三、水運交通安全技術(shù)措施

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　　1．船舶導航與定位

　　1）航向。為了保證船舶航行安全，首先要確定船舶的航向與位置。實(shí)際航向有3種。首先是羅經(jīng)航向，它是由羅經(jīng)直接指示的船首方向。羅經(jīng)航向經(jīng)過(guò)羅經(jīng)誤差修正后得到正確的船首方向，稱(chēng)為真航向。由于風(fēng)、流的影響，船舶運動(dòng)的速度是船舶在靜水中運動(dòng)的速度與風(fēng)流引起的速度的合速度，該合速度的方向是船舶重心軌跡的方向，稱(chēng)為航跡向。

　　測定船首方向的主要儀器羅經(jīng)包括磁羅經(jīng)、陀螺羅經(jīng)。由于地磁場(chǎng)的南北極與地球的磁羅經(jīng)南北極不一致，地磁場(chǎng)隨地理位置而變化，磁羅經(jīng)又受周?chē)蔫F磁性物質(zhì)的影響，因此磁羅經(jīng)的誤差變化較大，使用時(shí)必須進(jìn)行誤差校正。陀螺羅經(jīng)是利用繞定點(diǎn)轉動(dòng)的高速旋轉陀螺儀的定軸性與進(jìn)動(dòng)性，借助于控制系統及阻尼系統使陀螺儀的軸自動(dòng)指北，并能跟隨地球自轉，精確跟蹤地理子午面的指北儀器。由于陀螺羅經(jīng)安裝時(shí)基線(xiàn)與船舶首尾線(xiàn)不一致會(huì )造成基線(xiàn)誤差，此外由于陀螺羅經(jīng)的結構以及船舶運動(dòng)會(huì )引起緯度誤差、速度誤差、沖擊誤差與搖擺誤差等。這些誤差通過(guò)校正或補償的方法，一般均可控制在較小的范圍之內。

　　2）定位。定位方法按照參照目標可分為岸基定位與星基定位。

　　岸基定位是利用岸上目標定位，如燈標，山頭以及導航系統中的信號發(fā)射臺等都是岸基目標。最普通的岸基定位是用肉眼通過(guò)羅經(jīng)測定燈標、山頭等顯著(zhù)物標的方位，或通過(guò)六分儀測定目標的距離，然后得出幾個(gè)目標的方位或距離的位置線(xiàn)，相交求出船位。雷達定位是通過(guò)雷達脈沖遇到顯著(zhù)物標反射回來(lái)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間及方向測定物標的距離和方位，得出位置線(xiàn)，相交而定出船位。有些導航系統，如勞蘭C，它是利用到兩個(gè)定點(diǎn)（信號與發(fā)射臺）的距離差為定值的點(diǎn)的軌跡作為位置線(xiàn)，測定兩發(fā)射臺信號到船舶的傳播時(shí)間差，而得出雙曲線(xiàn)位置線(xiàn)。因而稱(chēng)其為雙曲線(xiàn)導航系統。

　　星基定位是以星體為參照物測定船舶位置的方法。傳統的星基定位方法是利用天體，包括太陽(yáng)、月亮、恒星、行星與船舶的相對位置來(lái)確定船舶的位置，稱(chēng)為天文定位。

　　衛星導航系統是以人造地球衛星為參照目標的位置測定系統。目前使用最廣泛的是美國從1973年開(kāi)始研制到1993年投入使用的全球定位系統（Global Positioning System，GPS）。它包括24顆衛星，分布在6個(gè)軌道平面，衛星高度為20200km.它是利用已知空間位置的人造衛星發(fā)射的電磁波，測定其衛星到接收機天線(xiàn)的距離。若同時(shí)測量三顆衛星的距離，則可求得接收機的三維位置，經(jīng)度、緯度和高度。若使用的全球定位系統同時(shí)測量四顆衛星的距離，除測定接收機的三維位置外，還可求得接收機的鐘差。

　　為了提高GPS的定位精度，目前沿海地區使用最多的是差分GPS.它是用一臺精確位置已知的GPS接收機作為基準接收機，測得所在地的各種誤差，而附近的GPS用戶(hù)接收機在接收含有各種誤差的GPS信號的同時(shí)，還接收基準臺發(fā)送的誤差信息，經(jīng)過(guò)修正后，得到精確的位置信息。當用戶(hù)距基準臺100km時(shí)，水平位置誤差在5m以?xún)?。我國?ldquo;九五”期間建成沿海無(wú)線(xiàn)電指向標差分全球定位系統臺鏈（RBN／DGPS）。

　　2．船舶操縱與避碰

　　控制船舶運動(dòng)的設備是推進(jìn)器（車(chē)）與舵。在海上航行時(shí)一般只用舵控制，當測得船舶位置偏離計劃航線(xiàn)，或船首偏離設定航向時(shí)，要設法使船舶以最有效的方法回到計劃航線(xiàn)與設定航向?？刂坪较虻闹饕O備是舵，在港內或狹水道，對有雙螺旋槳或側推器的船舶，在用舵的同時(shí)也可用雙槳配合或側推器來(lái)控制船首向。在狹水道或港內一般由人工操舵；在海上一般采用自動(dòng)操舵控制航向。自動(dòng)操舵大致可分為兩類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為航向保持系統，另一類(lèi)稱(chēng)為航跡保持系統。航向保持系統是根據船首向與設定航向的偏差，通過(guò)控制系統來(lái)控制舵角，使船首回到設定航向。根據控制系統的原理不同分為PID（比例一積分一微分）自動(dòng)操舵，自適應自動(dòng)操舵等。此外，新的自動(dòng)操舵中還采用模糊控制，多模式控制等先進(jìn)技術(shù)。航跡保持系統是根據定位信息測定航跡偏離程度，通過(guò)計算確定出最有效舵角與舵角執行時(shí)間，使船舶能最快、最省燃料的回到設定航線(xiàn)上來(lái)。

　　舵用于控制航向，螺旋槳用于推進(jìn)與制動(dòng)船舶。要控制船舶的航向、位置、速度、回轉角速度等，必須掌握船舶的操縱特性。了解船舶在舵作用下的保向與改向能力，慣性停船沖程及螺旋槳逆轉制動(dòng)沖程等規律。這些規律一般用船舶操縱運動(dòng)方程式來(lái)描述。

　　根據《國際海上避碰規則》避碰是指航行中各類(lèi)水上運輸工具相互間的避讓。一般是通過(guò)航行值班人員的嘹望與儀器觀(guān)測來(lái)判斷是否有碰撞危險，然后用舵與車(chē)來(lái)避免本船與他船的碰撞，但至今尚沒(méi)有一套實(shí)用的閉環(huán)的自動(dòng)避碰系統。目前使用最廣泛的雷達自動(dòng)標繪儀（ARPA），是根據雷達的目標回波經(jīng)過(guò)量化、濾波和跟蹤處理后得出的目標運動(dòng)軌跡，在雷達熒光屏顯示目標的相對運動(dòng)矢量或目標的預示危險區（PAD），向駕駛人員提供避碰信息，然后由駕駛人員采取避碰措施。但由于噪聲干擾等引起的目標回波誤差，本船航向誤差，使濾波跟蹤后得到的目標軌跡有誤差，還會(huì )引起跟蹤目標丟失或誤跟蹤。目標船的運動(dòng)不是本船所能控制的，它有相當的隨機性。由于這些原因，使得帶ARPA的雷達也只能向駕駛人員提供避碰信息，而不能進(jìn)行自動(dòng)避碰。

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