追越過程中的船舶避讓行為反演分析

黎法明，胡甚平，劉明明

(1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海事學(xué)院，廣東 廣州 510800；2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306)

0 引 言

海上航行中所有事故類型中，船舶碰撞事故比例較高且后果嚴(yán)重，因此，長(zhǎng)期以來船舶碰撞事故及其致因機(jī)理研究普遍得到重視。李珊珊等[1]基于Petri網(wǎng)的方法及船舶碰撞事故調(diào)查報(bào)告構(gòu)建了船舶碰撞事故致因分析網(wǎng)對(duì)碰撞事故進(jìn)行再現(xiàn)。Kang等[2]利用大量的基于海事仿真的數(shù)據(jù)（MSBD）和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）數(shù)據(jù)對(duì)船舶正面碰撞事故進(jìn)行了研究。吳伋等[3]利用R語言和文本挖掘方法對(duì)內(nèi)河碰撞事故進(jìn)行了研究。張磊等[4]利用有限元仿真技術(shù)對(duì)船舶碰撞事故進(jìn)行了反演。李杰等[5]對(duì)國內(nèi)船舶碰撞事故科研產(chǎn)出及主題趨勢(shì)進(jìn)行了挖掘，熱點(diǎn)主要分布在船舶避碰、碰撞事故、碰撞危險(xiǎn)等方面，但有關(guān)碰撞事故尤其是因追越而產(chǎn)生的碰撞反演研究不多。本文基于典型案例對(duì)追越過程中船舶避讓行為進(jìn)行了反演分析，從而得出船舶避碰尤其是多船會(huì)遇時(shí)最佳避碰策略和關(guān)鍵行為執(zhí)行時(shí)機(jī)。

1 案例與情境分析

某年1月4日約0119時(shí)，在舟山桃花島燈樁東南距離約 11 nm 水域（即 29°37.7′N/122°28.3′E）2 艘商船發(fā)生碰撞。其中，Z輪總長(zhǎng)88.10 m，型寬13.50 m，型深6.50 m；H輪總長(zhǎng)135.80 m，型寬20.00 m，型深10.50 m。當(dāng)時(shí)天氣東北風(fēng)5～6級(jí)，風(fēng)浪2～3級(jí)，能見距離約6 nm。海域流向西南，流速約1.5 kn。船舶會(huì)遇過程中還有另外2艘外輪，見圖1。

圖1 船舶追越過程中的位置和距離分析Fig.1 Analysis of position and distance during ship overtaking

Z輪航向200°，航速12.3 kn。0110時(shí)，距離右舷東行外輪F輪約0.5 nm，采取右舵10°避讓措施，并用VHF/16通報(bào)左船尾的追越船減速避讓，同時(shí)將車速由進(jìn)三降至進(jìn)二；0112時(shí)，因F輪以0.4 nm通過船首，左舵1 0°返回原航向，并將車速恢復(fù)至進(jìn)三；0114時(shí)，發(fā)現(xiàn)右舷約70°另一東行外輪S輪（AIS顯示航速21 kn、距離約1.0 nm）存在碰撞危險(xiǎn)，將車速調(diào)整至進(jìn)二，并左舵10°避讓，采取行動(dòng)前未與H輪聯(lián)系；約90 s后，Z輪近距離穿越H輪船首；0118時(shí)左右，發(fā)現(xiàn)右舷的H輪朝本船轉(zhuǎn)向，并聽到VHF16中急呼“向左、向左”，即令回舵、左舵、并減速；0119時(shí)左右，停車，船首右舷No1貨油艙前部碰撞。0120時(shí)左右，兩船首分離，隨即船尾相碰。

H輪航向202°，航速10.7 kn。0110時(shí)，航向212°以避讓東行商船F(xiàn)輪，此時(shí)Z輪在VHF/16呼叫示意本船減速避讓，提醒注意，同時(shí)H輪要求從Z輪左舷追越，并得到回答允許；0112時(shí)，東行外輪距離0.8 nm過船首，調(diào)整航向到210°；0114時(shí)發(fā)現(xiàn)右舷距離0.365 nm的Z輪大幅度向左轉(zhuǎn)向，VHF呼叫未應(yīng)答，即采取停車措施；約90 s后，Z輪從H輪穿越船首；0118時(shí)左右，發(fā)現(xiàn)右前方另一東行外輪S輪距離約0.6 nm，存在碰撞危險(xiǎn)，即下令左舵20°避讓；0119時(shí)左右，發(fā)現(xiàn)距離左舷Z輪很近，又改令右滿舵并全速倒車，但船首尚未右轉(zhuǎn)，左側(cè)船首已與Z輪右舷貨油艙前部發(fā)生碰撞，碰撞夾角成約20°。0120時(shí)，兩船船首分離，命停車，隨即Z輪右舷船尾與H輪左側(cè)駕駛臺(tái)前部主甲板舷墻護(hù)板再次碰撞。

2 追越過程中會(huì)遇船舶的行動(dòng)

在整個(gè)追越過程中，針對(duì)船舶的相互位置、速度關(guān)系和碰撞危險(xiǎn)的數(shù)據(jù)分析，可以看到確定Z輪為被追越船，H輪為追越船。在已獲得的AIS數(shù)據(jù)還原后（見圖2），可以得到：

圖2 追越過程中兩船避讓行為分析Fig.2 Analysis of the avoidance behavior of two ships in the process of overtaking

1）在整個(gè)會(huì)遇過程中，兩船均發(fā)現(xiàn)距離2 nm左右、速度在21 kn的另外2艘大型船舶，均位于Z輪和H輪的右舷，在隨后的過程中兩船均安全駛過。

2）對(duì)于追越船H輪，避讓交叉局面下第1艘高速船的避讓行為客觀上造成了緊迫局面的形成；恢復(fù)航向的船舶狀態(tài)進(jìn)一步引發(fā)緊迫危險(xiǎn)局面的形成；避讓交叉局面下第2艘高速船的避讓行為客觀上在此加速了緊迫危險(xiǎn)局面；最有助于避碰的行動(dòng)則是對(duì)本船左舷的船舶實(shí)施了“左轉(zhuǎn)減速”，導(dǎo)致碰撞的發(fā)生。

3）對(duì)于被追越船Z輪，避讓交叉局面下第1艘高速船的避讓行為客觀上造成了緊迫局面的形成，同時(shí)被追越船違反保速保向的規(guī)定，但使得DCPA好轉(zhuǎn)；隨后恢復(fù)航向（左轉(zhuǎn)增速）的船舶狀態(tài)則引發(fā)緊迫危險(xiǎn)局面的形成，DCPA由0.4減少至0.1；避讓交叉局面下第2艘高速船的客觀行為“左轉(zhuǎn)增速”（主觀意愿上左轉(zhuǎn)減速）加速緊迫危險(xiǎn)局面的形成，使得原本已從左舷側(cè)通過船尾的追越船再次從右舷側(cè)過船首。最有助于避碰的行動(dòng)則是對(duì)本船右舷的船舶實(shí)施了“右轉(zhuǎn)減速”，導(dǎo)致碰撞的發(fā)生。

基于以上情景，分析如下：

1）緊迫局面存在階段的避讓

船舶追越由于是兩船速度差下的緩慢過程，追越過程比較長(zhǎng)。0025時(shí)，兩船相距1.3 nm，速度差為1.5 kn，航向交叉角5°，兩船的DCPA=0.4 nm，TCPA=66 min。兩船接近至0.8 nm時(shí)，兩船的DCPA=0.4 nm，TCPA=25 min。倘若被追越船能保速保向，避讓時(shí)機(jī)也許還是很寬裕的。但由于被追越船避讓交叉局面的高速船F(xiàn)輪，兩船間的相對(duì)會(huì)遇關(guān)系發(fā)生變化，導(dǎo)致TCPA迅速降至5 min，被追越船迅速恢復(fù)船舶航向和船位。追越船需要作出相應(yīng)的避讓決策，但是該船注意到的僅是同時(shí)的F輪，避讓行為實(shí)施后導(dǎo)致DCPA達(dá)到0.5 nm，后調(diào)整航向使得DCPA減少到0.4 nm。兩船不恰當(dāng)?shù)男袆?dòng)導(dǎo)致了緊迫危險(xiǎn)的形成。

2）緊迫危險(xiǎn)存在階段的避讓

兩船接近0.3 nm，此時(shí)DCPA=0.1 nm，TCPA=4 min。此時(shí)兩船位置都在正橫附近。此時(shí)兩船距離已近，碰撞難以避免。兩船忙于恢復(fù)航向和船位，被追越船和追越船都不恰當(dāng)?shù)摹白钣兄诒芘龅男袆?dòng)”，對(duì)同側(cè)船舶實(shí)施了同向的轉(zhuǎn)向，被追越船距離141.3 m通過追越船的船首。經(jīng)過前面的追越，兩船互換了位置關(guān)系。雖然兩船均有減速停車，但碰撞已經(jīng)無法避免。

3 引發(fā)的相關(guān)問題討論

1）多船會(huì)遇下的避讓決策

本案例屬于多船會(huì)遇情況，涉及到4艘船舶，會(huì)遇形成的局面分別是H輪與F輪、S輪均分別構(gòu)成交叉局面，H輪為讓路船；Z輪與F輪、S輪均分別構(gòu)成交叉局面，S輪為讓路船。Z輪與H輪構(gòu)成被追越船和追越船。在整個(gè)過程中，Z輪與H輪對(duì)于2艘外輪的避讓如圖3所示。

圖3 兩船對(duì)于高速船的避讓行為分析（上圖為Z輪，下圖為H輪）左側(cè)為F輪，右側(cè)為S輪；虛線“□”為TCPA，虛線“*”為DCPA，實(shí)線為兩船間距離D）Fig.3 Analysis of the avoidance behavior of the two ships against the high-speed ship (the left picture is wheel Z, the right picture is wheel H, the left is wheel F, and the right is wheel S; the dotted line □ is TCPA, and the dotted line * is DCPA,The solid line is the distance between the two ships D)

2）大型船的避讓

隨著船舶大型化和高速化的發(fā)展，船舶航速大幅度提高。本案例中2艘一般速度（10 kn）的商船面對(duì)大型船（船速高于20 kn）的避讓行為表現(xiàn)出一定的代表性，具體見圖4和圖5。

圖4 與高速船A的船舶會(huì)遇過程中兩船的行動(dòng)效果分析（左圖為Z輪，右圖為H輪，對(duì)方為F輪；虛線“□”為TCPA，虛線“*”為DCPA，實(shí)線為D）Fig.4 Analysis of the action effects of the two ships during the encounter with the high-speed ship A（the left picture is wheel Z, the right picture is wheel H, and the other side is wheel F; the dotted line □ is TCPA, and the dotted line * is DCPA，and the actual Line is D）

Z輪與H輪兩船對(duì)于F輪的相遇，DCPA分別為0.2 nm，0.6 nm，實(shí)施避讓行動(dòng)時(shí)TCPA分別為5.5 min和3 min，F(xiàn)輪過兩船船首時(shí)間都在0112。顯然，船舶相距很近，且避讓時(shí)機(jī)均太晚。右轉(zhuǎn)減速對(duì)于TCPA改變的影響不明顯。Z輪與H輪兩船對(duì)于S輪的相遇，DCPA分別為0.55 nm、0.45 nm，實(shí)施右轉(zhuǎn)減速避讓行動(dòng)時(shí)TCPA分別為3 min和2 min，S輪最終距兩船碰撞點(diǎn)0.5 nm，無避讓效果。顯然，船舶相距較近，且避讓時(shí)機(jī)均太晚。

3）安全會(huì)遇距離[6]的設(shè)定

設(shè)DCPAs=0.5 nm，從各艘船通過的最后效果，尤其是交叉局面下高速船通過的DCPA來看，普通駕駛員普遍認(rèn)為DCPA≤1 nm，認(rèn)為存在碰撞危險(xiǎn)，只有DCPA≤0.5 nm，才需要采取避讓行動(dòng)。同時(shí)避讓的效果也就是安全會(huì)遇距離也選擇0.5 nm為目標(biāo)。隨著船舶大型化，2艘300 m的船舶會(huì)遇距離就要達(dá)到D=0.33 nm。案例中，H輪和Z輪對(duì)于S輪的避讓沒有注意到（當(dāng)時(shí)船舶都在避讓F輪），在隨后的航向與航速無論如何變化，DCPA都在0.5 nm以上（見圖5）。

圖5 與高速船B的船舶會(huì)遇過程中兩船的行動(dòng)效果分析（上圖為Z輪，下圖為H輪，對(duì)方為S輪）虛線“□”為TCPA，虛線“*”為DCPA，實(shí)線為D）Fig.5 Analysis of the action effects of the two ships during the encounter with the high-speed ship B（the left picture is wheel Z, the right picture is wheel H, and the other side is wheel S; the dotted line □ is TCPA, the dotted line * is DCPA, and the actual Line is D）

4）避讓時(shí)機(jī)

2艘船舶在整個(gè)情境中不論交叉局面、追越局面下，避讓時(shí)機(jī)[7]均遠(yuǎn)小于TCPA=5 min。避碰規(guī)則要求的“早讓”，一般地，一定要在TCPA≥10 min。前海上交通態(tài)勢(shì)下，絕大多數(shù)駕駛員在TCPA=12～14 min采取行動(dòng)被認(rèn)為是可以接受的。案例表明：TCPA=3～4 min時(shí)，實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)有效的避讓。Z輪避讓F輪就是如此，實(shí)施2次避讓行為（右轉(zhuǎn)45°，減速1/3）后，DCPA在6 min內(nèi)達(dá)到由0.2 nm增加至0.4 nm。雖然H輪和Z輪對(duì)于S輪的避讓沒有注意到（當(dāng)時(shí)船舶都在避讓F輪），但在客觀上造成對(duì)S輪的避讓都在TCPA=10 min以前完成，在隨后的航向與航速不論何種變化，S輪是安全通過的（見圖5）。

5）會(huì)遇局面對(duì)避讓行為的影響

對(duì)追越船H輪而言，追越條款優(yōu)先，在實(shí)際行為中沒有落實(shí)；對(duì)被追越船Z輪，交叉局面的避讓幅度太小，違背了“一連串的小的改向”原則。

6）會(huì)遇避讓與恢復(fù)航線的決策[8]

對(duì)于規(guī)則中提出的“駛過讓清”理解為會(huì)遇避讓與恢復(fù)航線的依據(jù)。案例中的H輪和Z輪對(duì)于F輪的避讓后，待F輪過船首，均客觀上（Z輪是駕駛員明確的）都迅速實(shí)施了恢復(fù)航向的行為，不僅造成對(duì)于F輪的DCPA減小，且相互的DCPA銳減至0.2 nm，此時(shí)TCPA為3.5 min。雖然兩船分別過船頭或船尾，但是最終兩船碰撞，兩船的兩次避讓行為均沒有滿足“駛過讓清”。

4 結(jié) 語

在復(fù)雜的海上交通環(huán)境中，船舶會(huì)遇的情境也是復(fù)雜多變。國際避碰規(guī)則要求追越條款具有優(yōu)先適用權(quán)，追越船需要遵守讓路船的行動(dòng)規(guī)定，及早地寬裕讓清被追越船。該義務(wù)不論隨后兩船間的方位發(fā)生何種變化，追越船仍要主動(dòng)讓路。通過案例反演，值班駕駛員不僅要做好瞭望、安全航速和碰撞危險(xiǎn)等航行戒備，而且要做好多船會(huì)遇下的避碰決策，謹(jǐn)慎處理好“駛過讓清”與恢復(fù)航向航線之間的關(guān)系。