錢耀輝

（上海港引航站，上海 200082）

雷達(dá)主要是通過無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物體并測定物體的空間位置，也被稱為無線電定位。因雷達(dá)自身的功能優(yōu)勢特點，因此應(yīng)用范圍較為廣泛，常被人們應(yīng)用于林業(yè)監(jiān)管、海上引航等多個方面。而船用雷達(dá)就是專門用于船舶在海上航行的，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，船用雷達(dá)技術(shù)也在不斷地發(fā)展，因此，本文的主要內(nèi)容是分析船用雷達(dá)的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)而研究船用雷達(dá)在上海港引航中的運用途徑。

1 船用雷達(dá)的相關(guān)概述

最初階段的船舶若想在大海中找到正確方位，船長以及船舶中的船員將船用雷達(dá)作為海上引航的指路明燈，而船用雷達(dá)距今已有六十多年的發(fā)展歷史，至今仍被使用在船舶之中，其最早被應(yīng)用在船舶上是為了定位船舶在海上航行時的位置。但隨著人們對船用雷達(dá)的逐步深入研究，船用雷達(dá)逐漸被用于助航，所謂的助航就是船舶海上航行的過程中，通過無線電探測航標(biāo)以及其他助航標(biāo)志進(jìn)行海上引航。不僅如此，船用雷達(dá)還可以通過設(shè)立相應(yīng)的警戒區(qū)、警戒線等方式幫助船舶在預(yù)定的海域內(nèi)航行，進(jìn)而減少船舶在海上航行過程中出現(xiàn)觸礁、碰撞以及擱淺的現(xiàn)象，提升船舶在海上航行的安全性。其主要的是通過船用雷達(dá)的人工測繪功能實現(xiàn)的，借助于人工測繪功能可以確定船舶在預(yù)定的航線中行駛是否會與該物標(biāo)發(fā)生碰撞的風(fēng)險，進(jìn)而依據(jù)避碰規(guī)則明確避讓情況，為船舶駕駛員提供改變航線的參考依據(jù)，實現(xiàn)避碰規(guī)則。當(dāng)船舶在海上行駛過程中遇到能見度較低、狹窄水道以及有其他船舶在的環(huán)境時，船長以及駕駛員可以有效利用航海雷達(dá)，充分找到正確航行位置，避免危險發(fā)生，以此有效發(fā)揮出航海雷達(dá)的實質(zhì)性作用。隨著科技的不斷發(fā)展，海上航行的剛需技術(shù)也在逐漸突破，現(xiàn)階段的GPS 技術(shù)（全球定位系統(tǒng)）以及ECS 技術(shù)（電子海圖系統(tǒng)）都已十分成熟并成功運用在船舶中，隨著上述兩種技術(shù)的引用，導(dǎo)致船用雷達(dá)定位技術(shù)與船用雷達(dá)助航技術(shù)在船舶實際應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)中的逐漸被弱化，但為有效避免船舶行駛在高船舶密度區(qū)域時發(fā)生碰撞，進(jìn)而強化了船用雷達(dá)防碰撞技術(shù)。但隨著國家不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系統(tǒng)的不斷完善，使港口水域上的船舶密度不斷增高，來往船只數(shù)量也隨之提升，而且為了更好地提升港口貿(mào)易質(zhì)量與港口貿(mào)易效率，船舶類型也逐漸向著大型化、專業(yè)化以及高速化的方向發(fā)展。隨著專業(yè)化與大型化船舶的船型成熟，便開始出現(xiàn)運輸一些大型危險品與化工品的專業(yè)船只，例如巨型油輪、大型液化天然氣運輸船以及大型液化石油運輸船等，隨著此類船只的大量運用，導(dǎo)致海損事件的發(fā)生率也逐漸增多，給海洋的生態(tài)環(huán)境帶來了一定程度的威脅。因此，為有效確保船舶在海上航行的安全性，人們對船用雷達(dá)的使用需求與要求越來越嚴(yán)格。與此同時，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷完善，船用雷達(dá)的功能也越來越完善，如計算機(jī)自動標(biāo)繪、AIS、ECS 等功能，都為相關(guān)工作人員提供了更為精確的海上態(tài)勢畫面，靈活應(yīng)用于多船相遇、快速逼近以及機(jī)動頻繁等場合中。不僅如此，在新型的船舶中已經(jīng)可以通過LCD顯示器進(jìn)行物標(biāo)回?fù)艿娘@示，能夠幫助工作人員清晰的區(qū)分船、岸等不同的物標(biāo)，還可以將安裝AIS 物標(biāo)船以及AIS 虛擬航標(biāo)顯示出來。

2 船用雷達(dá)在上海港引航中物標(biāo)船真矢量線的運用

在實際航海過程中，船長以及駕駛員可以通過查看物標(biāo)船真矢量線的指示方向判斷船只的實際運動航向，同時真矢量線的長短與船只實際運動速度成正比，所以，在實際航行中船長或駕駛員可以通過真矢量線的長短判斷船只行駛速度。當(dāng)船舶中船用雷達(dá)數(shù)據(jù)源于GPS系統(tǒng)，則可以將船艏線與真矢量線的夾角視為船舶所承受的風(fēng)流夾角，風(fēng)流夾角的主要的作用是提供船舶在海上航行是否會出現(xiàn)與他船碰撞或出現(xiàn)燈浮現(xiàn)象的可能性參考。同時，也可以通過運用ARPA 以及人工標(biāo)繪對物標(biāo)船進(jìn)行捕捉，通過查看真矢量線的長短以及方向?qū)ξ飿?biāo)船實際航行速度以及實際航行方向進(jìn)行有效判斷。

2.1 矢量線在實際航海中多船相遇時的應(yīng)用

多船相遇是船舶在海上航行以及靠岸時經(jīng)常會遇到的問題，當(dāng)出現(xiàn)多船相遇的情況時，無法通過肉眼的觀察去判斷船舶之間是否存在碰撞的風(fēng)險，所以依托于船用雷達(dá)的人工測繪或計算機(jī)自動測繪功能，可以快速判斷出船舶之間是否會發(fā)生碰撞。其主要的判斷方法是通過真矢量法與相對矢量法兩種方法進(jìn)行碰撞判斷，其中真矢量法，緩慢將真矢量線的時間延長，觀察其的端點是否會出現(xiàn)重合或無限靠近的現(xiàn)象，若存在此種現(xiàn)象則表示碰撞風(fēng)險較大，那斷絲按所在的位置就是可能出現(xiàn)碰撞的區(qū)域。如圖1 多船相遇時真運動顯示矢量圖所示，其圖中所展示的情況就很難對哪些船可能存在碰撞風(fēng)險做出有效判斷，目標(biāo)Tl 表示右舷交叉相遇船，目標(biāo)T2 表示左舷交叉相遇船，目標(biāo)T3 表示左舷追越船。如圖2 所示，可以通過使用基于時間軸延長真矢量線方式發(fā)現(xiàn)目標(biāo)T1 與T2 均存在碰撞風(fēng)險，而目標(biāo)T3 卻沒有碰撞風(fēng)險。不僅如此，還可以通過應(yīng)用相對矢量法對碰撞風(fēng)險進(jìn)行判斷，相對矢量法的具體應(yīng)用方式是先將真矢量線顯示轉(zhuǎn)換為相對矢量顯示模式，而后同樣基于時間軸延長物標(biāo)船的相對矢量線，此時可以發(fā)現(xiàn)延長后的相對矢量線是否與當(dāng)前船或MIN CPA圓成相交狀態(tài)，若出現(xiàn)相交情況則代表當(dāng)前船存在碰撞風(fēng)險。但該方式存在一定弊端，那邊是無法有效對碰撞區(qū)域做出判斷。如圖3 多船相遇時雷達(dá)相對運動顯示矢量圖所示，可以有效發(fā)現(xiàn)當(dāng)延長目標(biāo)T1 的矢量線后，目標(biāo)T1 存在與當(dāng)前船只碰撞風(fēng)險，基于延長矢量線方式，可以同樣發(fā)現(xiàn)目標(biāo)T2 雖經(jīng)過當(dāng)前船尾位置，但仍存在碰撞風(fēng)險，而目標(biāo)T3 則會從當(dāng)前船左舷追越，不存在碰撞風(fēng)險。

圖1 多船相遇時真運動顯示矢量圖

圖2 延長真運動矢量線顯示圖

圖3 多船相遇時雷達(dá)相對運動顯示矢量圖

2.2 在趕超他船時真矢量線的運用

如圖4、5 所示，其分別代表著小角度追越其他船時雷達(dá)真運動顯示矢量圖以及大角度追越其他船時真運動顯示矢量圖，當(dāng)本船若想有效在上海港追越其他船只，則可以通過自動標(biāo)繪技術(shù)或者是人工標(biāo)繪技術(shù)計算兩船之間的最短相遇時間(TCPA)，若兩船航行方向相同，則表示在經(jīng)過TCPA 計算所得結(jié)果的時間后兩船追平，而后若兩船實際行使速度不變，則過一時刻便會完成追越行為。若當(dāng)兩船航向不一致的時候，例如，發(fā)散行使或相交行使，則TCPA 只能說明最近會遇時所需的時間。但在實際開展追越行為時，不能單純依靠TCPA 作為追越依據(jù)，因可能出現(xiàn)在TCPA 時間內(nèi)兩船行駛至禁止追越水域的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法在有效時間內(nèi)完成追越行為，很可能會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果。所以在開展追越行為時，不僅需要將TCPA 作為其依據(jù)，同時也需要著重參考延長真矢量線方法，通過有效運用該方法可以準(zhǔn)確計算出兩船完成追越行為時所需具體時間以及具體海里，進(jìn)而判斷出兩船完成追越行為前是否處于禁止追越海域，以此有效保證追越行為的可靠性與安全性。

圖4 小角度追越他船時雷達(dá)真運動顯示矢量圖

圖5 大角度追越他船時真運動顯示矢量圖

2.3 真矢量線在船只靠泊以及掉頭時的具體應(yīng)用

在實際航行中，船舶若想完成掉頭行為以及靠泊行為時，多數(shù)情況下引航員會根據(jù)自身經(jīng)驗對船舶掉頭時的運動軌跡與運動趨勢進(jìn)行判斷、對船舶靠泊時的靠泊速度與靠泊角度進(jìn)行判斷等，但是當(dāng)天氣影響降低時，有可能會出現(xiàn)判斷失誤，所以真矢量線的運用可以進(jìn)一步針對此種問題進(jìn)行分析[3]。因船舶在實際的掉頭過程中，船舶自身的旋回速度往往會低于船艏向的旋回速度，尤其是船舶處于較急潮流的水域中時，該現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，很可能會造成船艏向已經(jīng)旋回成功但船舶實際航向卻不正確的現(xiàn)象，此時若不通過有效措施對船舶行使方向進(jìn)行調(diào)整，則很可能會造成較為嚴(yán)重的后果。所以為有效解決上述現(xiàn)象，則可以通過科學(xué)利用船舶的真矢量線與船艏向之間的夾角顯示船舶真實的運動軌跡與運動狀態(tài)，以此為引航員提供真實可靠的船舶行駛狀態(tài)，進(jìn)而使引航員可以更為有效地控制船舶。在實際中的具體使用方式為延長真矢量線的時間并縮小量程，如1.5海里雷達(dá)量程用20milI 左右的真矢量線時間，較短的矢量線時間會造成船舶運動的細(xì)微變化不容易被發(fā)現(xiàn)[4]。

2.4 不同航速和參考物標(biāo)相對速度的對比

如圖6 捕捉固定目標(biāo)預(yù)測風(fēng)流壓雷達(dá)真運動顯示圖所示，當(dāng)船舶處于長江口深水航道牛皮礁水域時，可通過求得牛皮礁燈樁的速度來查表1 不同航速和參考物標(biāo)相對速度對應(yīng)的風(fēng)流壓角對照表所示，得到不同航速（V）和牛皮礁燈樁的速度（V），所對應(yīng)的甩流壓夾角（x）[5]。當(dāng)航速較慢或航行在強風(fēng)流水域時，該表在預(yù)配風(fēng)流壓夾角時有一定的參考意義。

表1 不同航速和參考物標(biāo)相對速度對應(yīng)的風(fēng)流壓角對照表

圖6 捕捉固定目標(biāo)預(yù)測風(fēng)流壓雷達(dá)真運動顯示圖

3 使用船用雷達(dá)的安全注意事項

當(dāng)前船的GPS天線具體位置代表矢量線起始位置，所以，船只中的船用雷達(dá)顯示的航行航向并非船身航行方向，而實際是CPS 天線處的運動方向。只有在船舶進(jìn)行直線行駛時，整體船只的運動方向才是矢量線顯示方向。當(dāng)船只在進(jìn)行轉(zhuǎn)向與旋回行為時，船只除按某一固定線速行進(jìn)外，不僅其自身船艏與船艉的速度不同，同時船只還會表現(xiàn)出繞轉(zhuǎn)心自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在船只的實際行駛階段，若想在船用雷達(dá)中取得更好的效果，則可以將人工調(diào)節(jié)方式改變?yōu)樽詣诱{(diào)節(jié)方式，通過此方式可以更加出色地在量程不斷變換的行駛航線中完成任務(wù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著時代的不斷發(fā)展，船用雷達(dá)的功能也隨之不斷發(fā)展與優(yōu)化。實際船用雷達(dá)的應(yīng)用中，其功能具備多樣化特點，每個功能都有其適用場景與一定程度的缺陷，引航員要根據(jù)實際環(huán)境與應(yīng)用場景科學(xué)選擇合適的顯示模式和正確功能并對其運用，進(jìn)而使其能夠充分發(fā)揮其自身的功能。此外，為進(jìn)一步推動船用雷達(dá)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人才應(yīng)加大對船用雷達(dá)的研究力度，借用先進(jìn)的技術(shù)手段不斷創(chuàng)新船用雷達(dá)的功能。