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經(jīng)驗交流

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考
時間:2009年01月09日   作者:佚名  點擊次數(shù): 【字體:

內(nèi)容提要:為保證船舶的安全營運,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ARPA、AIS、ECDIS的綜合運用;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)部及遠程實時或近于實時的監(jiān)控等等,對防范船舶碰撞、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,本文將對當(dāng)前流行的幾種船舶避碰手段進行分析,旨在提出一些注意點,供參考。

關(guān)鍵詞:避碰 雷達 AIS&ECDIS 傳感器

1船舶碰撞危險判定的核心參數(shù)

經(jīng)典船舶碰撞危險判斷的依據(jù)是測算目標船的六大參數(shù):TB真方位、D距離、DCPA最近會遇距離、TCPA到達最近會船點所需時間、TC目標真航向、TV目標真航速。對于船舶會遇危險的考慮優(yōu)先順序又從兩個層面入手:一是位置關(guān)系,一般采納先近后遠,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)來船,所有標繪活動尚未開始時的一種粗淺的信息處理的先后排序;二是從DCPATCPA入手,認為DCPA小于安全值為危險船,且越小越危險,結(jié)合TCPA來決定危險的緊迫程度,認為TCPA小于設(shè)置范圍則存在緊急碰撞危險,同時根據(jù)《國際海上避碰規(guī)則》要求,把會遇過程中的碰撞階段分為自由行動階段、碰撞危險階段、緊迫局面階段、緊迫危險階段。按會遇態(tài)勢劃分對不同區(qū)域的來船,本船又存在直航權(quán)利與讓路義務(wù)之分,并對不同會遇態(tài)勢下本船與來船的行動許可作了詳盡的規(guī)定,《規(guī)則》還在能見度不良時作了進一步陳述,此時船舶互有避讓義務(wù)。

可見,DCPA、TCPA是海上避讓的決定碰撞危險度的核心參數(shù),對于船舶避碰行為的取決,DCPA、TCPA是前提,以此評判是否避讓,避讓或虛擬避讓(試操船)的效果也通過它們來評價。

2雷達與AIS獲得DCPATCPA的過程分析

21雷達ARPA協(xié)助避碰求取DCPATCPA

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

目標船相對航速、航向的計算:由圖1可見,經(jīng)過AB位置差解算,可以推算出目標船的相對航向jR,及相對航速VR。

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

當(dāng)系統(tǒng)觀測目標到達B點時,我們根據(jù)VRjRB點的位置可求得目標的DCPATCPA。

DCPA=R2sin(jR-B2)

TCPA=R2cos(jR-B2)/VR

22 AIS協(xié)助避碰求取DCPATCPA

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動參數(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,并同時對船舶進行識別以利于有效溝通。近年來,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8182頻段,采用SOTDMA自組織時分多址技術(shù),在一定的電磁波覆蓋范圍內(nèi),一定的容量下,實現(xiàn)船舶間,或與岸基臺的有效的無擁塞通信,通信的內(nèi)容包含目標的靜態(tài)信息:如船名、呼號、IMO編號、MMSI等;和目標船傳感器動態(tài)信息:如GPS(GNSS)船位信息、航向信息、航速信息等

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

根據(jù)航海學(xué),目標方位基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考,其中DMP為緯度漸長率差。因在避碰中,目標與我船位置較近,近似認基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考。

目標的距離:基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考。

目標相對我船航向、航速計算:AIS船舶航向航速數(shù)據(jù)來源于羅經(jīng)、計程儀等傳感器。設(shè)我船航向、航速為(TC0,TV0),目標船航向、航速為(TC1,TV1),目標的相對航向jR,及相對航速VR可作如下求解,見圖2

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

基于雷達、AIS的船舶避碰若干問題的思考

3運用雷達與AIS協(xié)助船舶避碰的比較

3.1漏警與虛警方面

雷達電磁波具有直線傳播的特性,因此雷達對目標的探測存在陰影區(qū),另外受雷達天線高度與垂直波束寬度的限制,以及雷達發(fā)射脈沖寬度與收發(fā)開關(guān)恢復(fù)時間的限制,雷達觀測存在盲區(qū)。這樣近距離目標、遮擋物后的目標有可能探測不到,另外對于反射性能不好的目標在發(fā)現(xiàn)方面亦存在欠缺,ARPA對目標的跟蹤還存在目標丟失與誤跟蹤現(xiàn)象。

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

3.2避碰數(shù)據(jù)的可靠性方面

雷達對船舶避碰的核心數(shù)據(jù)CPA、TCPA的計算是由目標前后相對我船的位置改變計算而得的,顯然誤差來源在雷達本身,本船與目標船的航向、航速數(shù)據(jù)的誤差都不致對其構(gòu)成影響。

AIS對目標的避碰核心數(shù)據(jù)的計算,是由我船、它船地理位置反推相對位置,再以此位置關(guān)系為基礎(chǔ).依靠我船航向、航速及目標船航向、航速反算出來的。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)的誤差來源。因此相比較后。雷達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

3.3避碰數(shù)據(jù)給出的快速性方面

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

AIS從其計算機理可以看出,它可以實時給出該數(shù)據(jù),這一點非常可貴,尤其在頻繁操縱的通航環(huán)境中,可以隨時知悉碰撞危險。

34協(xié)調(diào)與查核方面

由于AIS的首要功能是船舶識別。它在船舶溝通方面的優(yōu)勢表現(xiàn)非凡,這一點雷達ARPA是無法相比的。AIS還能提供更多的信息使雙方方便地了解對方的操縱意圖,使得避讓更為及時與協(xié)調(diào);在避讓行動實施后,AIS以其計算的實時性,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。

4結(jié)束語

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

作者:馮愛國  來源:航海技術(shù)

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