航標錨鏈腐蝕相關數據采集分析及應用

常淼

摘 要：2017年2月，交通運輸部辦公廳發布關于《推進智慧交通發展行動計劃》的通知，明確了近期我國智慧交通發展的工作思路，特別是在智能化方面，提出要全面提升基于數據的決策和監管水平。《海事航海保障“十三五”發展規劃》也提出到2020年，我國將基本建成覆蓋全面、管理高效、服務優質、保障及時的綜合航海保障體系。著力推廣數據綜合應用，實現綜合航海保障現代化，提升航海保障服務社會民生的綜合能力和水平。航標錨鏈數據采集分析及應用正是符合以上文件精神的要求。

關鍵詞：航標保養 錨鏈 腐蝕 數據采集

1.沿海航標錨鏈維護和故障處理現狀

航標是引導船舶航行、定位和標示礙航物與表示警告的人工標志，為各種水上活動提供安全信息的設施或系統。設于通航水域或其附近岸邊，以標示航道、錨地、灘險及其他礙航物的位置，指揮狹窄水道的交通。永久性航標載入各國出版的航標表和海圖。

一直以來，由于錨鏈磨損斷裂而引起的航標漂失時有發生，其主要原因是長期處于海洋腐蝕環境中的錨鏈環受到復雜環境作用而發生腐蝕、磨損，致使鏈環斷裂。目前，對于航標保養，主要是根據經驗對轄區航標每1至2年為一個周期進行吊換，缺乏科學研究和預測，無法對錨鏈局部損傷做出預判。對于航標故障，航標維護人員通過日常航標遙測遙控數據、來往船舶報告或者現場的日常巡檢發現航標異常。這樣只能是航標出現異常工作情況了以后再進行維護處理，甚至需要啟動應急反應程序，這就必然會使航標有一段時間是處于異常工作狀態，不能發揮助航作用。

建立航標所處海域水文氣象數據采集分析，可為錨鏈累積損傷做出科學預測和評估，使航標設置更加科學，航標吊換保養更加經濟高效，減少航標漂失，進而使船舶、人員和經費使用更加合理，是提高航標效能，消除安全隱患，化解維護數量與維護質量矛盾的關鍵因素。

2.航標數據分析的現狀

以湛江航標處為例，在東海島燈船安裝水文氣象實時監測（傳輸）系統通過GPRS實時傳輸監測數據，可監測所在水域海洋環境因素，如水溫、潮流、流向、水位、風力、風向等。使用無線數據傳輸完成實時系統監控和數據傳輸，實現了遠程現場數據查看。在湛江港D1、D2號燈浮標安裝了實時圖傳視頻監控設備，可用于海況實時監測和歷史數據查看。但目前這些數據只對航標所在轄區水文氣象的實時狀態數據進行監測，并簡單記錄，數據孤立，數據記錄存儲后，未對監測數據進行圖表可視化，沒有充分對監測數據進行關聯、分析和應用。

3.影響腐蝕速率的水文氣象數據

國外學者通過研究，提出了影響錨鏈腐蝕的因素和腐蝕速率的預估公式。其中影響腐蝕速率的主要因素有：海水溫度、鹽度、pH值、溶解氧、海水流速以及表面粗糙度。并通過計算以上各因素的影響，確定海水溫度、溶解氧和海水流速是錨鏈腐蝕的主要影響因素。且隨著材質腐蝕，年限的增加，錨鏈的腐蝕深度隨之分散，造成平均腐蝕速率逐漸減小。

（1）海水溫度

湛江沿海年平均水溫呈南高北低，近岸低外海高特征。年平均水溫變化在23.7℃～24.9℃之間。東部海區等溫線大體與岸線平行，沿岸水溫在24.0℃左右，中深海區25.0℃，深海區26.0℃。

通過國外學者實際研究，海水溫度每上升10℃，腐蝕速率即增加一倍。根據Arrhenius定律，海水溫度對腐蝕速率影響在數學模型上表現為一種指數關系：

（2）溶解氧濃度

海水中溶解氧濃度是一個重要的變量，湛江海域溶解氧濃度為6.23～10.34mg/L。錨鏈鋼材的腐蝕速率由鋼材表面海水中氧擴散速率影響。腐蝕速率r0隨t時刻的電流密度i的變化關系：

其中，n為鋼中氧化電子數目，F為法拉第常數，D是海水中溶解氧擴散系數，C是錨鏈表面和海水中的溶解氧濃度差，δ為鋼材界面上溶解氧厚度。

（3）海水流速

湛江海區東部潮流受地形影響，由北向南快速遞增，在硇洲島一帶海域，最大流速略大于2節；至外羅門水道附近最大流速達5節。瓊州海峽大潮時流速達5節；在瓊州海峽東西口的狹窄處，落潮潮流最大流速可達6節以上。雷州西部沿海全日潮最大潮汐流速0.8節。

流速對腐蝕速率的影響可依據國內學者的實驗數據，最初的腐蝕速率和水流速度可近似看做是線性關系：

4.航標錨鏈分析系統的建立

通過對航標所在水域水文氣象數據進行采集、關聯分析，得到航標錨鏈可能發生異常工作的條件或指標。從而設計和建立一個統一的數據采集技術體系，能夠支持系統對航標異常工作分析的數據需求，系統通過內部局域網從不同的數據服務器或者接口獲取相關數據，然后統一在系統服務器數據庫中進行分析處理最后將分析結果反饋到用戶端，并對航標錨鏈異常工作風險向用戶進行風險提示。

5.結語

數據隱含著巨大的深度價值。經過多年的航標信息化建設，航標系統積累了大量的航標以及與水文氣象有關的數據，每天還在產生大量的實時數據。研究和挖掘這些數據，利用信息化的手段對航標異常工作提前進行風險提示，并借助先進的圖形化手段，發揮其在航保服務、航標管理、航標維護和應急中的作用，對提高航標養護效率、及時發現問題、科學輔助決策、完善導航服務效能等方面將具有重要的意義。

參考文獻：

[1]郭錦寶.化學海洋學[M].廈門：廈門大學出版社，1997.156.

[2]Robert E. Melchers，“Modeling of marine immersion corrosion for mild and low-alloy steels”， [J].Part 1：phenomenological model， Corrosion 59：319-334，2003.

[3] Robert E. Melchers， “The marine corrosion of structural steels in brackish and fresh water”. [J].Struct Infrastruct Eng 2（1）：53-61，2006.endprint