探討簡單數(shù)學(xué)關(guān)系在大型船舶操縱中的運(yùn)用

商新友 天津港引航中心

在經(jīng)濟(jì)的牽引下，大型船舶使用量增多。對于大型船舶引航員來說，其主要工作地就是港口，在現(xiàn)實(shí)工作中，引航員責(zé)任重大，需要具備預(yù)測能力和良好的船舶運(yùn)動狀態(tài)偵查能力。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，這種視覺感知能力對于操縱員很重要，并不是自然形成的，一方面要靠經(jīng)驗(yàn)積累；另一方面要基于科學(xué)的知識和理論。想要安全引領(lǐng)船舶，特別是可靠完成靠離泊操縱，需要依托簡單數(shù)學(xué)關(guān)系，借助數(shù)學(xué)指導(dǎo)理論，提高靠離泊操縱平穩(wěn)性，避免出現(xiàn)軌道偏離情況。

1.估算船舶橫移速度

結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)可知，在船舶靠泊過程中，需要考慮各項(xiàng)參數(shù)。其中，橫向移動速度（可以縮寫成T.SPD）是船舶核心參數(shù)，通過該項(xiàng)參數(shù)，可以反映出許多真實(shí)問題。在工作中，作為數(shù)據(jù)的操縱者，責(zé)任非常重大，需要精準(zhǔn)分析停泊條件。同時(shí)實(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)，在操作中重點(diǎn)分析船舶的SOG，也就是學(xué)術(shù)界常說的對地速度。同時(shí)還要掌握SPD數(shù)值，該數(shù)值特指縱向速度。SPD數(shù)值通常情況下，可以在雷達(dá)中清晰看到，但相比之下，橫向移動速度，雷達(dá)是捕獲不到的。除非船體上裝有靠泊儀，否則相關(guān)數(shù)據(jù)將無法展示。而想要獲得這一數(shù)值，此時(shí)就可以運(yùn)用到數(shù)學(xué)公式，借助計(jì)算得到船舶橫移速度。這種概念比較抽象，數(shù)學(xué)關(guān)系比較抽象，為了驗(yàn)證中間存在數(shù)學(xué)公式，把概念變得直觀、清晰一些。可以通過具體實(shí)例，得出各個(gè)數(shù)值的關(guān)系，T.SPD與SOG（兩項(xiàng)重要參數(shù)）體現(xiàn)的是正弦函數(shù)關(guān)系，那么，運(yùn)用到的數(shù)學(xué)公式就是T.SPD=SOG＊，在計(jì)算數(shù)值時(shí)，要四舍五入，盡可能做到精確。

通過上述公式計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交角在30度時(shí)，T.SPD（橫移速度）可以達(dá)到SOG的二分之一；交角在60度角時(shí)，兩項(xiàng)數(shù)值幾乎是一樣的。除此之外，每增加5度角，可以看到系數(shù)同樣增加，增加頻率均為0.1，由此可以掌握數(shù)值變換的規(guī)律。為了便于使用，在后續(xù)的估算中可以充分運(yùn)用這種規(guī)律。大型船舶的靠泊，雖然操作復(fù)雜，但這種概算精度卻值得推廣，起碼可以滿足安全余量方面的要求。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，需要注意角度的變化，當(dāng)交角在30度以上時(shí)，則可以表明此時(shí)船舶受到的風(fēng)壓較大，另外流壓或綜合外力等均已達(dá)到臨界值，為了保證行駛安全，需要采取科學(xué)措施，通過關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié)，科學(xué)弱化外界的影響。實(shí)踐證明，在船舶操縱中，簡單運(yùn)用這些數(shù)學(xué)關(guān)系，可以及時(shí)糾正船舶行駛狀態(tài)，避免隱患的發(fā)生。并且這些細(xì)節(jié)的運(yùn)用通俗易通，操作原理非常簡單，推廣價(jià)值較高。

該方法運(yùn)用效果積極，但注意事項(xiàng)較多：（1）在實(shí)際應(yīng)用中，COG與SPD的數(shù)值影響較大，作為核心指標(biāo)，不容忽視。在低速的情況下，采用COG與SPD的效果會受到影響，數(shù)值計(jì)算會存在誤差，要正確、理性看待。（2）計(jì)算橫移速度時(shí)，為了保證理想效果，船舶狀態(tài)一定要穩(wěn)定。因?yàn)樵谶\(yùn)動突變的階段，會有不同作用力形成，此時(shí)計(jì)算得出的結(jié)果往往不能作真實(shí)性考量，是不具有參考性的，像航向突然改變等。（3）在現(xiàn)實(shí)使用中，船舶運(yùn)動狀態(tài)的觀測在何種狀態(tài)下都不能省略。

2.估算泊位橫距

簡單數(shù)學(xué)關(guān)系除了在船舶橫移速度估算中有所體現(xiàn)外，還可以將其用到泊位橫距估算中。結(jié)合實(shí)際了解到，大型船舶在靠泊階段，需要滿足多方面要求，會形成一定的橫距（這里特指船舶與泊位間距離），在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，橫距不容忽視，屬于重要數(shù)據(jù)。應(yīng)用階段，船舶橫距的獲取，多數(shù)情況下，可以通過雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，這是一種科學(xué)讀取手段，雖然實(shí)際會有誤差產(chǎn)生，但是該種手段仍然值得推廣，屬于目前橫距數(shù)值的高質(zhì)量來源。從實(shí)際工作了解到，估算泊位橫距工作中，需要攻克的難點(diǎn)眾多，最難的點(diǎn)在于精準(zhǔn)掌握船首，在這樣的前提下，需要借助簡單數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行有質(zhì)量的估算。

借助實(shí)際案例，可以更加清晰梳理出泊位橫距估算中隱藏的數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中，船首距泊位的距離至關(guān)重要，對應(yīng)的計(jì)算公式是CD=OB=AB-OA。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，AB是雷達(dá)測距；而OA這一數(shù)值可以通過SIN公式計(jì)算得出，角的取值跟上述方法相同，以每5度角為一個(gè)單位遞增，在達(dá)到30度角時(shí)，可以通過測量等方法對比船尾、船首的橫距，此時(shí)船首橫距明顯縮短，縮短了至少船的一半。在實(shí)際操作中，以上結(jié)論對于大型船舶來講，影響是比較明顯的，特別是300米以上船舶，船尾、船首的橫距可以相差出150米，這種距離在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中是相當(dāng)驚人的。現(xiàn)實(shí)工作中，為了便于計(jì)算，可以按照傳統(tǒng)方法，每5度為一個(gè)單位，借此推算出船首橫距。每5度，對應(yīng)的系數(shù)是0.1。在靠泊過程中，實(shí)時(shí)把握船首與泊位橫距至關(guān)重要，通過參數(shù)的合理把控，可以得知靠泊角度是否妥當(dāng)，并進(jìn)行必要的調(diào)整，確保停泊的安全、可靠。

3.估算甩尾切向速度

船舶自力掉頭過程中，會形成難以估量的作用力，那就是甩尾切向速度。這種力的形成原理簡單，船舶依靠自身車舵高效率完成掉頭過程中，一旦開始轉(zhuǎn)向，便會誘發(fā)轉(zhuǎn)頭角速度增加現(xiàn)象，此時(shí)需要高度重視。與此同時(shí)，在船舶速降的階段重要參數(shù)SOG矢量線會改變，大大偏離船舶運(yùn)動軌跡。之所以出現(xiàn)上述問題，其重要原因是矢量線的中心點(diǎn)是雷達(dá)天線，而船舶調(diào)頭的快速甩尾，會改變SOG矢量線的大小，帶給操縱者假象，造成人員對對流壓的誤判。在這樣的前提下，可能會衍生出一系列操作錯(cuò)誤，為了規(guī)避這樣的失誤，可以借助切向速度計(jì)算，真實(shí)評估SOG矢量線的大小，準(zhǔn)確掌握SOG矢量線方向，借助這樣的可靠措施，為船舶操作提供便利。假設(shè)船舶甩尾階段，存在較大的對水速度，同時(shí)自力調(diào)頭時(shí)，轉(zhuǎn)心點(diǎn)P初始位置是在船首位置，而在外力影響階段，它的轉(zhuǎn)心點(diǎn)P有了改變。

通過上文的相關(guān)闡述，在具體應(yīng)用中，需要結(jié)合R.O.T的大小，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合本船的長度，先完成即時(shí)切向速度計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，推斷SOG矢量線狀態(tài)以及其與船首向的夾角，通過一系列的比較，判斷實(shí)際的流壓大小。為了確保應(yīng)用效果，在實(shí)際操作中，需要牢牢掌握典型的切向速度。需要注意的是，本文所述船舶運(yùn)動中涉及到的基本參照數(shù)據(jù)估算方法，在實(shí)際應(yīng)用中，會有一定的偏差，但對于大型船舶來說，利用數(shù)學(xué)關(guān)系估算依然具備可行性，這種方法簡單可行，可以規(guī)避掉潛在風(fēng)險(xiǎn)，對駕引人員幫助較大。

4.大型船舶操縱實(shí)例

在大型船舶操縱中，需要考慮因素眾多。一旦出現(xiàn)切變線，則需要高度重視，因?yàn)樯杂胁簧鳎蜁纬伞按笮亍薄＿@種幅度過大的掉頭危險(xiǎn)系數(shù)高，勢必會增加停靠風(fēng)險(xiǎn)性，導(dǎo)致船位在順流區(qū)域不受控制，在行駛途中，隨著船速的增加，想要對船位實(shí)施控制變得艱難。在操縱中，調(diào)整入泊角度的難度也會攀升。在這樣的前提下，為了保證掉頭平穩(wěn)，大型船舶操縱員需要在外力配合下，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的掉頭入泊，將船舶停靠在理想?yún)^(qū)域。在停泊操作階段，就可以運(yùn)用數(shù)學(xué)關(guān)系估算泊位橫距，通過參數(shù)的合理把控，確保靠泊角度妥當(dāng)，若存在風(fēng)險(xiǎn)，可進(jìn)行必要的調(diào)整，借助可行的措施，確保停泊的安全、可靠。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過切變線的船舶，自身搖曳會加劇，出現(xiàn)大幅偏轉(zhuǎn)的情況，此時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)安全停靠，應(yīng)借助拖輪的力量，這樣便可以合理以及有效增加船舶轉(zhuǎn)船力，在安全措施保障下，讓船舶以平穩(wěn)的姿態(tài)安全通過切變線。現(xiàn)實(shí)工作中，在反向流作用下，大型船舶操縱往往會發(fā)生大幅降速等問題，此時(shí)也可以運(yùn)用數(shù)學(xué)關(guān)系，對船舶橫移速度進(jìn)行估算。

5.結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)實(shí)可知，在電航儀器性能持續(xù)優(yōu)化的支持下，操縱者對船舶狀態(tài)比較容易作出判斷，例如雷電技術(shù)的運(yùn)用，可以助力船舶操縱者多層次了解船舶運(yùn)動信息，從源頭減小視覺誤差。但現(xiàn)實(shí)工作中，有些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，例如：距泊位橫距等無法全面、直接讀取。基于此，需要借助簡單計(jì)算，對核心參數(shù)科學(xué)評估，在實(shí)際應(yīng)用中，彌補(bǔ)儀器的不足，從根本上實(shí)現(xiàn)船舶操縱穩(wěn)定性的提升。