錨纜參數對船舶錨泊系統的影響

徐哲

摘要：在工程物流項目中，重大件設備裝卸船常采用船尾滾裝作業的方式，與其對應的系泊方式為T字型系泊。由于工程項目的特殊性，大部分碼頭所處于海洋環境較惡劣，且滾裝碼頭為項目的自備碼頭，碼頭系纜樁能力、等級不足，系泊船舶在風、流和浪的作用下，會發生搖蕩，若系泊船舶搖蕩運動幅度過大，系纜繩承受的最大張力超過其破斷拉力，系纜繩發生斷裂，系泊系統將會失效，會給碼頭安全和裝卸貨作用帶來極大的安全隱患;本文主要分析船舶錨泊信息化管理系統。

關鍵詞：遠程監測;船舶錨泊;信息化;管理系統

1、概述

JOHANSSON于1976年在他的博士論文中建立了錨泊系統的有限元模型，并且對其動力響應進行了分析。他不僅考慮到錨泊系統與阻尼有關的速度、錨鏈張力的突變，還考慮到了錨泊系統偏離平衡位置的位移，且它的有限元模型為非線性模型。由此他對有限元模型的時域進行了研究，得出的數據可以用來分析錨鏈在某一瞬時的狀態下的具體情況。JOHANSSON在前人的基礎上，創造性地提出了一種新計算方法，用來求解耦合運動方程的數值積分。隨后，提出了一種新的經驗模型，用于計算由于懸鏈線型錨鏈上端受到垂向運動引起的動張力。這種新的經驗模型可以很好地適用于海洋波頻作用力，而且還可以用來計算錨鏈張力的標準方差。將模型的計算結果和一系列海況下測量到的實際海洋錨鏈結果進行比較，兩者之間最大的誤差在8%～11%之間，標準方差的誤差則在2%～3%之間。研究結果表明：當水平運動產生顯著變化時，具有最大平均張力和動張力的地方最易產生最大誤差。在前人的研究基礎上，采用有限元方法研究了波浪對單點系泊駁船干擾的三維問題。他們通過對比有限元方法得出的數值和在不規則波及規則波狀況下得到的模型試驗數據，得出了不同系泊點駁船的響應與錨鏈剛度系數之間的關系。無論在規則波情況下，還是在不規則波情況下，分析結果和試驗數據都基本一致。利用一種三維方法來求解船舶的運動響應;考慮了非線性的影響，并對系泊系統的水動力相互作用進行分析;OHKUSHU[8]利用二維理論探索了浮體間的相互影響;KORDAN[9]提出一種用來模擬斜浪作用下結構間耦合分析的理論;利用高階邊界元法分析2個結構之間的相互作用。采用二階頻域攝動理論來探討轉塔式錨泊儲油輪的動力響應，對轉塔式錨泊儲油輪在壓載狀態下的一階運動、二階運動的響應譜和錨泊線張力譜進行計算，通過將計算所得的數據與相應的模型試驗數據進行對比，發現理論結果與試驗數據基本一致，由此得出二階頻域攝動理論可運用于轉塔式系泊儲油輪動力響應分析的結論。采用頻域方法研究了波頻運動引起低頻慢蕩阻尼力問題中錨鏈所引起的力。實質上，錨鏈所造成的阻尼與其運動間的初相位是密不可分的。

2、錨泊分析方法

MOSES軟件是固定式和浮式海洋結構分析計算的通用程序，適用于單體船（如輪船和駁船）、多體船、半潛式平臺等。應用MOSES軟件進行錨泊分析的過程如下：（1）船體建模。船體建立勢流理論模型，船體上部結構以受風面積的形式加入到模型中。本文選取船舶總長102m、型寬35m、型深7.5m、吃水3.6m，其水動力模型如圖1所示。（2）系泊纜建模。將系泊系統幾何位置和錨纜參數組合到船體模型中。（3）計算船體在不同波浪頻率下的幅頻響應算子（RAO）。（4）根據船體的RAO和相應波譜，在指定海況條件下計算錨纜的最大張緊力和船體運動幅值。海上施工的海況限制條件一般是6級風以下，故本文錨泊分析選取環境參數為5級風最大值13.8m/s，有義波高1.5m，流速1m/s。風浪流同向，從船艏到船艉每隔45°選取一個環境荷載方向。在上述海況下，分別調整錨纜數量、長度、彈性模量、預張力，對比錨纜最大張力和船體運動幅值，從而研究錨纜各項參數對錨泊系統性能的影響。

圖1船體水動力模型

3、錨泊信息化管理系統的軟件設計

3.1數據采集端

3.1.1應用程序

應用程序的主要功能很多，主要包括實時監測和執行監視端發送的控制命令，并實時讀取紅外信息、視頻信息、拉力信息，并發送到監視端。該功能需借助具體應用模塊和用戶界面設計來完成，用戶界面包括網絡通斷狀態顯示、傳感器信息顯示、船舶信息顯示、主機參數顯示、系統時間顯示等，而應用模塊充分采用了多線程技術。

3.1.2多線方程

應用程序又分為中文支持，畫面設計，拉力、攝像頭、紅外線線程的創建、generalSocketClientThread線程、cameralSocketClientThread線程、motoctlSocketClientThread線程及線程間的信號和槽。各線程之間獨立設置是為了確保各數據間不受影響，可獨立運行。

3.2驅動程序

拉力、攝像頭信息、紅外信息在獲取數據的過程中都需要與之對應的驅動程序來支持，拉力是由S3C6410的AD通過1通道來獲取;攝像頭信息主要通過S3C6410的USB來獲取，且需編寫USB接口的相應驅動;紅外線主要是由S3C6410的AD獲取，主要經由三通道獲取。

4、錨泊安全管理措施

4.1防止船舶走錨的相應措施

在船舶錨泊過程中，經常會遇到走錨情況，必須為防止走錨或在走錨后及時采取恰當措施進行控制。一般情況下，可以采取加拋另一錨或改拋一點錨對船舶的走錨趨勢進行控制。同時，由于船舶從走錨情況發生開始直至碰上其他船所需的時間，在各錨地都有所不同，所以不能盲目用舵、用車，需要根據各錨地的錨泊船之間具體距離采取相應措施。

4.2控制本船速度及錨泊船之間距離

在船舶拋錨過程中，要時刻注意本船行駛速度。錨地中的錨泊船較多，與其他航行水域相比，船舶密度較大。如果船行駛速度過快，則難以控制，極容易與周圍正常航行的船舶或其他錨泊船發生碰撞。因此，在拋錨過程中，必須嚴格控制船速，與其他船之間始終保持適當間距，避免碰船事故的發生。

4.3充分了解各錨地位置、水深、水流等情況

駕、引人員必須充分了解各錨地的位置、水深、水流、地質情況及避風能力，根據實際情況選擇合適的錨地。在錨泊過程中，還應加強值班工作，隨時接收實時天氣預報，一旦發現天氣異常，及時采取相應防范措施。

結束語

一直以來，絕大多數除船舶錨泊采用的是人工操作的方式，操作方式十分落后，且安全隱患較多，還停留在肉眼觀察的階段，預警能力較低，給人們的生命財產帶來了威脅。在這一嚴峻形勢下，深入對船舶錨泊信息化管理系統的關鍵技術進行研究勢在必行，具有十分重要的作用和意義。

參考文獻

[1]劉玉良.基于單片機的船舶錨機遠程控制系統設計[J].自動化與儀器儀表，2018

[2]榮煥宗.船舶錨泊系統擾動力平衡計算[J].中國造船，2018