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摘 要：由于GPS/DGPS具有定位精度高、全天候、操作簡(jiǎn)便和高效的導(dǎo)航功能等優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備已普遍作為航標(biāo)船拋設(shè)浮標(biāo)的定位和導(dǎo)航，但在實(shí)際拋設(shè)浮標(biāo)操作應(yīng)用過(guò)程中還存在一些不足，本文從人為和設(shè)備兩方面因素分析對(duì)浮標(biāo)拋設(shè)位置精度的影響，并提出了提高浮標(biāo)拋設(shè)位置精度的措施。

關(guān)鍵詞：航標(biāo)船 浮標(biāo)拋設(shè) 位置精度 GPS/DGPS

1.前言

浮標(biāo)位置精度是評(píng)估浮標(biāo)效能的重要指標(biāo)之一。隨著我國(guó)港口經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，船舶通航密度不斷增大和大型化、深吃水船舶的不斷增多，導(dǎo)致船舶在港口的可航水域越來(lái)越小，從而對(duì)船舶安全航行提出更高的要求，為減輕船舶駕駛員的航行壓力，有必要進(jìn)一步提高航標(biāo)船拋設(shè)浮標(biāo)位置精度，提高浮標(biāo)的助航效能。本文從船舶操縱和GPS/ DGPS設(shè)備的角度分析浮標(biāo)拋設(shè)的位置誤差，提出有助于提高浮標(biāo)拋設(shè)位置精度的措施，切實(shí)為航行船舶提供更加優(yōu)質(zhì)的浮標(biāo)助航服務(wù)，進(jìn)一步提高船舶航行的便利性，降低船舶航行安全和污染事故風(fēng)險(xiǎn)，保障船舶人命財(cái)產(chǎn)的安全。

2.航標(biāo)船拋設(shè)浮標(biāo)位置精度現(xiàn)狀

2.1浮標(biāo)結(jié)構(gòu)及位置精度要求

水上浮標(biāo)一般分為燈架、浮體和系碇三個(gè)部分。其中系碇部分包括馬鞍鏈、錨鏈、沉塊以及連接卸扣。浮體通過(guò)馬鞍鏈和一定長(zhǎng)度的錨鏈與水泥預(yù)制的沉塊連接。浮標(biāo)是通過(guò)沉塊和錨鏈阻止其漂移。正常情況下沉塊不移動(dòng)，其它部分受到風(fēng)流影響圍繞著沉塊回轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)流或其它外力足夠大致使沉塊移位超過(guò)允許范圍則稱浮標(biāo)移位。海圖及航標(biāo)表上標(biāo)注的浮標(biāo)位置是對(duì)應(yīng)沉塊的設(shè)計(jì)位置，但是浮標(biāo)在拋設(shè)過(guò)程中允許存在一定的誤差，在《海區(qū)航標(biāo)效能驗(yàn)收規(guī)范》（JT 759-2009）中規(guī)定浮動(dòng)標(biāo)志允許的誤差為：推算沉石位置與設(shè)計(jì)位置誤差值應(yīng)小于30m。2.2航標(biāo)船GPS天線位置修正現(xiàn)狀

航標(biāo)船船長(zhǎng)為了確定沉石投放時(shí)機(jī)需要時(shí)刻知道船上投放點(diǎn)到沉石設(shè)置點(diǎn)的距離方位，但因?yàn)楹綐?biāo)船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，船上沉石投放位置位于主甲板靠前左右舷邊，主甲板是航標(biāo)作業(yè)區(qū)，存在吊機(jī)吊臂和工作人員等干擾GPS信號(hào)的接收，該區(qū)域不適合安裝GPS天線，目前航標(biāo)船GPS天線都安裝在羅經(jīng)甲板上，所以GPS天線位置需要修正，如中標(biāo)船需修正約18米，大標(biāo)船需修正超過(guò)20米。因?yàn)榇霸谕斗懦潦^(guò)程中是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，船長(zhǎng)沒(méi)有足夠的時(shí)間根據(jù)GPS的經(jīng)緯度和船艏向去精確修正，通常采取通過(guò)直接扣除天線至船上沉石投放點(diǎn)的距離，該方法簡(jiǎn)便但誤差相對(duì)較大。

2.3廣州航標(biāo)處大中型航標(biāo)船所配備的GPS概況

共有3艘大中標(biāo)船各配有3臺(tái)GPS，其基本性能及不足介紹如下：

G P S 1：品牌型號(hào)G A R M I N 3010C，彩色顯示屏10.4寸并自帶電子海圖，說(shuō)明書(shū)標(biāo)稱定位誤差小于15米，在珠江口水域經(jīng)過(guò)多次觀察該GPS顯示定位精度約為7-8米，該GPS顯示屏較大且為彩色方便讀取數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是不具有DGPS功能；

GPS2：品牌型號(hào)GARMIN 2032C，和GPS1相比，其具有可外接差分信號(hào)，定位精度較高，缺點(diǎn)是該機(jī)型顯示屏較小且為黑白顯示；

GPS3：品牌型號(hào)SIMRAD MX610，自帶二種差分信號(hào)接收功能，定位精度分別為5m和2m，需要人工設(shè)定，缺點(diǎn)是顯示屏較小，無(wú)電子海圖。 3.浮標(biāo)拋設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題及定位精度分析

3.1航標(biāo)船作業(yè)前沒(méi)有將GPS設(shè)備調(diào)至最佳定位精度狀態(tài)

通常情況下船上GPS開(kāi)機(jī)后不用任何設(shè)置就能自動(dòng)搜索跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，所以部分駕駛員會(huì)誤認(rèn)為GPS開(kāi)機(jī)后處于最佳定位精度，但實(shí)際不同的設(shè)置存在不同的定位精度。如上述GPS1，其具有接收WAAS差分信號(hào)功能，但由于珠江口水域已超出WAAS信號(hào)覆蓋范圍。在實(shí)際操作中當(dāng)打開(kāi)差分定位功能時(shí)，由于接收不到WAAS差分信號(hào)，顯示定位精度為13米左右，然而當(dāng)關(guān)閉接收差分信號(hào)時(shí)，定位精度顯示為8米左右，所以不正確的設(shè)置會(huì)額外增加5米的精度誤差。上述GPS2，可外接差分信號(hào)，需按照說(shuō)明書(shū)正確設(shè)置接收差分信號(hào)，否則達(dá)不到差分定位精度。上述GPS3，具有內(nèi)置接收二種差分信號(hào)功能，同樣需要人工設(shè)置才能達(dá)到最佳定位精度。所以GPS的正確設(shè)置能提高定位精度。

3.2GPS天線位置修正誤差

3 . 3 GPS不能提供便利的導(dǎo)航

一是不能提供船上沉石投放點(diǎn)到沉石設(shè)置點(diǎn)的導(dǎo)航距離方位數(shù)據(jù)。二是沒(méi)有整合有利于浮標(biāo)作業(yè)的GPS性能集中在同一GPS上，使得船長(zhǎng)需要不斷觀察不同的GPS，增加了船長(zhǎng)的工作量，而且通常船長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，體力消耗較大，由于疲勞加上設(shè)備不便利容易產(chǎn)生人為判斷誤差。

3 . 4船長(zhǎng)在船舶操縱過(guò)程中容易存在的問(wèn)題

3.4.1船速過(guò)快。

抵達(dá)沉石設(shè)置點(diǎn)時(shí)船速過(guò)快，比如當(dāng)船舶速度為2節(jié)時(shí)，1秒鐘船舶移動(dòng)的距離約為1米，船長(zhǎng)發(fā)出指令與甲板執(zhí)行拋投的時(shí)間通常有一定的時(shí)間偏差，當(dāng)船速越快，相同的時(shí)間偏差引起位置誤差越大。

3.4.2未找準(zhǔn)風(fēng)流合力方向。

頂風(fēng)頂流是船舶最容易控制船速和艏向的一種方式，是提高拋投浮標(biāo)位置精度最有效的一種方法。如船舶不是頂風(fēng)頂流接近沉石設(shè)置點(diǎn)時(shí)，當(dāng)船速控制較低且有較大風(fēng)流壓角時(shí)，船艏向出現(xiàn)難以把定，同時(shí)產(chǎn)生較大的天線位置修正誤差。

3. 4.3未了解船舶旋回特性。

當(dāng)沉石設(shè)置點(diǎn)離船上沉石投放位置較近時(shí)，如船舶未安裝側(cè)推器，通過(guò)船舶滿舵及一車(chē)進(jìn)一車(chē)退大角度旋回難以抵達(dá)沉石設(shè)置點(diǎn)。

4.提高航標(biāo)船拋設(shè)浮標(biāo)位置精度的措施

4.1改進(jìn)現(xiàn)有GPS相關(guān)功能，解決現(xiàn)有GPS在航標(biāo)作業(yè)定位導(dǎo)航方面存在的不足

一是增加GPS天線位置修正功能。方法是GPS接入羅經(jīng)艏向信號(hào)，由圖一可知，則AB的真方位是（α+Q），AB的距離為a，由已知A點(diǎn)的經(jīng)緯度可計(jì)算出B點(diǎn)的經(jīng)緯度，則B點(diǎn)的經(jīng)緯度：φB=φA+aCOS（α+Q），λB=λA+aSin（α+Q）Secφn，φn為中分緯度，因AB的距離非常短，φn可用φA代替。通過(guò)計(jì)算軟件計(jì)算B點(diǎn)的經(jīng)緯度，再以B點(diǎn)為起點(diǎn)導(dǎo)航至沉石設(shè)置點(diǎn)，解決目前人工修正和導(dǎo)航存在的問(wèn)題。二是綜合各GPS的優(yōu)點(diǎn)，方便船長(zhǎng)定位導(dǎo)航操作，GPS需同時(shí)具有以下功能：能接收差分信號(hào)，即具有DGPS定位精度，顯示屏應(yīng)為彩顯和尺寸足夠大，能顯示對(duì)地航跡向和速度的矢量，能顯示船艏向和距離方位等導(dǎo)航信息，船長(zhǎng)和舵工在指揮操作位置能清楚讀取，便于船舶操縱。三是選取性能好的GPS，使得各導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新速度快，減少相關(guān)數(shù)據(jù)顯示滯后的時(shí)間。

4.2船舶駕駛員應(yīng)熟悉GPS設(shè)備操作并在作業(yè)前正確設(shè)置，避免由于人為設(shè)置不當(dāng)增加了定位誤差

4 . 3船長(zhǎng)及駕駛員應(yīng)熟悉航標(biāo)船的操作特性，穩(wěn)妥控制航標(biāo)船上投放點(diǎn)精準(zhǔn)抵達(dá)沉石設(shè)置點(diǎn)一是盡量采取最容易控制船舶的頂風(fēng)流方法，首先將船舶駛至浮標(biāo)拋設(shè)點(diǎn)下風(fēng)流200米左右，船速盡量控制慢，通過(guò)船艏向始終對(duì)準(zhǔn)拋設(shè)點(diǎn)方向，提前找準(zhǔn)風(fēng)流合力方向；二是浮標(biāo)拋投時(shí)船速盡量控制在1節(jié)以內(nèi)；三是距浮標(biāo)拋設(shè)點(diǎn)較近時(shí)，由于船舶旋回圈的特性，避免采取大角度轉(zhuǎn)向的方法抵達(dá)沉石設(shè)置點(diǎn)，如有風(fēng)流存在，利用風(fēng)流壓的方法使船舶橫移抵達(dá)沉塊設(shè)置點(diǎn)。

4 . 4減少天線人工修正誤差的措施

根據(jù)公式一，調(diào)整GPS天線使得天線與船上沉石投放點(diǎn)的連線平衡船舶縱軸線，則Q為0，減少了由于Q引起的修正誤差。船長(zhǎng)盡量控制α=β，就是船首向與浮標(biāo)設(shè)置點(diǎn)真方位重合。再控制投放時(shí)機(jī)，讓a=b，則誤差最小。

5.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)提高人員對(duì)船舶的操作技能，減少由于人為因素造成的誤差，并對(duì)現(xiàn)有GPS進(jìn)行天線位置修正功能改進(jìn)，使得沉石投放點(diǎn)直接導(dǎo)航到沉石設(shè)置點(diǎn)，減少修正和操作誤差，將大大提高拋投浮標(biāo)位置的精準(zhǔn)度。