島礁海域導助航工程設計

蔣 瑋，樓啟明

（中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120）

引 言

島礁海域往往島嶼眾多、星羅密布，造就了眾多大小不等、海況各異的海區和水道。這些水道由于自然水深相對較好，為船舶航行和深水航道的建設提供了較好的條件。我國典型的島礁海域港口包括寧波—舟山港、溫州港、廈門港等，其中寧波—舟山港所在的島礁海區最為復雜，也是我國最大的群島海區。舟山群島由1 390 個島嶼組成，東西長約181.7 km、南北169.4 km，總面積約22 216 km2，其中海域總面積達20 959 km2。

受島嶼、礁石等地形限制，航道轉向角大、且往往出現連續轉向；受狹口水流影響，局部航段流速大、流態復雜；島礁間水域狹小、底質復雜，受島嶼遮蔽影響，航標工程設計也不同于其他海域。本文以寧波—舟山港海域導助航工程為例，從導助航設施種類選擇、視覺航標配布方法、無線電航標配布方法等角度，給出島礁海域典型導助航的設計方法，并對導助航關鍵技術問題提出解決方案[1]。

1 導助航設施的種類

導助航設施對確保船舶航行安全至關重要。導助航設施包括視覺航標、無線電航標和音響航標，其中常用的是視覺航標和無線電航標。

傳統的視覺航標通常包括燈浮、燈樁、燈塔、燈船、導標、標志標牌等。一般情況下，在航道進口處布設燈浮標或燈船，作為口門標志；在航道兩側適當位置布設航道側面標；在島礁上布設燈樁或燈塔；在錨地、港池、碼頭等特殊區域布設燈浮標或燈樁，標示錨地、港池和碼頭等范圍。特殊海域將根據具體情況，合理配布視覺航標[2]。

無線電航標主要包括：提供航標距離與方位的雷達應答器；提供信息服務的船舶自動識別系統（AIS）、船舶交通服務系統（VTS）；提供定位的全球定位系統（GPS）、差分全球定位系統（DGPS）等。一般情況下，無線電航標設置在港口口門、航道入口、重要轉向點、狹窄航道等重要位置，其種類的選擇應根據需求具體分析。

2 視覺航標配布

2.1 復式航道

疏浚航道需要設置航道側面標志來標示航道邊界。島礁海域航道情況復雜，經常不會僅僅以單航道的形式存在。復式航道就是其中一種典型復雜航道。復式航道包括主航道（大船航道或重載航道）和次航道（小船航道或輕載航道）。

而對于復式航道的航標配布，目前國內外還沒有相關航標配布方法的標準與規定，因此，根據傳統視覺航標以及國家有關的標準和規范，有3 種布設方法，詳見圖1。

方法1：在主航道兩側布設航道側面標，用于標示主航道的航道邊界，次航道不設標。

方法2：在主航道與次航道兩側均布設實體航標，將主航道作為推薦航道，在其兩側設置推薦航道側面標，在次航道單向單側設置航道側面標。

方法3：在主航道兩側布設虛擬航標，并在次航道單向單側布設實體航標，標示出復式航道。

圖1 復式航道設標的三種方法

方法1 簡單經濟，但不利于大小船舶的分流。方法2 航標配布一目了然，有利于大小船舶的分流，但是航標數量較多，船舶碰撞幾率增大。方法3 通過虛擬航標與實體航標相結合的方式，更好地引導大小型船舶分流，利于船舶航行安全。在寧波-舟山港海域使用較多的為方法3。

2.2 交叉航道

島礁海域水流情況復雜，經常遇到多條航道交匯，給船舶航行帶來了一定難度。視覺航標的配布應考慮：當交叉航道有較明顯的推薦航道時，可在航道分岔匯合處設置推薦航道側面標，當交叉航道推薦航道不明確或為避免與附近航道側面標志造成混淆時，可以考慮設置方位標志。

2.3 島礁區域

島礁海域由眾多的島礁構成，島礁間水道蜿蜒交錯，水流湍急，流向多變，這對于船舶的航行非常不利。因此，有必要在島礁上設置符合當地水文地質條件的視覺航標，全天候為船舶定位導航提供服務，保障船舶航行安全。

燈樁、燈塔這類固定助航標志是島礁上最常用的助航設施。其位置的選擇應盡量靠近航道側，以便準確標示島礁位置，保障船舶航行安全。但不同的島礁，情況不同，航標的配布也會隨之變化。本文重點介紹典型的兩種配布方式。

1）燈塔與燈樁結合的配布方式

以洋山港區進港航道為例，西馬鞍島正對進港外航道。為引導船舶進入港區航道，在山頂航道軸線上設置一座燈塔。但西馬鞍島礁盤離航道最近距離不足300 m，存在一定風險，山頂上的燈塔無法標示出礁盤位置。當船舶靠近礁盤后，過高的燈塔難以繼續發揮作用，因此需要在西馬鞍島北側靠主航道側磯頭增設燈樁，如圖2 所示。通過燈塔與燈樁結合的配布方式，全方位保障了進港船舶的航行安全。

圖2 西馬鞍島燈塔與燈樁的配布

2）“斷裂”式島礁的燈樁配布方式

以舟山黃澤山為例，靠近洋山港區進港航道一側需要設置助航標志。根據現場踏勘，北側山體部分被斷裂帶分割為獨立的一塊，與主島山體間的距離較大，從主島無法到達北側山體。因此，助航標志設置在孤立山體上還是斷溝的南側山體上成為了問題的關鍵。后來經過多次踏勘，對比分析，選擇靠近航道側的孤立山體作為燈樁的設置點。同時為了施工和維護的方便，需要另外修筑航標維修道路。見圖3。

圖3 黃澤山燈樁布置

3 無線電航標配布

3.1 雷達應答器

圖4 雷達信標

雷達應答器是工作在海上雷達頻段（9 GHz 和3 GHz）的接收/發射設備，以增強某些雷達目標的搜索和識別。雷達應答器通過發送特征脈沖序列來響應船舶的雷達。在船舶雷達顯示屏上，響應顯示為編碼標志（或顯像），以突出顯示雷達應答器的距離和方位。顯示出的顯像可以固定為指定長度，也可以取決于雷達距離的設置，使用莫爾斯碼特征以便識別，如圖4、圖5。以舟山海域為例，下山星燈塔、黃澤洋燈船、西馬鞍島燈塔和小衢山燈塔上都配有雷達應答器。

圖5 雷達屏顯示應答信號

3.2 船舶自動識別系統（AIS）

船舶自動識別系統（Automatic Identification System），是一種基于應答器的先進技術，它通過陸上基站和其它船舶來跟蹤海上船舶。

船舶自動識別系統由船載設備和岸臺網絡構成，是一種海上安全助航保障系統，也是一種新型導助航設施。AIS 應答器工作在VHF 海事波段，可以向其它船舶和陸上基站發送諸如船舶識別號、位置、方向、船長、船寬、類型和吃水、危險貨物等信息。AIS 岸站通過高速數據鏈路組成計算機網絡系統，及時掌握覆蓋范圍內所有裝載了AIS 的船舶動態，播發各種導航助航信息，與社會用戶、政府其他相關部門進行數據交換，從而實現船舶信息的共享，為各種專業應用提供基礎數據。

根據《東海海區船舶自動識別系統（AIS）二期系統建設方案》，浙江沿海水域內的AIS 基站主要有：七里燈塔、蝦峙島、白沙灣、岙山、馬王崗、大黃龍、大戟山、小衢山、下三星、花鳥山和蘆潮港，共計11 座。基本覆蓋東海海區主要港口航道和重點水域，服務于海事監管、漁政管理和國防建設等各個領域，極大地促進了船舶助航服務，至今運行穩定。

3.3 船舶交通服務系統（VTS）

船舶交通服務系統（VTS）是海上船舶交通管理的主要工具和手段。以舟山VTS 系統為例，包括有沈家門雷達站、長白島雷達站等11 座雷達站，尚有3 個未竣工驗收[3]。雷達站的雷達信號經由舟山VTS 中心均可傳輸到寧波VTS 中心和浙江海事局VTS 中心，舟山VTS 中心也可接收寧波VTS 中心所有雷達站的數據。

通過VTS 系統，可實現對覆蓋航道中的船舶提供信息服務、交通組織服務、助航服務，支持聯合行動，提高當地港口航道業務的安全和效率。

3.4 無線電指向標/差分全球定位系統（RBN-DGP S）

無線電指向標/ 差分全球定位系統（RBN-DGPS）是我國沿海水域準確定位的主要手段，是我國目前海上主要的定位、導航系統。該系統可對航行在我國沿海航線及進出港口船舶準確定位，防止各類事故發生，起到了很好的作用[4]。

以洋山港為例，現有的大戢山RBN-DGPS 基準站作用距離約為300 km，在作用距離內，GPS定位精度在3 m 以內（95 %置信度），北斗定位精度在3 m 以內（95 %置信度），可以實現精密導航。洋山港距離大戢山約21.8 km，可利用該基準站播發的DGPS 偽距和距離變化率的校正值準確定位在洋山港區航道及航路航行的船舶。

圖6 RBN-DGPS 組成

4 結 語

1）復雜島礁海域可根據工程水域自然條件、通航環境等要素合理選擇導助航設施的種類。在確定導助航設施種類時應充分協調好與現有助航標志及周邊港口、航道等設施的相互關系。

2）配布視覺航標時應考慮島礁海域水流復雜、山體遮擋、能見度不良等特殊性，選擇合適的位置。在沒有條件布設實體航標的水域，可考慮布設虛擬航標。

3）為了更好的發揮導助航效能，可采用視覺航標與無線電航標相結合的配布方法，建立擁有綜合導助航服務體系的智慧航道理念，解決復雜島礁海域的航行安全及監管問題。