態(tài)，船舶之間都應(yīng)經(jīng)過(guò)充分良好的溝通，及時(shí)作出避讓措施，船舶轉(zhuǎn)向后航行至與他船相距一定距離（如圖2所示），確保碰撞危險(xiǎn)或緊迫局面解除。[5]

圖2 小角度避讓示意圖

2.大角度轉(zhuǎn)向避讓

大角度轉(zhuǎn)向避讓分兩種情況：一是改變一定的角度（通常大于20°）；二是船舶通過(guò)旋回達(dá)到避讓的效果。

（1）改變一定的角度（通常大于20°）。

受人為因素和環(huán)境因素的共同影響，在某些交叉相遇狀態(tài)，本船航向需作出大角度改變方可解除碰撞危險(xiǎn)。這種情況的避讓方式與小角度轉(zhuǎn)向避讓類似，但是由于本船航向改變較大，駛過(guò)讓清他船可能偏離計(jì)劃航線較遠(yuǎn)。

（2）船舶旋回。

在某些船舶會(huì)遇局面，由于人為操作不當(dāng)，導(dǎo)致產(chǎn)生緊迫局面，本船必須旋回才能解除該危險(xiǎn)局面。該情況船舶占用的通航水域?yàn)橛?jì)劃航線外船舶的旋回水域，回轉(zhuǎn)初徑可以用來(lái)估算船舶用舵旋回掉頭所需的水域。見圖3。

圖3 船舶旋回避讓示意圖

三、基于大型船舶操縱模擬器的計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物安全距離分析

作者統(tǒng)計(jì)了曾參與過(guò)的全國(guó)沿海30多條航道船舶操縱模擬實(shí)驗(yàn)，由于各航道的功能定位不同，按照不同類型不同噸級(jí)船舶，考慮多種風(fēng)、流條件的通航環(huán)境，約1000次實(shí)驗(yàn)情況如下：船型主要有雜貨船、散貨船、集裝箱船、油船、滾裝船、化學(xué)品船、液化氣船和客船；船舶噸級(jí)分布于1000 t級(jí)至30萬(wàn)t級(jí)不等，以大型新型船舶為主；航道包括單向航道和雙向航道，以雙向航道為主；考慮到船舶實(shí)際航行海域情況，模擬實(shí)驗(yàn)包括單船模擬操縱和船舶對(duì)抗模擬操縱；考慮到人為因素影響，船舶操縱包括非故意延遲操縱和故意延遲操縱。

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)約1000次實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)不同船舶操縱（航行和避讓）情況得出95%累計(jì)頻率的安全距離值，該值略小于當(dāng)前營(yíng)運(yùn)中各類船舶實(shí)際設(shè)定值。因此，考慮到模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際船舶操縱存在差異，駕駛?cè)藛T模擬操縱時(shí)的心理壓力較小，作者汲取多位資深引航員和船長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)，賦予統(tǒng)計(jì)結(jié)果擴(kuò)大系數(shù)1.2，最終得出相對(duì)合理的計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離。

（1）船舶航行操縱中，計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離為航跡帶寬度。

（2）小角度轉(zhuǎn)向避讓操縱中，通過(guò)改變一定的角度（通常小于20°），計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離為1 n mile（狹窄水域除外）。否則，其最初作出小角度避讓的決策是欠合理的。

（3）大角度轉(zhuǎn)向避讓操縱中，通過(guò)改變一定的角度（通常大于20°），計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離為2 n mile。

（4）當(dāng)船舶需要旋回操縱來(lái)達(dá)到避讓的目的時(shí)，此為非良好船藝，而且恰好在危險(xiǎn)物附近旋回避讓的概率更低，從擬定計(jì)劃航線的角度考慮，不應(yīng)納入設(shè)定計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物安全距離的主要考慮因素。但船舶實(shí)際航行過(guò)程中，該情景也偶有發(fā)生，許多船員都有親身經(jīng)歷。尤其是在交通繁忙的水域，特別是和漁船協(xié)調(diào)避讓的時(shí)候，漁船時(shí)常不按規(guī)則航行，甚至“出爾反爾”，還有部分大船人為操作不當(dāng)，這都給大船造成很大的避讓壓力。因此，駕駛員擬訂航線的時(shí)候，應(yīng)考慮到該特殊情景。船舶旋回避讓操縱中，計(jì)劃航線距離危險(xiǎn)物的安全距離至少為船舶旋回初徑（與施舵舵角有關(guān)）。

四、結(jié)束語(yǔ)

在擬訂計(jì)劃航線時(shí)，駕駛?cè)藛T并不知道本次航行是否需要小角度或者大角度轉(zhuǎn)向避讓。通常，在通航密度較小的水域，設(shè)定計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離主要考慮航行操縱和小角度轉(zhuǎn)向避讓的情況；在通航密度相對(duì)較大的水域，安全距離的設(shè)定需要重點(diǎn)考慮到大角度轉(zhuǎn)向避讓的情況。因此，駕駛?cè)藛T應(yīng)根據(jù)不同航段的通航情況，參照本論文分析的船舶各種航行情景占用的通航水域，合理設(shè)定計(jì)劃航線避離危險(xiǎn)物的安全距離。

[1]郭禹,張吉平,戴冉.航海學(xué)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2014.

[2]洪碧光.船舶操縱:英文版[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2012.

[3]李源惠,潘明陽(yáng),吳嫻.基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模型的航線自動(dòng)生成算法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2007(3):34-39.

[4]JTS 165-2013海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2014.

[5]夏雷,姜漢心,汪柱.電子海圖最優(yōu)航線自動(dòng)生成算法的改進(jìn)[J].海洋測(cè)繪,2012(2):43-45.