淺析航標(biāo)燈浮的位置問題

陸一軍 姜新園

摘要：介紹航標(biāo)燈浮的結(jié)構(gòu)、水下姿態(tài)、浮標(biāo)位置設(shè)計及拋設(shè)施工限差要求，收集不同水域燈浮標(biāo)位置數(shù)據(jù)，進(jìn)行燈浮標(biāo)位置偏差、位移原因分析，提出控制方法，使航海人員對航標(biāo)燈浮有進(jìn)一步的了解。同時，介紹航標(biāo)燈浮的實用測量方法，對航標(biāo)巡檢人員實施燈浮標(biāo)巡檢定位提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：燈浮標(biāo) 位置 偏差 分析 測量

0 前言

航標(biāo)是航海者的指路明燈，航標(biāo)位置的準(zhǔn)確性是航標(biāo)發(fā)揮效能的前提。燈浮標(biāo)常常因為拋設(shè)施工的誤差、潮流引起的回旋、水流湍急或被撞引起的移位等情況產(chǎn)生偏移設(shè)計位置的情況。在用戶調(diào)查中，也常有航海、疏浚作業(yè)等水工施工人員咨詢此類問題。一些航標(biāo)巡檢作業(yè)人員在燈浮標(biāo)位置測定的方法上也存在著誤區(qū)。筆者就燈浮標(biāo)系碇結(jié)構(gòu)、位置設(shè)計、拋設(shè)施工、回旋范圍及位置測量等進(jìn)行闡述。

1 燈浮標(biāo)結(jié)構(gòu)及水下姿態(tài)

1.1燈浮標(biāo)結(jié)構(gòu)

以浮體直徑分，燈浮標(biāo)有1.2米、1.5米、1.8米、2.4米、3.0米、5.0米等規(guī)格，東海海區(qū)90%以上的燈浮標(biāo)為2.4米。燈浮標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)從上往下包括器材、燈架、浮體、錨鏈、沉石等，具體見圖1。

燈浮標(biāo)的系碇結(jié)構(gòu)由馬鞍鏈、錨鏈、沉錘及連接件組成。

根據(jù)IALA《助航指南》推薦，小于50米水深的通航水域，錨鏈的最小長度為該地點最大水深（最高潮位和最大波高一半之和）的2倍。東海海區(qū)規(guī)定，浮標(biāo)錨鏈的長度取浮標(biāo)設(shè)置地最高海平面時水深的3倍。實際上，航標(biāo)施工單位有時為了確保燈浮標(biāo)位置的穩(wěn)固性，實際配置錨鏈長度可能會更大。在長江口水域一般燈浮標(biāo)錨鏈實際拋設(shè)長度為2節(jié)或2.5節(jié)。

燈浮標(biāo)在水中絕大部分采用沉石或鑄鐵沉錘固定其位置，2.4米燈浮標(biāo)的沉石為約1.8米×1.8米×0.6米混凝土預(yù)制塊，重量一般為5噸。對經(jīng)常發(fā)生燈浮標(biāo)移位的水域，可考慮采用5噸鑄鐵沉錘、適當(dāng)增加沉石重量，或采用雙沉錘的拋設(shè)工藝，確保浮標(biāo)穩(wěn)定性。沉石的采購成本僅為鑄鐵沉錘的十分之一。常用5噸沉錘（石、鑄鐵），見圖2。

1.2燈浮標(biāo)系碇結(jié)構(gòu)水下姿態(tài)

弄清系碇結(jié)構(gòu)的水下姿態(tài)是分析燈浮標(biāo)回旋范圍的前提，但難以取得其直觀的視覺效果。筆者選取三個不同海域燈浮標(biāo)大潮汛期間急漲、急落水時段位置資料，進(jìn)行了計算分析，見表1-1。

從表1-1數(shù)據(jù)成果可以初步看出：

（1）燈浮標(biāo)的根（碇點）若去除定位和拋設(shè)施工誤差，大多數(shù)也不位于設(shè)計位置上，其偏移的位置大都與錨鏈長度、海域水流速度呈正相關(guān)，與浮標(biāo)拋設(shè)時間呈負(fù)相關(guān)。

（2）燈浮標(biāo)的回旋半徑均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。根據(jù)經(jīng)驗分析，燈浮標(biāo)拋設(shè)經(jīng)過多個小潮汛以后，靠近沉石的部分錨鏈逐步被淤入海床中，形成地鏈，會使燈浮標(biāo)的實際碇點發(fā)生轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致實際回旋的錨鏈長度遠(yuǎn)小于配置的錨鏈總長度。

2 位置設(shè)計及拋設(shè)施工限差要求

水深條件良好的開闊水域，航道的燈浮標(biāo)配布比較寬裕，這里僅介紹狹窄航道或疏浚航道的一些技術(shù)要求。

對于狹窄航道或疏浚航道，一般燈浮標(biāo)并不設(shè)置在航道邊界上。為提高航道可用水域，東海海區(qū)航標(biāo)配布規(guī)定：燈浮標(biāo)位置與航道邊線的橫向距離應(yīng)大于但不超過1.2倍其回旋半徑，通常以20～50米為宜，特殊情況可適當(dāng)增加，但航槽邊坡較陡并為巖石底質(zhì)時，浮動標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在航道底邊界線上。也可考慮用活節(jié)式燈樁（浮標(biāo)的一種）替代燈浮標(biāo)標(biāo)示航道邊界，以減小旋回半徑。對于潮流與航道夾角偏大或狹窄航道，往往沿航道軸線交錯、同側(cè)等距設(shè)置標(biāo)志燈浮標(biāo)。

規(guī)范規(guī)定，燈浮標(biāo)沉錘（石）的位置與設(shè)計位置的誤差應(yīng)小于20米。目前，借助衛(wèi)星定位系統(tǒng)和船舶導(dǎo)航系統(tǒng)，有經(jīng)驗的船長指揮航標(biāo)拋設(shè)作業(yè)很容易滿足這一限差要求的。

3 燈浮標(biāo)位置偏差分析、位移原因及控制

3.1 偏差原因分析

燈浮標(biāo)實際位置偏差來源于三個方面：拋設(shè)誤差、錨鏈回旋、位移。

拋設(shè)誤差：小于20米。

錨鏈回旋：理論上，燈浮標(biāo)的回旋半徑會幾乎接近于拋設(shè)錨鏈的長度，也是導(dǎo)致燈浮標(biāo)位置偏差的主要因素。事實上，受到浮體大小、錨鏈長度、海床底質(zhì)、水流速度、拋設(shè)時間等多方面因素的影響，燈浮標(biāo)錨鏈絕大多數(shù)存在部分埋入河床之中的現(xiàn)象，從前面的數(shù)據(jù)分析和大量起吊錨鏈的狀態(tài)也證實了這一點。對于水流方向與航道方向基本一致的航道，所謂錨鏈的“回旋”也往往主要是在順航道方向上所做的往復(fù)運動，對航海人員直觀判斷航道的邊界干擾不大。

位移：由于惡劣天氣、大潮汛、船舶系帶、碰撞等引起的燈浮標(biāo)較大的位置變化，甚至發(fā)生錨鏈斷裂，燈浮標(biāo)漂失的情況。

3.2 控制

努力控制燈浮標(biāo)實際位置的偏差，使其“位置準(zhǔn)確”，是航海保障履職部門的重要工作之一。

首先，燈浮標(biāo)拋設(shè)施工時，盡量提高拋設(shè)精度，在能確保穩(wěn)性的前提下，盡量減小錨鏈長度，以減小燈浮標(biāo)回旋半徑；其次，提高錨鏈質(zhì)量和卸扣等連接件之間的穩(wěn)固性和耐久性，以減小錨鏈斷裂、燈浮標(biāo)漂失的可能性；航海保障履職部門和燈浮標(biāo)拋設(shè)施工單位還可以通過優(yōu)化航標(biāo)配布，結(jié)合水域底質(zhì)、流速流向及以往工作經(jīng)驗改進(jìn)浮標(biāo)拋設(shè)工藝等手段來減少燈浮標(biāo)發(fā)生位移的可能性。

東海海區(qū)的公用航標(biāo)100%安裝了遙測終端，航海保障履職部門可以實時了解燈浮標(biāo)的位置、電流、電壓、明滅等信息，位置偏差超限的燈浮標(biāo)會處于報警狀態(tài)，履職部門會及時安排巡檢或搶修。

發(fā)生燈浮標(biāo)位移，航海保障履職部門或?qū)Ｓ煤綐?biāo)業(yè)主應(yīng)在規(guī)定時限內(nèi)組織修復(fù)，確保航標(biāo)能效。

4 燈浮標(biāo)位置的測量

燈浮標(biāo)遙測終端故障、定位模塊精度較差和通信不暢等，導(dǎo)致航標(biāo)值班人員并不能每時每刻都能得到燈浮標(biāo)的實際精確位置。定期進(jìn)行航標(biāo)效能檢查，測量燈浮標(biāo)位置是航標(biāo)作業(yè)部門的重要職責(zé)。

燈浮標(biāo)在水中的位置實際是時刻隨水流等因素動態(tài)變化的，科學(xué)測量燈浮標(biāo)位置的方法是：分別在漲、落潮時段測量燈浮標(biāo)位置，兩次測量結(jié)果的平均值即可認(rèn)為是燈浮標(biāo)的平均位置。要注意將每次測量的定位天線位置根據(jù)方位和估算距離歸算到燈浮標(biāo)位置。這是一項技術(shù)性較強的工作。

實際工作中，航標(biāo)效能檢查人員往往在船舶靠近燈浮標(biāo)較近時，用一次測量的船舶定位天線位置代替燈浮標(biāo)位置，這是不科學(xué)的，也是不準(zhǔn)確的，測量系統(tǒng)誤差一般會大于±20.0米。

為提高工作效率，檢查人員幾乎不肯采用漲、落水時段測量，再取平均數(shù)的方法測量燈浮標(biāo)位置。筆者這里推薦一個折中燈浮標(biāo)定位方法：先觀察潮流方向，判斷燈浮標(biāo)錨鏈走向，測量船舶自燈浮標(biāo)下水貼近浮筒，與潮流方向成30°夾角頂流慢速行駛，見圖4-1。判斷當(dāng)定位天線平面位置與錨鏈相交時（見圖示0點），進(jìn)行定位，記錄坐標(biāo)。

還需注意，燈浮標(biāo)拋設(shè)施工和測量定位應(yīng)使用高精度差分GPS和差分北斗定位設(shè)備，其動態(tài)定位精度優(yōu)于±3.0米；而無差分?jǐn)?shù)據(jù)時，定位精度會差于±10.0米。

5 航海人員及航標(biāo)作業(yè)人員注意事項

（1）發(fā)現(xiàn)燈浮標(biāo)位置偏移、漂失和其他效能失常的情況，應(yīng)及時報航標(biāo)主管機關(guān)。

（2）船舶應(yīng)謹(jǐn)慎駕駛，盡量避免碰撞燈浮標(biāo)。

（3）任何船舶不可系帶于燈浮標(biāo)上。