浅析如何使用航标管理与维护作业系统进行航标的抛设作业

浅析如何使用航标管理与维护作业系统进行航标的抛设作业

前言： 截止到2003年,海区各航标处均配备了GPS航标管理与维护电子海图作业系统,在海区 的航标抛设定位、航标复位、航标的扫测、打捞中发挥了重要的作用,同时该系统也应用到了 各港口的引航作业中,也由于该系统的出现和应用,使缛港口引航作业向自动化方向迈进了 重要的一步.但是在如何正确的使用航标管理与维护作业系统进行高精度的航标定位和航标 抛设作业上,存在着方法不一,航标抛设操作步骤不同,航标定位抛设精度冈人而异,因船而 异的现象.有时,准备工作不足,导致船舶到达了指定的作业地点,GPS定位设备工作不正常, 导致影响正常的航标作业,因此错过了最佳的航标作业好时光；有时船舶到达指定的作业区 域,因对该系统操作使用方法不当,或定位人员与船舶驾驶员舀已合不协调,或对当时的海况如 风、流的影响考虑不足,导致船舶在定位点周围转圈,而不能到达作业点抛设航标；有时反复 多次靠近定位点,因超差而不能实施航标的抛设任务,使人力物力资源产生了浪费.由于抛设 和定位时间的延长,错过了最佳的航标抛设海况条件,达不到理想的效果.究其原因,作业手 段五花八门,没有～个指导性的作业方法,有待于对航标管理与维护电子海图作业系统的操 作步骤、使用方法明确规范.我处最早应用了该设备,写作本文的初衷是将我们使用该系统的 行之有效的方法、步骤及经验体会介绍给大家．供在今后的使用中参考. 摘要： j本文通过使用航标管理与维护电子海图作业系统,阐述其操作使用方法,说明该系统的 操作步骤,提高作业精度的途径,拟将通过本文,与各位专家、同行进行交流、研讨,建立一个 关于海区使用航标管理与维护电子海图作业系统进行航标定位的指导性作业方法,提高航标 定位精度,推广该系统的应用技术,充分发挥该设备的效能.） 一、DGPS和航标管理与维护作业系统应用概况 随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术、自动控制、卫星通信技术的发展,20世纪 末和2l世纪初,无线电航标技术得到了长足的发展.在我国,特别是DGPS站的建设和投入使 用以来,差分GPS技术在航道测量、航标定位及船舶引航方面得到了广泛的应用,甚至于某些 用户依赖于这项技术进行定位工作.曾经有一次,北塘RBN—DGPS站需要进行维护性停机保 养,航警发出后,有的单位就安排了测量人员休息；有的单位不认真阅读航警信息,差分GPS 信号停止发送后,他们来电话询问停机多长时间,以便于安排其测量工作；也有的GPS销售部 门停止了试机工作,等待信号发送.这仅从一个侧面说明差分GPS技术已经应用到国民经济 建设的各个方面.同时,由于DGPS技术定位精度高,操作方便,在航标的设置、抛设、移位、复 位工作中得到了最广泛的应用,同时也较好地应用到港口的引航作业中,为港口的安全生产 和船舶安全进出港发挥了重要的作用. 一204一 堕型塑查 !竖堕塑竺生尘鱼!Q!皇!堕焦!坠R型—ING 根据（IALA）《国际航标协会助航指南》给航标的定义,海上航标是一种船舶之外的装置或系 统,设计或运行这些装置或系统的目的在于促进船舶／或船舶交通安全、有效地航行.这里主 要说明航标位置的准确性对保证船舶安全航行的重要性.实际的航标管理工作,我们不仅要 按照航标的基本概念设计、配布好航标．还要保证航标抛设的位置精度,并随着海况和航标的 变化,及时地进行有效调整和维护,确保不因航标失常而影响船舶航行安全.为了使航标与国 民经济建设同步发展,适应港口的建设速度,逐步与国际航标技术接轨,使我们设计、配布和 管理的航标更加合理,更适合于船舶安全航行的需要.按照交通部海事局《水上运输安全管理 年》的要求,我们每年都要进行一次航标效能调查,广泛征求辖区航标用户的意见和建议,旨 在合理地调整和配布辖区航标,改进我们的管理工作,提高航标的助航效能.调查显示,有些 大的船舶公司,如远洋公司、中海公司的单位的船长、驾驶员提出,由于他们的船舶导航设备 相对比较先进,除对无线电航标提出了更高的要求外,还要求海上浮标的位置一定要准确,既 使海上航标灯光障碍,他们也能利用雷达扫测浮标位置所在,接收港口导标雷达应答器信号, 达到安全进出港的目的.经济的发展要求港口同步发展,亿吨大港的建设,使得航道不断地浚 深加宽,航标配布要不断地满足航道变迁的需要,来往的大型船舶如十万吨级船舶,不仅要求 主航道导标灵敏度高,还要求海上航标位置准确,航标失常及时复位,及时恢复等. 《国际航标协会助航指南》在第二章航行的概念和准确度中也提出了相应的要求,对于 船舶位于各种航标组合的覆盖区域（包括灯浮标、雷达应答器、导标和扇形光灯标）；引航区、 船舶报告系统和VTS系统范围内,进出港航道水域引发的航行安全问题与沿海航行相比,要 求有更高的定位准确度、定位频率和其他实时的航行信息.GPS和DGPS能够提供船舶进出港 航道要求的高定位准确度和优于10S定位时间间隔的手段,然而,以传统方式在海阁上标绘 这些位置是不现实的,为了有效地利用这些信息,完成自动显示,利用电子海网系统（ECS）、 电子海图显示系统（ECDIS）等技术方式.由此可见,DGPS信号的稳定和航标位置的准确度至 关船舶航行安全. 二、航标管理与维护电子海图作业系统简介 航标管理与维护电子海图作业系统是将最新的电子海图与航标数据库连接,通过DGPS 为海上航标作业提供精确定位的一套高精度的导航、定位设备.其系统组成是：一台 MX一9400GPS导航仪；一台MX一300信标接收机和电源、天线及笔记本电脑组成．MX一42lB型 GPS接收机将导航仪、信标机和天线集成在天线盒内,笔记本电脑和电源外接.该定位设备是 在WIN98操作系统下,运行由天津海事局海测大队编制的航标管理与维护系统作业软件,系 统在WINDOWS界面下．实时显示目的地的电子海图,调用航标数据库,进行物标设计,非常 方便、快捷,可实时地计算出到达物标点的距离和方位.系统还给出了如坐标转换、自建海图、 量取方向距离、航迹回放等功能.利用该设备进行航标定位的优点是操作简单、显示直观,它 能显示船舶到物标点的导向、方位、距离,显示船舶的实时航向、航速等,船舶驾驶员可随时掌 握这些信息,适时地调整航向、航速,使其陕速准确地接近目标,并到达定位点处,实施航标抛 设作业.该软件除方便地进行航标定位外,在此基础上添加电罗经信号组成差分GPS引航作 业系统,已应用到天津港、黄骅港的引航作业中,为港口的安全生产作出了重要的贡献. 如何提高航标定位的准确度呢,存在的因素很多,在此仅阐述利用航标管理与维护电子 ．．205．． 航测技术TECHNOLOGY OF ATN＆SURVEYING 海图系统进行航标定位,提高其位置准确度的方法、操作步骤和经验体会,使用中应注意的问 题,提高定位精度的手段、技巧等.这里以MX一9400导航仪为例来说明. 由于各航标处都配备了该设备,因使用说明书中对其性能、指标及安装、启动方法和系统 功能方面,已有比较详细的说明,在此不再详细描述. 三、使用航标维护与管理电子海图作业系统进行航标定位的步骤 1、准备工作 使用航标管理与维护电子海图作业系统进行航标定位的准备工作是一项重要的工作,只 有在陆地调试好该系统设备后,才能避免因航标定位设备不正常而影响正常的航标抛设、移 位和复位工作,避免人力物力的浪费. 航标定位人员接到海上航标定位任务后,首先要调试设备（CDU口的连接和导航仪的设 置在这里不再描述）,接通电源,打开笔记本电脑,进入航标管理与维护作业系统软件操作程 序,检查设备连线是否正确,接口连接是否可靠,电源输出是否正常；然后检查信标机频率是 否锁定在最近的差分DCPS站的频率上,加锁为正常,开锁为不正常.如果信标机频率未锁定 在最近的差分DGPS频率上,原因不外乎是天线未连接上或信标机故障,此时不能进行差分导 航,亦不能进行差分定位.检查9400N导航仪信号指示灯经过绿灯闪烁后,进入绿灯常亮状 态,这种状态属于差分GPS信号接收正常.如果信标机没有所定频率,而Mx一9400N信号指示 灯绿灯常亮,说明系统不在差分导航状态,需要在CDU口进行设置,此时为单机导航,其位置 数据不可用为航标定位数据,其误差较大,望引起注意. 出港作业前,要检查12V蓄电池是否充好电（作业船舶有交流220V电源的不需要带上 蓄电池）,笔记本电脑电池是否充好电（一般笔记本电脑电池可使用2—3个小时,航标定位 作业时,如果作业船舶没有220V电源,则要计算好航标定位时间,节约使用笔记本电池电量, 以免影响工作）,核对航标作业任务书坐标文件,如果其坐标文件不是BJ54坐标,要换算成 BJ54大地坐标的形式.打开系统软件,进入作业区域电子海图,点击软件的航标管理模块,输 人作业任务书中定位点的坐标并保存文件.在这里应该注意的是,即使航标数据库中存在该 作业点的坐标,也要和当天的作业任务书所列坐标进行比较,避免出错.可以使用航标小改正 按钮进行航标的增加、改正.同时进行物标设计、物标查询等工作,这些功能的操作在说明书 中都有详细的描述,在此不在赘述.值得注意的是,如果物标设计完成后,发现该航标的位置 与作业任务书中给定的位置不同,需在航标数据库中进行修改,修改后需要保存,此时原来对 于该航标设计的物标文件不能使用,必须重新设计物标文件,同时删除原物标文件. 2、精度校核 完成上述准备工作后,如果在新建港口或为其他用户实施航标的高精度定位,需要到该 港口的已知坐标点上核对该定位系统的测量精度,经监理部门认可后,才能实施航标定位工 作.如果导航仪故障修复后或导航仪更新后都需要对其定位精度进行校核,其他情况不需要 校核. 四、使用航标管理与维护电子海图作业系统进行航标定位的方法 在航标定位作业方法上,航标定位人员应与船舶驾驶员协同配台,取得一致的意见,航前 应制定出切实可行的航标抛设、定位预案,现场根据当时的海况如风、流情况,有一个准确的 一206— 航测技术TECHNOLOGY OF ATN＆SURVEYING 分析,确定最佳的航行路线,确定最好的抛标方案,做到统一指挥,步调一致.指导思想的统一 对较好的完成航标抛设工作是至关重要的. 航标定位人员将系统连接好,将笔记本电脑放在能够方便船长指挥作业的地方.进入系 统软件和作业港口的海图,显示物标,利用Fl快捷键,圈定将要作业的点,此时显示船舶距离 该点的方位、距离及船舶到物标点导向、航向等参数,由于该系统能以度、分、秒实时显示导航 方向的变化,船长可及时地按照计划航向修正船舶的航向,使其顺利地到达作业点. 根据我们的抛设经验,驾驶船舶接近定位点实施航标的抛设任务时,必须在距离物标点 500M以外将标体、沉石的连接工作完成,船舶携带标体、沉石无论处于物标点相对位置如何, 应驾驶船舶绕驶至物标点的下风（风、流和力）处,绕行时船长应正确判断风、流和力的方向, 依据DGPS所示的导航方向实施绕行,切忌不管风、流和力的影响,直接奔赴物标点.待船舶绕 行至接近顶风、流方向时,这时应及时用舵,并以双车配合,使船舶沿DGPS导向方位逐渐靠近 标位.掌握船舶靠近标位时的航速也是一个重要的环节,太快了不利于弃链,精度也难保证, 太慢了船舶将失去舵效,不能保持航向,一般在距离标位200—250M时,将船速控制在1．5节 左右,这时转动大绞盘,使活节式灯桩下水,待灯标浮室入水产生足够的浮力时,标身斜立于 船侧面,清解两根吊重钢丝缆,可根据当时的潮高及活节式灯桩水尺零点,将沉石放至距海底 o．5M左右待命.在船舶距物标200—250M时,把握好船舶的航向同样重要,船长应根据作业 系统指示的导向方位,及时地修正船舶的航向,考虑到船舶航向的改变需要一定的时问,应根 据导向方位变化的趋势,调整船舶的新航向应超前导向方位1—2度,以确保船舶沿物标导向 方位航行. 在距离物标点20M左右时,将船速控制在0．8节,驾驶台应不断地向前甲板大副通报距 标位的距离,在进入接近标位10M距离时,应使沉石呈几乎拖底状态,这样也验证了实际水深 对该活节式灯桩是否合适,更能保证了航标抛设定位精度.待距离标位3M后,通知前甲板敲 开弃链器,同时航标定位人员按下F5键,记录下此时的航标定位情况,航标抛设工作完成.此 时定位精度可达到±2M左右. 五、几点建议 1、该软件给出了船舶信息模块,由使用人员填写,目的是使天线位置不变,由软件将天线 位置计算到抛标作业点的位置.因为系统无方位信号输入,因此,在船舶航速接近于零时,天 线位置的计算是错误的,所以船舶信息模块不能使用,否则出现定位超差.只有在系统引入罗 经信号时,才能使用该模块.目前的定位方法是：将GPS天线人为地放在航标的抛设点处,这 样也存在一个问题,大型航标船实施航标抛设作业时,因GPS馈线太短,以至于GPS天线不能 延伸到航标抛设点处,引起抛设误差.建议海区统一考虑,将现行的航标管理与维护作业系统 设备添加电罗经信号,这样GPS天线可以放在船舶的固定位置上,也避免了因天线频繁移动 造成的损坏. 2、因为航标管理与维护电子海图作业系统已广泛应用到航标抛设、移位、航标的复位及 航标的打捞工作中,应加强在这方面的技术交流,根据各地使用的具体情况,由大家集思广 益,对该系统提出改进意见,使其更适应航标抛设定位的需要,充分发挥进口航标设备的效 能,提高经济效益. —．207．． 航测技术TECHNOLOGY OF ATN＆SURVEYING 3、海区应建立一个航标定位指导性原则,随着航道的变迁、航标的调整,及时更新系统航 标数据库,填写航标发展大事记,并将此信息连接到局域网上,实现信息共享,将此项工作纳 入到日常的目标管理责任制中去,进行考核监督. 参考文献：1、国际航标协会助航指南人民交通出版社 中华人民共和国海事局译 2、中国沿海航标管理与维护系统用户手册 中国天津海事局海测大队