簡單數(shù)學關系在大型船舶操縱中的應用

摘要：靠泊過程中對船舶橫移速度以及船舶與泊位間橫向距離的實時掌握是平穩(wěn)靠泊的前提條件。借助先進的導航儀器（特別是雷達），通過簡單的數(shù)學計算，使大型船舶操縱者能夠實時的估算出船舶運動動態(tài)的各項數(shù)值，來進一步指導具體的操作，從而達到安全靠泊的目的。

關鍵詞：橫移速度 橫距 轉頭角速度 切向速度

0 引言

在通常情況下，引航員長期在一個港口工作，通過不斷的經驗積累，練就了非凡的對船舶運動狀態(tài)的視覺感知能力，依靠這種能力就可以做到安全引領船舶，包括靠離泊操縱。但是這種感知能力（俗稱感覺），在錯綜復雜的引航環(huán)境及個人情緒的影響下，有可能會出現(xiàn)偏差。在不斷發(fā)展的電航儀器的支持下（特別是雷達技術的發(fā)展），使船舶操縱者更能把握船舶的真實運動狀態(tài)，從而大大減小了視覺誤差。但有些關鍵的數(shù)據，如橫移速度、距泊位橫距等無法直接讀取。通過簡單的數(shù)學計算，來估算出船舶橫移速度、橫距等具體數(shù)值，從而彌補了儀器的不足，使船舶操縱更加穩(wěn)定和安全。

1船舶橫移速度的估算

在大型船舶靠泊過程中，橫向移動速度（T.SPD）是船舶操縱者必須實時掌握的數(shù)據，船舶的SOG（對地速度），及SPD（船舶沿著船首向的縱向速度），在雷達顯示屏上都可以直接讀取，惟獨沒有船舶的橫向移動速度（裝有靠泊儀的船舶除外），而這個數(shù)據可以用簡單的數(shù)學公式計算得到。如圖1：

從圖1可以看出， T.SPD與SOG是正弦函數(shù)關系，即：

通過上述簡單計算，可以看出交角在30度角度時，橫移速度T.SPD就達到了SOG的一半，交角在45度角時，橫移速度T.SPD與SPD是相同的，交角在60度角時，橫移速度T.SPD就幾乎與SOG是一樣的，同時也可以看出基本上是以交角每增加5度角，系數(shù)增加值約為0.1，為了便于使用，可以按這種規(guī)律進行估算。對于大型船舶的靠泊，這樣的概算精度在安全余量上是足夠的。

在實際應用中，無論在航行還是在錨泊作業(yè)，當SOG方向與船首向的交角在30度以上時，船舶受到的風壓、流壓或綜合外力的影響已經是非常大了，需及時采取必要的措施來減少它的影響。當SOG方向與船首向的交角在60度以上時，基本可以斷定船舶整體是橫向漂移的。盡管這些細節(jié)非常簡單，但真正能夠對這種現(xiàn)象保持敏感度的人也并不在多數(shù)。

使用此種估算方法的注意事項：

① COG與SPD的數(shù)值是GPS導航儀的計算數(shù)值，在低速的情況下，這些數(shù)值可能會存在較大的誤差；

②計算橫移速度時，船舶應該處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在運動突變的過程中不具有參考性，比如倒車止速和大幅度航向改變過程中等；

③橫向速度是垂直于船舶船首向的速度分量，當船首向與泊位平行時，此速度也就是船舶對泊位的橫向移動速度，如圖2所示：

④無論如何，不能放棄目力對船舶運動狀態(tài)的觀測和判斷，在相互比對中使用。

2與泊位橫距的估算

大型船舶在接近泊位的過程中，船舶與泊位間的橫距也是需要時刻掌握的另一個重要數(shù)據。船舶駕駛臺距泊位的橫距可以通過雷達測距直接讀取，盡管也存在一定的誤差，但它是橫距數(shù)值的唯一來源（裝有靠泊儀的船舶除外），而離泊位橫距最近的船首（特指駕駛臺在尾部的船舶一般情況下的正向靠泊），卻不能很好的掌握，它可以通過簡單的估算得到，如圖3：

船首距泊位的實際距離是CD=OB=AB-OA，AB是雷達測距，而OA=L.O.A*SINθ，θ是船首向與泊位走向的夾角，θ角的取值也按照第一大點中所述，在達到30度角時，船首的橫距比船尾的橫距少了船長的一半，對于大型船舶來講，特別是300米以上的船舶，150米左右的距離也是相當?shù)捏@人的。為了便于計算，也可以按照每5度，增加0.1的系數(shù)進行計算，能夠比較方便的獲得船首橫距，比如船長300米，角度是15度，那么系數(shù)是0.3，如船尾橫距是200米，那么船首距離泊位是110米。

在通常的靠泊過程中，靠泊角度小于45度，在此角度內，也可以按照SIN1°=0.017452為單位進行計算，330米長的VLCC油輪每一度的差值是5.76米，實際操作中可以按6米計算，290米的CAPE型船舶每一度的差值是5.06米，實際操作中可以按5米計算。

通過對船首與泊位橫距的實時把握，就可以判斷現(xiàn)在的靠泊角度與橫移速度是否妥當，并根據判斷結果進行必要的調整。

3 船舶自力調頭過程中，甩尾切向速度的估算

船舶依靠自身車舵調頭過程中，當開始轉向時，在轉頭角速度增加及船舶速降的雙重影響下，它的SOG矢量線會大大落后于船舶的真實整體運動方向，產生這種現(xiàn)象的緣由是由于矢量線以雷達天線為中心點（也可以說以駕駛臺為中心點），而船舶的調頭是一個甩尾的過程，SOG矢量線的大小與方向受甩尾切向速度的影響很大，由此給船舶操縱者帶來了假象，誤導了對流壓的判斷，從而可能造成后續(xù)的一系列操作的錯誤，因此對切向速度進行計算，從而去評估當時真實SOG矢量線的大小與方向，為船舶操作提供更可靠的依據。

以下內容討論的前提條件是船舶在具有較快的對水速度的狀態(tài)下自力調頭時繞轉心點旋轉時，轉心點P假定在船舶的船首位置，而在慢速或依靠拖輪等外力進行調頭時，它的轉心點P的位置是要改變的。如圖4所示：

在平流狀態(tài)下，以船首P位置為轉心點，甩尾切向速度的估算：假設轉頭角速度R.O.T為1°/MIN，駕駛臺到船首的距離為300米，那么：線速度=（πD/360）*1=5.2米/分=312米/小時 =0.17節(jié)≌0.2節(jié)。當R.O.T為10度，甩尾切向速度為2節(jié)左右（相當于橫移速度為2節(jié)），假設SOG顯示是4節(jié)，那么SOG與船首向的夾角是30度，當實際的情況是SOG矢量線與船首向的夾角遠大于30度，那么流壓比較大，當SOG矢量線與船首向的夾角在30度附近（或稍微大于30度），則流壓不大，但是一旦小于30度，那么要警惕可能已經順流了，如同時出現(xiàn)速度衰減不大的狀況，更可以斷定已為順流狀態(tài)。

綜上所述，根據R.O.T的大小，結合本船的長度，可以先計算出即時切向速度，然后推斷SOG矢量線與船首向的夾角，再與實際的SOG矢量線進行比較，最終來估算實際的流壓大小。在實際操作中，可以記住兩種典型船舶的切向速度值，船舶長度在200米左右的，可以按照R.O.T為1°/MIN，切向速度為0.1節(jié)計算，船舶長度在300米左右的，按照R.O.T為1°/MIN，切向速度為0.2節(jié)計算。

本文所述船舶運動狀態(tài)的各項數(shù)值估算方法，存在一定的誤差，但對于大型船舶的駕引人員來說，這種方法簡單可行，易于掌握，希望對駕引人員有所幫助。

參考文獻

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