淺談提高航標船拋設浮標位置精度

陳沛偉

摘 要：由于GPS/DGPS具有定位精度高、全天候、操作簡便和高效的導航功能等優點，該設備已普遍作為航標船拋設浮標的定位和導航，但在實際拋設浮標操作應用過程中還存在一些不足，本文從人為和設備兩方面因素分析對浮標拋設位置精度的影響，并提出了提高浮標拋設位置精度的措施。

關鍵詞：航標船 浮標拋設 位置精度 GPS/DGPS

1.前言

浮標位置精度是評估浮標效能的重要指標之一。隨著我國港口經濟的快速發展，船舶通航密度不斷增大和大型化、深吃水船舶的不斷增多，導致船舶在港口的可航水域越來越小，從而對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，有必要進一步提高航標船拋設浮標位置精度，提高浮標的助航效能。本文從船舶操縱和GPS/ DGPS設備的角度分析浮標拋設的位置誤差，提出有助于提高浮標拋設位置精度的措施，切實為航行船舶提供更加優質的浮標助航服務，進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險，保障船舶人命財產的安全。

2.航標船拋設浮標位置精度現狀

2.1浮標結構及位置精度要求

水上浮標一般分為燈架、浮體和系碇三個部分。其中系碇部分包括馬鞍鏈、錨鏈、沉塊以及連接卸扣。浮體通過馬鞍鏈和一定長度的錨鏈與水泥預制的沉塊連接。浮標是通過沉塊和錨鏈阻止其漂移。正常情況下沉塊不移動，其它部分受到風流影響圍繞著沉塊回轉，當風流或其它外力足夠大致使沉塊移位超過允許范圍則稱浮標移位。海圖及航標表上標注的浮標位置是對應沉塊的設計位置，但是浮標在拋設過程中允許存在一定的誤差，在《海區航標效能驗收規范》（JT 759-2009）中規定浮動標志允許的誤差為：推算沉石位置與設計位置誤差值應小于30m。2.2航標船GPS天線位置修正現狀

航標船船長為了確定沉石投放時機需要時刻知道船上投放點到沉石設置點的距離方位，但因為航標船結構特點，船上沉石投放位置位于主甲板靠前左右舷邊，主甲板是航標作業區，存在吊機吊臂和工作人員等干擾GPS信號的接收，該區域不適合安裝GPS天線，目前航標船GPS天線都安裝在羅經甲板上，所以GPS天線位置需要修正，如中標船需修正約18米，大標船需修正超過20米。因為船舶在投放沉石過程中是一個動態過程，船長沒有足夠的時間根據GPS的經緯度和船艏向去精確修正，通常采取通過直接扣除天線至船上沉石投放點的距離，該方法簡便但誤差相對較大。

2.3廣州航標處大中型航標船所配備的GPS概況

共有3艘大中標船各配有3臺GPS，其基本性能及不足介紹如下：

G P S 1：品牌型號G A R M I N 3010C，彩色顯示屏10.4寸并自帶電子海圖，說明書標稱定位誤差小于15米，在珠江口水域經過多次觀察該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據，缺點是不具有DGPS功能；

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

GPS3：品牌型號SIMRAD MX610，自帶二種差分信號接收功能，定位精度分別為5m和2m，需要人工設定，缺點是顯示屏較小，無電子海圖。 3.浮標拋設過程中存在的問題及定位精度分析

3.1航標船作業前沒有將GPS設備調至最佳定位精度狀態

通常情況下船上GPS開機后不用任何設置就能自動搜索跟蹤衛星信號，所以部分駕駛員會誤認為GPS開機后處于最佳定位精度，但實際不同的設置存在不同的定位精度。如上述GPS1，其具有接收WAAS差分信號功能，但由于珠江口水域已超出WAAS信號覆蓋范圍。在實際操作中當打開差分定位功能時，由于接收不到WAAS差分信號，顯示定位精度為13米左右，然而當關閉接收差分信號時，定位精度顯示為8米左右，所以不正確的設置會額外增加5米的精度誤差。上述GPS2，可外接差分信號，需按照說明書正確設置接收差分信號，否則達不到差分定位精度。上述GPS3，具有內置接收二種差分信號功能，同樣需要人工設置才能達到最佳定位精度。所以GPS的正確設置能提高定位精度。

3.2GPS天線位置修正誤差

3 . 3 GPS不能提供便利的導航

一是不能提供船上沉石投放點到沉石設置點的導航距離方位數據。二是沒有整合有利于浮標作業的GPS性能集中在同一GPS上，使得船長需要不斷觀察不同的GPS，增加了船長的工作量，而且通常船長作業時間較長，體力消耗較大，由于疲勞加上設備不便利容易產生人為判斷誤差。

3 . 4船長在船舶操縱過程中容易存在的問題

3.4.1船速過快。

抵達沉石設置點時船速過快，比如當船舶速度為2節時，1秒鐘船舶移動的距離約為1米，船長發出指令與甲板執行拋投的時間通常有一定的時間偏差，當船速越快，相同的時間偏差引起位置誤差越大。

3.4.2未找準風流合力方向。

頂風頂流是船舶最容易控制船速和艏向的一種方式，是提高拋投浮標位置精度最有效的一種方法。如船舶不是頂風頂流接近沉石設置點時，當船速控制較低且有較大風流壓角時，船艏向出現難以把定，同時產生較大的天線位置修正誤差。

3. 4.3未了解船舶旋回特性。

當沉石設置點離船上沉石投放位置較近時，如船舶未安裝側推器，通過船舶滿舵及一車進一車退大角度旋回難以抵達沉石設置點。

4.提高航標船拋設浮標位置精度的措施

4.1改進現有GPS相關功能，解決現有GPS在航標作業定位導航方面存在的不足

一是增加GPS天線位置修正功能。方法是GPS接入羅經艏向信號，由圖一可知，則AB的真方位是（α+Q），AB的距離為a，由已知A點的經緯度可計算出B點的經緯度，則B點的經緯度：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。通過計算軟件計算B點的經緯度，再以B點為起點導航至沉石設置點，解決目前人工修正和導航存在的問題。二是綜合各GPS的優點，方便船長定位導航操作，GPS需同時具有以下功能：能接收差分信號，即具有DGPS定位精度，顯示屏應為彩顯和尺寸足夠大，能顯示對地航跡向和速度的矢量，能顯示船艏向和距離方位等導航信息，船長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，使得各導航數據更新速度快，減少相關數據顯示滯后的時間。

4.2船舶駕駛員應熟悉GPS設備操作并在作業前正確設置，避免由于人為設置不當增加了定位誤差

4 . 3船長及駕駛員應熟悉航標船的操作特性，穩妥控制航標船上投放點精準抵達沉石設置點一是盡量采取最容易控制船舶的頂風流方法，首先將船舶駛至浮標拋設點下風流200米左右，船速盡量控制慢，通過船艏向始終對準拋設點方向，提前找準風流合力方向；二是浮標拋投時船速盡量控制在1節以內；三是距浮標拋設點較近時，由于船舶旋回圈的特性，避免采取大角度轉向的方法抵達沉石設置點，如有風流存在，利用風流壓的方法使船舶橫移抵達沉塊設置點。

4 . 4減少天線人工修正誤差的措施

根據公式一，調整GPS天線使得天線與船上沉石投放點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。船長盡量控制α=β，就是船首向與浮標設置點真方位重合。再控制投放時機，讓a=b，則誤差最小。

5.結束語

總而言之，通過提高人員對船舶的操作技能，減少由于人為因素造成的誤差，并對現有GPS進行天線位置修正功能改進，使得沉石投放點直接導航到沉石設置點，減少修正和操作誤差，將大大提高拋投浮標位置的精準度。