利用電子海圖分析錨地轉(zhuǎn)流特點

倪留國 王勝利 王桐明

摘 要：本文提出通過分析電子海圖日志系統(tǒng)記錄的航行數(shù)據(jù)文件，根據(jù)拋錨時航向與流向基本相反的原理，分析出錨地的轉(zhuǎn)流特點。文中給出了舟山野鴨山錨地分析的實例，與傳統(tǒng)的人工觀察和經(jīng)驗積累，此分析方法基于日志中的大量真實原始數(shù)據(jù)，有效提高了轉(zhuǎn)流分析的準確率和效率，同時也對分析航行產(chǎn)生的其它數(shù)據(jù)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：電子海圖；轉(zhuǎn)流分析

1 引言

錨地的轉(zhuǎn)流特點是影響船舶拋起錨及在周邊船舶航行安全的重要因素。野鴨山錨地位于舟山島西南水域，北錨地水深18-30米，錨地長1海里、寬8鏈，離岸較近，約5鏈，南錨地大小與北錨地相當，水深30-60米，底質(zhì)附近為石質(zhì)，離航道較近。由于我船歷史上未在該錨地拋過錨，對該錨地轉(zhuǎn)流的相關(guān)信息缺乏直接的了解，只能根據(jù)潮汐表推算個大概。根據(jù)錨泊船的航向基本與流向相反，本文提出一種分析電子海圖日志文件得到航向，從而得到流向的方法。電子海圖每隔5秒會自動將一組信息記錄在日志，因此這種方法與人工觀察相比，具有時間上24H不間斷，統(tǒng)計分析上更準確方便的優(yōu)點。

2 轉(zhuǎn)流分析方法

本文分析錨地轉(zhuǎn)流思路為通過錨泊船的航向得到流向。該方法的關(guān)鍵在于獲得錨泊時大量的、準確的、連續(xù)的航向數(shù)據(jù)。在錨泊時，通常的做法是通過值班的航海干部觀察航向并將航向記錄在統(tǒng)計表格中。但這種方法在時間刻度上比較粗，我船的一般是1小時記錄一組數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)量較小且不方便，不利于后期的統(tǒng)計分析。2013年我船電子海圖升級后具備日志存儲功能，可以每隔5秒鐘自動記錄一組傳感器及其它相關(guān)信息。因此從電子海圖日志文件獲取航向數(shù)據(jù)成為分析轉(zhuǎn)流的關(guān)鍵因素。

電子海圖日志系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)產(chǎn)生的通知信息（Announcement）、基本信息（CCRS）、海圖信息（Chart）、我船歷史信息（OwnShipHistory）、各種傳感器信息（Sensor）共同組成了電子海圖日志。電子海圖每天自動在各個文件夾下產(chǎn)生24個XML文件，每個文件為1小時的記錄，包含720（1小時/5秒）組數(shù)據(jù)，每天產(chǎn)生24*720組數(shù)據(jù)。導(dǎo)出日志時，系統(tǒng)自動將文件夾壓縮成Zip壓縮包[1]。

我們需要的航向數(shù)據(jù)包含在CCRS文件夾中，該文件的格式是XML。XML 文件是一種用來描述結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的文件，且可讓不同的應(yīng)用程序了解這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容。在操作這些XML文件提取數(shù)據(jù)時，使用了MATLAB中的文檔結(jié)構(gòu)模型（Document Object Model）， 該模型將XML文件解析為一個個的信息節(jié)點，在提取我們感興趣的數(shù)據(jù)時非常方便。操作XML文件及提取數(shù)據(jù)的方法具體過程見參考文獻[2]和MATLAB幫助文件。通過分析，得出CCRS中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 轉(zhuǎn)流分析實例

由于時間關(guān)系，在本文成文之前獲得三次拋錨時的數(shù)據(jù)，如表1所示。因此，本文以2014年5月29日0000至6月3日0000之間的數(shù)據(jù)為例，對野鴨山北錨地做轉(zhuǎn)流分析。每天的數(shù)據(jù)量為24*720，5天的航向數(shù)據(jù)為8萬組以上，將不良數(shù)據(jù)剔除后按照1/100的比例抽取數(shù)據(jù)樣本，得到839組數(shù)據(jù)，每天約170組數(shù)據(jù)。圖3為5天的航向數(shù)據(jù)的分布圖。圖中角度的長短代表分布在該角度區(qū)間的流向數(shù)據(jù)數(shù)量多少。

從圖中可以看出：野鴨山北錨地的主流向為330°和150°，為往復(fù)流；在第三象限幾乎沒有流向分布；在發(fā)生轉(zhuǎn)流時的流向主要為第一象限的流向，考慮到錨地的地理位置，也就是說發(fā)生轉(zhuǎn)流時，從靠岸的方向開始轉(zhuǎn)。這些數(shù)據(jù)基本上符合航路指南的描述：“老塘山港區(qū)的野鴨山岸段潮流基本呈往復(fù)流。漲潮為東南流，偏向陸岸；落潮為西北流，落潮流大于漲潮流” [3]。

為考察轉(zhuǎn)流時間與高潮低潮時間之間的關(guān)系，將航向數(shù)據(jù)以24小時為單位劃分，繪制當天的航向變化曲線和定海港的潮汐數(shù)據(jù)。如圖4-6所示。本文以5月29日0000至5月31日0000之間的數(shù)據(jù)為例，對野鴨山北錨地做轉(zhuǎn)流分析。

寧波-舟山港域內(nèi)潮汐類型可分為正規(guī)半日潮和不正規(guī)半日潮兩種。東部臨海處（沈家門、衢山、泗礁）屬正規(guī)半日潮，西部臨近大陸處（定海、老塘山、高亭）屬不正規(guī)半日潮[3]。野鴨山錨地位于舟山西部，屬于不正規(guī)半日潮，在一個太陰日內(nèi)發(fā)生兩次高潮和兩次低潮，在一個太陰日內(nèi)相鄰的兩個高潮或低潮的潮位相差很大，漲潮時和落潮時也不相等。從這5天的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出如表2所示的規(guī)律：

4 結(jié)束語

與轉(zhuǎn)流分析方法相比，本文通過分析電子海圖采集的日志數(shù)據(jù)并進行圖形化、曲線化處理幫助崗位人員更加快速、直觀的判斷錨地轉(zhuǎn)流情況，得出一些規(guī)律。但是，后續(xù)很多工作需要進一步完善：

1、數(shù)據(jù)樣本太小。因客觀條件所限，本文獲取的數(shù)據(jù)僅僅只有幾天，無法在更大時間尺度上反映出錨地流的情況，也無法給出長時間段的統(tǒng)計規(guī)律。

2、數(shù)據(jù)處理算法優(yōu)化。每天僅僅一個航向數(shù)據(jù)就有1萬多組，加上其他傳感器數(shù)據(jù)，每天的數(shù)據(jù)估計為10萬左右，在長時間、大數(shù)據(jù)處理的情況下，算法需要優(yōu)化。

3、流速數(shù)據(jù)未處理。因時間關(guān)系，本文僅僅考慮了流向，沒有對計程儀提供的流速數(shù)據(jù)和測深儀提供的水深數(shù)據(jù)進行考慮，后續(xù)可以進一步完善。

4、其他傳感器信息的應(yīng)用。根據(jù)日志中的舵角數(shù)據(jù)、GPS、航向等數(shù)據(jù)可以用以分析船舶操縱特性，這種方法比傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法要好。

參考文獻：

[1]Vision Master FT系列電子海圖說明書[M].美國：Sperry公司，2012年

[2]薛定宇.基于MATLAB/SIMULINK的系統(tǒng)仿真技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002年

[3]中國航路指南（東海海區(qū)）.天津：中國人民解放軍海軍司令部航海保證部，2010年