應(yīng)用船載氣象導(dǎo)航軟件優(yōu)化船舶航線實例分析

李 翔 王 輝 鄭國平

一、引言

隨著數(shù)字化氣象預(yù)報技術(shù)的日益成熟，由專業(yè)氣象導(dǎo)航公司對遠洋船舶進行航線指導(dǎo)和航行監(jiān)控已經(jīng)成為航運界的常規(guī)做法。氣象導(dǎo)航公司根據(jù)對船舶航行環(huán)境因素的預(yù)報，結(jié)合船舶航次載貨及船舶性能條件，應(yīng)用最佳控制理論為船舶優(yōu)選最佳航線，在保障船舶航行安全的前提下，為船舶提供最為經(jīng)濟高效的航線規(guī)劃指導(dǎo)，提高了船舶營運的經(jīng)濟效益。然而，由氣象導(dǎo)航公司提供服務(wù)也存在諸如航線跟蹤修正的非實時性，在設(shè)計修正航線時具有一定局限性，以及航運信息保密性差等諸多不利因素[1]。從岸基氣象導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展歷史來看，其本身具有的這些局限性并沒有因為科技的發(fā)展而減弱。航運業(yè)的多元化發(fā)展，給岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)的適用性帶來了更多的挑戰(zhàn)。

隨著計算機技術(shù)和船舶衛(wèi)星通信技術(shù)的高速發(fā)展，船載氣象導(dǎo)航軟件應(yīng)運而生，成為保證船舶安全高效生產(chǎn)的有效手段。本文結(jié)合對美國氣象導(dǎo)航公司AWT（已并入StormGeo）開發(fā)的BonVoyage System（以下簡稱BVS）的實船應(yīng)用，對船載氣象導(dǎo)航軟件的實用性及其功能優(yōu)勢進行分析。

二、應(yīng)運而生的船載氣象導(dǎo)航軟件

在船舶營運中，岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)通常為船舶承租人所購買。船舶承租人與船舶所有人對氣象導(dǎo)航服務(wù)的價值取向各不相同。船舶承租人主要關(guān)心經(jīng)濟數(shù)據(jù)，目的是為了在保障和提高航次經(jīng)濟效益的同時，通過氣象導(dǎo)航公司的反饋數(shù)據(jù)對船舶實際履約情況予以考核，以達到經(jīng)濟利益最大化。而船舶所有人則主要考慮保障船舶財產(chǎn)安全，更重視保障船上人命安全和環(huán)境安全[2]。為了減小因惡劣天氣導(dǎo)致的船舶浪損乃至海難事故的風(fēng)險，同時也為了能夠?qū)Τ凶馊岁P(guān)于航速索賠提供有力的抗辯證據(jù)，船舶所有人也希望能夠獲得比較經(jīng)濟的氣象導(dǎo)航服務(wù)。船舶航行中，船長通常要根據(jù)未來天氣情況，針對航行安全對航線進行相應(yīng)調(diào)整。及時獲得各類天氣數(shù)據(jù)是船長能夠做出正確判斷的關(guān)鍵。為了能夠賦予船長更多的主動權(quán)，在為船東節(jié)約成本的同時進一步推廣氣象導(dǎo)航技術(shù)，船載氣象導(dǎo)航軟件BVS應(yīng)運而生。該軟件以友好的操作界面，把基礎(chǔ)地圖、船舶航線和各種海洋氣象信息以圖形的方式集中呈現(xiàn)，在為船長提供所需的各類氣象信息的同時，還可以根據(jù)不同要求提供最優(yōu)化航線，并根據(jù)不斷更新的氣象數(shù)據(jù)對航線進行持續(xù)優(yōu)化。在BVS軟件的協(xié)助下，船舶自主氣象導(dǎo)航技術(shù)不再完全依賴船員氣象專業(yè)知識水平，使得船舶自主氣象導(dǎo)航技術(shù)的推廣成為可能。同時，相比岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)而言，BVS氣象導(dǎo)航軟件為船舶所有人提供了一項更經(jīng)濟實惠的船舶氣象導(dǎo)航服務(wù)。

三、BVS軟件在北太平洋航線的應(yīng)用

筆者曾在一艘安裝BVS軟件的5萬噸級散貨船上擔任船長，有過多次沿岸航行和跨太平洋航行的使用體驗，認為該軟件在及時獲取最新氣象信息、幫助船長判斷和選擇最優(yōu)航路、明確氣象導(dǎo)航公司意圖等方面起到了積極作用。盡管船舶承租人為我輪購買了岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)，但是BVS 軟件賦予船長更多的主動權(quán)，在氣象導(dǎo)航公司推薦航路上適時提出修改意見，使得船舶航路更加優(yōu)化。

2015年1月29日，我輪裝載鋼材自韓國浦項開航，收到氣象導(dǎo)航公司推薦航路以及未來四天的天氣形勢圖，如圖1所示。1月31日在我輪駛出輕津海峽時將迎面遇到一個發(fā)展中的強低壓。氣象導(dǎo)航公司根據(jù)低壓中心未來的發(fā)展趨勢以及最短航程要求給出了沿北海道東岸向東北方向航行的規(guī)避航線。

圖1 氣象導(dǎo)航公司推薦航路

開航前，在BVS軟件中設(shè)定了自日本津輕海峽至目的港曼薩尼約的航線，選擇最省燃油航線優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果如圖2所示，紅色船位所在航線為BVS推薦航路，黃色船位所在航線為氣象導(dǎo)航公司推薦航路，很明顯兩段航路差別較大。BVS推薦航路并沒有對前方低氣壓進行過多規(guī)避，只是在大圓航路的基礎(chǔ)上變更航線，沿狂浪海域邊緣航行，以抵御惡劣海況對船舶航行的影響。說明當選擇以節(jié)省燃油為主要考慮因素時，BVS軟件是以最短航路為基礎(chǔ)，僅根據(jù)系統(tǒng)已知的氣象信息進行航線設(shè)計，需要根據(jù)后續(xù)氣象信息的不斷更新進行修正。

圖2 BVS軟件推薦航路與氣象導(dǎo)航公司推薦航路

1月30日，我輪抵達津輕海峽再次更新氣象數(shù)據(jù)信息后，使用BVS軟件選擇最省時間航路優(yōu)化。BVS軟件給出了一個規(guī)避前方低氣壓影響的大圓航路，與之前氣象導(dǎo)航公司推薦航路離開海峽后的規(guī)避動作基本類似，如圖3所示，紅色船位所在航線即為BVS軟件更新后的推薦航路。與圖2中氣象導(dǎo)航公司推薦航路（黃色）相比，BVS軟件推薦的規(guī)避動作更細化，仍然是保持大圓航路的最短距離航線。從實際航行結(jié)果來看，此時氣象導(dǎo)航軟件的推薦航路與后來船舶在規(guī)避惡劣海況區(qū)域時的實際航線基本吻合，說明氣象導(dǎo)航軟件在獲得及時更新的氣象數(shù)據(jù)后可以對短期內(nèi)的計劃航線做出準確的判斷。

圖3 BVS軟件根據(jù)最新氣象信息更新的推薦航路

1月31日，收到氣象導(dǎo)航公司的航線更改信息，如圖4所示。很明顯，更改后的推薦航路在規(guī)避前方強低壓中心的這段航線上與BVS軟件是基本相同的。說明BVS軟件在船上使用時更具時效性，船長可以及時獲取最新氣象信息，在BVS軟件的建議下適時對航線做出調(diào)整。

圖4 氣象導(dǎo)航公司1月31日更新的推薦航路

2月1日清晨， 我輪在收到BVS軟件定時氣象更新信息后，將氣象導(dǎo)航公司推薦航路導(dǎo)入BVS系統(tǒng)，如圖5所示紅色船位所在航線，并對其進行了分析。顯而易見，如果按照氣象導(dǎo)航公司的推薦航路過早轉(zhuǎn)向，會駛?cè)?米涌浪、7米海浪的狂浪海域。雖是順風(fēng)順浪，但是在這樣惡劣的海況下，順風(fēng)順浪不利于船舶把定航向，并且伴有嚴重拍底以及螺旋槳飛車的危險。這樣的轉(zhuǎn)向偏離大圓航線角度太大，明顯會增加航程。于是向氣象導(dǎo)航公司提出建議，修改推薦航線，沿目前航向繼續(xù)向東北方向航行，待避開狂狼海域后再轉(zhuǎn)向近東方向航行，既避免進入狂浪海域，又可以縮短航程。

圖5 利用BVS軟件對氣象導(dǎo)航推薦航路進行分析

2月1日中午我輪收到氣象導(dǎo)航公司回復(fù)，經(jīng)慎重考慮各種可選方案，同意船長對于推薦航線修改的建議。氣象導(dǎo)航公司更新前后的推薦航路比較圖如圖6所示，可以明顯看出新推薦航路完全規(guī)避了7級狂浪海域。

圖6 氣象導(dǎo)航公司推薦的新舊航路比較

在實際操作中，我輪又根據(jù)不斷更新的氣象信息進行了微調(diào)，沒有直接航行至最北點，而是適時改變航向，沿著狂浪海域邊緣航行，適時轉(zhuǎn)向正東航行，始終保持左后方受風(fēng)、受浪，既減輕了橫搖影響又提高了航速，當日航行距離比氣象導(dǎo)航公司推薦航路節(jié)省了7海里。如圖7所示，紅色船位即為我輪實際規(guī)避航行線路，北邊是經(jīng)氣象導(dǎo)航公司再次修正的推薦航路，南邊是氣象導(dǎo)航公司之前的推薦航路?？梢钥闯?，合理使用BVS軟件，船長在航路選擇上有更多的主動權(quán)，可以對氣象導(dǎo)航公司的推薦航線進行有效分析和判斷，并根據(jù)更新的氣象信息適時進行調(diào)整，真正做到航線最優(yōu)化。

圖7 我輪實際航行航線與氣象導(dǎo)航公司推薦航線比較

在之后的航行中，我輪還利用BVS軟件判斷前方海域天氣情況，在高緯度地區(qū)適時變更恒向線航路為大圓航路，比計劃航線又節(jié)省了11海里。

四、BVS船載氣象導(dǎo)航軟件功能優(yōu)勢分析

BVS軟件對于充分發(fā)揮船長的指揮主動權(quán)、確保船舶航行安全和提高營運效率起到積極作用。其功能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）BVS軟件提供的氣象信息數(shù)據(jù)及時準確。BVS軟件氣象數(shù)據(jù)根據(jù)類型不同來自美國國家海洋和大氣局（NOAA）、美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）以及日本氣象廳（JMA）等多家官方機構(gòu)[3]，可以提供最多16天的氣象預(yù)報服務(wù)，每天四次定時數(shù)據(jù)更新。及時更新的數(shù)據(jù)為船長在航行中的重要決策提供了充分的信息支持。對BVS軟件提供的相關(guān)海域的風(fēng)、浪、涌三項氣象指標與實際觀測數(shù)據(jù)進行比較，得到的結(jié)果非常令人滿意。對于洋流的預(yù)報，該軟件給出了非常詳細的資料，具體到船位點上變化較多，使用時以總體趨勢作為參考，還是比較準確的。

（2）軟件所提供的氣象數(shù)據(jù)類型全面，以圖形化顯示更加淺顯易懂，可以依據(jù)需要對所需海域范圍以及氣象數(shù)據(jù)類型進行定制選擇，節(jié)省數(shù)據(jù)流量費用。目前船舶獲取氣象信息的方式主要是通過分析氣象傳真圖、接收SAFETYNET或NAVTEX氣象預(yù)報和預(yù)警信息，以及氣象導(dǎo)航公司提供的航線氣象預(yù)報信息等。使用這些手段接收的氣象信息覆蓋面積有限，觀測點少，還需花費時間進行定位分析。更重要的是對這些氣象信息的領(lǐng)會在一定程度上取決于船上人員的相關(guān)知識和技能水平。而BVS軟件覆蓋全球海域，除可以提供上述全部信息外，還包括衛(wèi)星云圖、云層分布、降水、能見度、冰況、氣溫、水溫、洋流、主要港口天氣預(yù)報等信息，以及ECA燃油控制區(qū)域、航行限制區(qū)域、海盜區(qū)等信息。軟件使用實時更新的氣象數(shù)據(jù)，以不同顏色的圖形對信息進行展示，使用者可以清楚了解天氣系統(tǒng)的核心內(nèi)容。該軟件提供了更加完整的可視化的天氣系統(tǒng)信息，例如對風(fēng)暴系統(tǒng)的分析預(yù)報，能實時繪制出更具體的風(fēng)暴外形以及相應(yīng)的危險海浪區(qū)域，把涉及航海方面的各類氣象信息匯總到一起，以圖像、圖形、表格等多種方式予以表達，非常直觀，降低了對用戶相關(guān)知識水平的要求。

（3）船舶計劃航線可以直接導(dǎo)入軟件系統(tǒng)，作為航線天氣評估的重要依據(jù)。該軟件具備航線跟蹤設(shè)計功能，并可以使用四種海圖投影方式顯示，非常直觀地把各種氣象信息有選擇地顯示在設(shè)計好的航線上，并且可以根據(jù)這些信息提出最優(yōu)航路以供參考。船長可以根據(jù)實際載貨及船舶性能做出更加準確的航線選擇。同時該軟件還可以動畫方式模擬預(yù)定范圍內(nèi)的航行與天氣系統(tǒng)的相對變化情況，為選擇和檢驗最優(yōu)航路提供參考。推薦航路與氣象導(dǎo)航公司分析結(jié)果相似，并可以根據(jù)更新的氣象信息不斷提出修改意見，這與岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)類似，但主動權(quán)在船上，所以時效性更好。

五、自主氣象導(dǎo)航對期租下航速計算的影響

合理使用BVS氣象導(dǎo)航軟件對航線進行自主優(yōu)化確實可以提高整個航次的平均航速。至于應(yīng)用船載氣象導(dǎo)航軟件能否幫助船舶所有人在避免因船舶履約表現(xiàn)不佳而導(dǎo)致被承租人索賠，因氣象導(dǎo)航公司對船舶履約航速計算方法不同而有所不同。

通常氣象導(dǎo)航公司會根據(jù)租約中的良好天氣條款，單純對租約中規(guī)定的良好天氣下的船舶航行數(shù)據(jù)進行計算，通過與租約航速進行比較，從而推斷船舶在整個航次中是否達到租約規(guī)定的航速和燃油消耗標準[4]。船東是否違約完全取決于船舶在良好天氣下的船速表現(xiàn)。因為自主氣象導(dǎo)航主要是在規(guī)避惡劣天氣航段中發(fā)揮作用，所以沒有幫助。

另外一種計算方式是氣象導(dǎo)航公司依據(jù)自己掌握的氣象資料和船長報告，估計出天氣系數(shù)和洋流系數(shù)，對實際航速修正后得出履約航速，再與租約航速對比來判斷是否滿足租約要求[5]。這種計算方法尤其適用于整個航程中并沒有租約所規(guī)定的良好天氣條件時。在這種情況下，船載氣象導(dǎo)航軟件的優(yōu)勢就得以發(fā)揮，本文的實例就是通過對推薦航路的優(yōu)化，提高了整個航程的平均速度。

六、結(jié)論

本文結(jié)合常規(guī)岸基氣象導(dǎo)航服務(wù)，對BVS船載氣象導(dǎo)航軟件的應(yīng)用進行分析，總結(jié)了BVS氣象導(dǎo)航軟件的功能優(yōu)勢，以及對期租下履約航速計算的不同影響。BVS軟件借助數(shù)字化氣象預(yù)報技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)為船舶提供了海域覆蓋全面、數(shù)據(jù)更新及時、天氣預(yù)報精準的自主性氣象導(dǎo)航服務(wù)，可以有效地保障船舶航行安全，提高海運經(jīng)濟效益。