劉愉強　周保成

【摘 要】 為保障船舶安全航行，從海洋觀測視角探討浮動航標功能擴展和應用，提出擴展浮動航標平臺環境觀測（監視）功能和優化相關浮體結構，以及浮動航標系泊系統融合海洋資料浮標系泊系統技術的建議，以期豐富海事管理輔助決策系統實測數據，提高海事管理智能化水平和工作效率。

【關鍵詞】 浮動航標;環境觀測;功能擴展

0 引 言

隨著海洋強國國家戰略的實施和“一帶一路”倡議的提出，向海經濟和航運快速發展，船舶通航流量增多、密度增大，加上港口航道新建、擴建，海上作業活動頻繁。廣東海事局數據統計顯示：2016年轄區內船舶進出港209.23萬艘次，貨物吞吐量18.568億t;2017年船舶進出港367.92萬艘次，貨物吞吐量24.38億t，船舶進出港艘次比上年增長了75.8%，貨物吞吐量比上年增長了31.3%。這對水上航行保障措施提出了更高的要求。

能見度是影響船舶安全航行的重要因素。在能見度不良時，駕駛員不能及時發現目標，不能較好地識別助航設施和了解周圍航行情況，給定位和避讓等造成困難，大大增加了船舶發生事故的風險。據國際海事組織的統計，引起船舶碰撞事故最多的海洋氣象是霧。目前，我國對海霧天氣仍以監測為主。及時獲取實時霧情信息是保障船舶安全航行的重要措施之一。

陳偉豐等[1]研究表明，流是影響船舶安全航行的重要因素。在船舶超大型化的今天，船舶操縱者必須精準掌握流的變化規律和實時流速流向。流速流向受風、大氣壓、降水等其他氣候條件及地形的影響較大，僅依靠預報的潮流規律進行推算，會給船舶特別是大型船舶在航行和靠離泊操縱時帶來較大風險。廣州港為潮汐港，受航道水深、寬度不足等條件的限制，許多船舶要乘潮進出港。這就導致船舶進出港時間相對集中，航道內船舶通航密度的相對增加，船舶發生交通事故的風險也大大增加。魏忠想[2]研究表明，由于流的水動力作用，操船者不易對船舶進行有效控制，特別是在流速較大、船舶受橫流影響時，更難以控制船舶，事故也極易發生。及時獲取實時水流數據也是保障船舶安全航行的重要措施之一。

1 現狀及問題

航標是幫助引導船舶航行、定位及標示礙航物和航道范圍的水上或岸上標志，為各種水上活動提供安全信息的設施或系統。航標按設置形態可分為固定航標和浮動航標兩類。

浮動航標是指浮于水面上的一種標志，是用錨或沉錘加錨鏈系留在指定位置，以標示航道范圍、指示淺灘和礙航物或表示專門用途的水面助航標志。浮動航標在航標中數量最多，應用廣泛。

隨著海運事業的發展，人類水上活動范圍日益擴大、方式日益增多，對航標的需求也越來越多，因此大量先進技術應用于航標，推動著航標技術的發展。

2010年3月，國際航標協會（IALA）發布了《海上浮標制度及其他航標》，在1983年版《海上浮標制度》的基礎上增加了航標種類、更新了部分技術標準。我國在1999年版《中國海區水上助航標志》基礎上進行了更新，發布了2016年版《中國海區水上助航標志》。

隨著新材料的出現，浮動航標的標體材料也隨之改變。傳統的鋼質浮動航標因長期浸泡在水中，易腐蝕且容易被偷盜。近年來廣泛應用玻璃鋼材質的標體，其具有質量輕、耐久性好、抗腐蝕能力強、價格便宜等特點。新型納米超高分子量材料組合式航標標體相較于傳統航標標體，具有安裝簡單、攜帶輕便、耐腐蝕性強及耐碰撞等優點。

我國航標燈器經歷了煤油燈、乙炔燈、白熾燈、LED燈等發展階段?？茖W技術的進步，特別是無線網絡技術和衛星定位技術的發展，為航標設備的改進提供了可能，也為航標燈器進入數字化時代奠定了基礎。當前，航標管理已進入數字時代，航標燈裝備了通信、定位模塊，具有遙測航標位置、燈質、電壓等數據，遙控航標燈質、開燈狀態等功能。[3]

浮動航標的系留系統是按照行業標準《浮標錨鏈》執行的，是由馬鞍鏈、短鏈、半鏈、全鏈等鏈節，以及連接卸扣、末端卸扣、轉環等附件組成的系泊系統。錨鏈環長期處于海洋腐蝕環境中，易受腐蝕、磨損，導致鏈環斷裂。目前，浮動航標每1～2年進行吊換維護保養，在一些特殊航道因損耗較大，維護周期更短。

傳統的航標功能定位只限于導航，但從海洋觀測視角來看，數量眾多的航標可以發揮更大作用，通過優化其系統結構、擴展其功能以滿足更多社會需求。

2 技術條件成熟

隨著新材料、集成電路技術，以及新理論、新方法的不斷發展，體積小、重量輕、功耗低、精度高、智能化的新型傳感器不斷涌現，為在小型定點觀測平臺進行環境要素觀測的業務化運行提供了技術支撐。

通信技術的發展也為在小型定點觀測平臺進行數據和視頻傳輸的業務化運行提供了技術支撐。1991年開始投入使用的全球移動通信系統（GSM）只能滿足簡單的觀測數量需求。為彌補這一缺陷，2000年又推出了一種新的通信技術――GPRS，雖然能滿足基本觀測要素的需求，但無法很好地支持視頻監控需要。因此，基于舊有的GSM/EDGE（增強型數據速率演進技術）和UMTS（環球移動通信系統）/HSPA（高速數據信息包接入/存取技術）網絡技術，形成了通用移動信息（LTE）技術。LTE技術提升了無線網絡的數據傳輸能力和傳輸速度，為圖像視頻通過4G網絡進行實時傳輸提供了技術支撐。

目前，浮動航標主要通過太陽能板與蓄電池組合方式供電。為了存儲太陽能，結合浮動航標電能存儲的特點，浮動航標采用鉛酸蓄電池。隨著鋰離子電池技術的進一步成熟，鋰離子電池也將應用于浮動航標。這些技術的進步都為浮動航標功能擴展所需能源供給提供了技術支撐。

3 建 議

3.1 功能擴展

目前有些浮動航標上裝有錨燈、錨燈檢測器、AIS、GPS等設備。這些設備可以向過往船舶和管理控制中心發送信息，向過往船舶發送的信息內容包括航標名稱、航標類型、位置精度、位置緯度、位置經度、定位方式、信息時間、位置狀態等;向管理控制中心發送的信息內容包括燈狀態、系統電流電壓、航標名稱、航標類型、位置精度、位置緯度、位置經度、定位方式、信息時間、位置狀態等。這些功能仍無法滿足現代化航道管理需求，因此需要擴展浮動航標功能。浮動航標系統數據流見圖1。

功能擴展后的浮動航標觀（監）測內容如下：

（1）常規內容：燈狀態、系統電流電壓、航標名稱、航標類型、位置精度、位置經度和緯度、定位方式、信息時間、位置狀態。

（2）水文氣象要素：流速、流向、水溫、能見度、風速、風向。這些觀測要素能提高船舶進出港和離靠泊的安全性，減少船舶對碼頭及導助航設施的碰撞和損壞，同時為海事管理部門啟動應急預案對轄區水域實行臨時封航管制提供技術支持。

（3）音像要素：實時視頻。現場實時視頻能達到預防、發現和及時取證的目的，特別是對大量未安裝AIS的小型船舶進行監控。通過現場實時視頻，海事管理部門在有可能影響船舶航行安全時作出最有效、最及時的響應，預防事故的發生;及時發現違法事件，及時預警;在事故發生后，能以最快的速度實現應急救援，減少人員傷亡和財產損失。

在近岸移動通信網絡覆蓋良好的水域，浮動航標觀（監）測內容通過4G通信模塊傳輸;在尚未被移動通信網絡覆蓋的海域，浮動航標觀（監）測內容通過“天通一號”衛星傳輸。

3.2 浮體優化

浮動航標上層結構極易因碰撞而損壞，可在浮體和桅桿頂部外周優化布局、設置彈性圍欄（如高分子材料）以減緩沖撞力;在桅桿底部設置多向減震裝置以阻隔彈性應力波破壞。

為了提供更大電池容量，對浮體內部結構進行優化以擴展存放蓄電池的空間。經測試，擴展后的浮體蓄電池空間可存放30～40塊100 Ah電池。

3.3 系泊系統優化

為延長系泊系統壽命，對系泊系統薄弱環節進行優化，改善系泊系統整體壽命。測量浮標長效錨系泊裝置作為海洋資料浮標使用的專利，打破上下一致的粗鏈大沉塊錨系泊傳統設計方案，大大提高了錨系的壽命，其特征在于該專利技術的錨鏈為一條不帶連接卸扣的全程錨鏈。該錨鏈在浮動航標的浮體下5～10 m受力段和躺地段錨鏈前端開始的25～50 m經常觸地磨擦段所用的錨鏈錨徑比標準段錨鏈錨徑加大25%～35%。

4 結 語

在全球智能化的當下，我國提出“數字中國、智慧社會”要求，海事管理也進入智能時代。利用浮動航標的平臺，增加必要觀測功能，不僅可以豐富海事管理輔助決策系統實測數據，而且可以更加科學地作出決策，提高海事管理智能化水平和工作效率。

海洋資料浮標監測平臺的成熟技術可以融入浮動航標系統中，浮動航標系泊系統使用測量浮標長效錨系泊裝置技術能很好解決系泊系統壽命短的問題，延長維護周期，降低運維成本。

參考文獻：

[1] 陳偉豐，邵建國.流速流向測量儀在超大型船舶引航中的應用[J].航海技術，2018（4）：4-6.

[2] 魏忠想.廣州港水域船舶交通安全評價與對策[D].廣州：華南理工大學，2013：38-32.

[3] 楊力，吳麗平，梁艷，等.談航標燈器的科技應用[J].中國海事，2016（12）：55-56.