普通船用雷达在船舶避碰中的应用

时间：2024-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：△BCO称碰撞三角形。从本船到CPA的距离称最近会遇距离DCPA，简称CPA。以上作图是将船舶当作点来考虑的，实际船舶避碰中船舶碰撞可能性判断，是由驾驶员根据当时船舶的航行态势、海域交通密度、本船吨位大小、速度、机动性、装载情况等因素确定碰撞参数界限值CPA、TCPA的“最小值”MINCPA、MINTCPA称为安全界限值。

子模块一　普通船用雷达在船舶避碰中的应用

学习目标：掌握船用雷达人工标绘的方法；

　　　　　掌握普通雷达用于避碰的局限性。

重点难点：人工标绘的方法。

一、船用雷达人工标绘避碰法（相对运动雷达）

为判断相遇船和本船是否存在碰撞危险及确定本船对危险船的避让措施，必须掌握相遇船和本船之间6个碰撞参数：距离、方位、航速、航向、最接近会遇距离DCPA和到达最接近点（CPA）的时间TCPA。CPA-Closest Point of Approach，表示两船交会时，他船离本船最近的点，即“最接近点”；DCPA-Distance to CPA，表示本船到CPA的距离，习惯上，常将DCPA和CPA混称为CPA，意即预测的目标（船）最接近距离；TCPA Time to CPA，表示相遇船航行到CPA所需的时间。

“人工标绘”即在相对运动、首向上显示方式的雷达屏上，观察、测定目标先后回波点的距离和方位，并在雷达作图器或专用标绘纸（如图5-1和图5-2所示）上进行标绘、作图、计算，以求得目标船的航速、航向、最接近会遇距离DCPA和到达最接近点（CPA）的时间TCPA过程。

人工标绘的前提条件：双方保向、保速；否则，必须等双方航向或航速稳定后进行标绘，在标绘过程中，一旦本船或目标船的航向或速度发生变化，则原先标绘无效。

利用人工标绘进行避碰的步骤简述如下。

（一）选择目标

在雷达屏上选择要进行标绘的相遇船回波并测量该回波的初始位置数据（即距离和方位），在标绘纸上标出该回波的第一个点A：方位070、距离8n mile，如图5-1所示。

图5-1　人工标绘

图5-2　雷达标绘纸

（二）监视目标

监视该目标回波的移动，隔一定时间（如6min），再测目标回波的新位置数据，并标绘第二点B：方位067、距离6.5n mile。

（三）作图并求目标船的CPA、TCPA

连接AB，则AB为间隔时间6min内目标的相对速度矢量V_R，其方向为目标相对航向，其长度为目标在上述时间内的相对航程。V_R延长线称相对运动线。（Relative Motion Line，R.M.L）。从本船O到R.M.L的垂足C即CPA。△BCO称碰撞三角形。从本船到CPA的距离称最近会遇距离DCPA，简称CPA。目标船从B点航行到CPA的时间称到最近会遇点的时间TCPA。DCPA、TCPA即为判断本船和相遇船是否存在碰撞危险的两个碰撞参数。

议一议

理论的TCPA与实际的TCPA哪个时间较长？理论TCPA是否能确切表示危险的紧迫性？

（四）作图求目标船的真航向和真航速

过A点作本船首线SHM的反向平行线，并截AD等于本船同一时间（6min）的航程，即AD=−Vo。（Vo为本船6min的速度矢量），则△ABD称为速度三角形。其中，DB为目标船真速度矢量V_T，其方向为目标真航向，其长度为目标在6min内的真航程。V_T的延长线T.M.L（True Motion Line）称目标真运动线。

（五）判断碰撞危险是否存在

若目标船的R.M.L通过本船O点，意即CPA=0，有碰撞危险。此时目标船T.M.L与本船SHM的交点称可能碰撞点（Possible Point of Collision，PPC），或称潜在碰撞点（Potential Collision Point，PCP），或称预测碰撞点（Predicted Point of Collision，PPC）。PPC或PCP的含义是：当目标船保速保向，本船保速保向（或换向）时，经一段航行时间后，两船将在该点碰撞。目标船相对速度（REL SPD）、相对航向（REL CRS）、真速度（TRUE CRS）称为目标船的航行参数。

以上作图是将船舶当作点来考虑的，实际船舶避碰中船舶碰撞可能性判断，是由驾驶员根据当时船舶的航行态势、海域交通密度、本船吨位大小、速度、机动性、装载情况等因素确定碰撞参数界限值CPA、TCPA的“最小值”MINCPA（安全通过的最小距离）、MINTCPA（碰撞危险时间上的紧迫程度）称为安全界限值。

计算求得的上述目标碰撞参数CPA、TCPA与MINCPA、MINTCPA比较，即可进行碰撞危险的判断，判断规则见表5-1。

表5-1　碰撞危险判断

（六）求取安全避让航速航向

本船采用改速保向的避让措施，如图5-3所示。目标船T保向保速，本船预定在目标船运动至R.M.L（相对运动线）上E点位置时采取新航速，改速后目标船T按照N.R.M.L（新相对运动线）运动即保证了船舶安全。过C点做新相对运动线的平行线，交BT于A点，△ABC构成新的速度三角形，BA为本船的新航速。

图5-3　求取避让航速

本船采用保速改向的避让措施，如图5-4所示。目标船T保向保速，本船预定在目标船运动至R.M.L（相对运动线）上E点位置时采取新航向，改速后目标船T按照N.R.M.L（新相对运动线）运动即保证了船舶安全。过C点的新相对运动线的平行线与以B为圆心、本船速度矢量（如6min速度矢量）为半径的圆弧交于A点，△ABC构成新的速度三角形，BA为本船的新航向。

（七）采取避让措施

根据以上作图计算求得的安全避让航速或航向后，判断结果为危险船，若本船是义务船，则应采取避让行动；判断结果为非常危险船，则本船应采取紧急避让行动。

综上所述可知，人工标绘从目标识别、目标跟踪、目标标绘，直到最后运用避碰规则进行避让行动及检验避让行动的效果等全过程，步步有人工执行，十分费时，如果需要标绘多个目标更是难上加难。

图5-4　求取避让航向

二、船用真运动雷达用于船舶避碰

在真运动雷达显示屏上，可根据本船（扫描中心）及目标船回波的余辉掌握本船及目标船的航迹线，以掌握双方的真实动态，估计目标船碰撞危险。由于显像管的余辉有限（大约6～8s），回波亮点余辉只保留天线转两周左右时间，故实际上很难看清运动的态势，用于避碰也较难令人满意。

练一练

值班驾驶员0920观测海航轮方位071、距离8.1n mile，0926再次观测其方位068、距离6.7n mile，利用人工标绘求目标船的碰撞参数和运动参数。

三、普通船用雷达用于避碰的局限性

（1）由于采用的是低亮度显示，又只提供原始视频显示回波图像，图像质量差，杂波处理简单，因此难以确保在杂波干扰背景中可靠识别相遇船回波。

（2）由于采用的是实时扫描，只能显示目标的瞬时位置、描绘目标和本船的位置，而不能直接显示目标的航向、航速数据，更无预测未来及历史航迹的显示功能，因而很难看清现场的运动态势，难以判断本船和相遇船是否存在碰撞危险。

（3）由于不能直接给出目标船的碰撞参数：航向、航速、CPA、TCPA，人工标绘虽可得到这些参数，但存在以下局限性：

第一，人工标绘方法标绘一个目标船的过程，目标位置取样时间较长，一般取3～6min，按操作中等熟练程度的驾驶员，约需5～10min，往往因人工标绘误时而失去安全避让的宝贵时机，进而酿成碰撞海事。当面对多船相遇、快速逼近，而且避让机动频繁时，人工标绘几乎无法应对现场局面。

第二，在人工标绘过程中，要求双方保向保速，否则必须等双方航向或航速稳定后进行标绘，而且无法验证本船避让机动的效果。在标绘期间本船与目标船航向与航速均不可能保持完全不变，同时由于存在作图计算误差，因此人工标绘往往误差较大，准确度不高。

综上所述，使普通船用雷达越来越不适应现代船舶朝着大吨位、高速度、水域交通高密度及危险货物装载量不断增加的航运发展新形势。为有效地减免发生船舶碰撞事故及其所造成的人命伤亡、经济损失、环境污染与海上资源破坏，客观上强烈要求船用雷达拥有更多的功能，自动雷达标绘仪（ARPA）以其准确、快速、直观的自动标绘特点，在船舶避碰中展示了其优越性，堪称船用雷达发展史上的里程碑。

资料卡

航海多用标绘尺

用于船舶导航中海图作业和雷达人工标绘的航海多用标绘尺，由两块无色透明有机玻璃材料或其他性质类似的透明材料制成的三角尺组成，其特征为：刻有对数比例尺、标绘航向线或方位线的量角器、速度－时间－速度矢量长度关系换算图、表明换算图中速度标值与时间标值间对应关系及雷达标绘纸上1海里所呈现长度的数组；不同性质或数值的刻线，用不同的颜色加以区别。

思考与训练

1.　在ARPA中的一个主要参数TCPA用来表示________。

A. 会遇距离　　　　　B.　会遇时间

C.　最小会遇距离　　 D.　最小会遇时间

2.　ARPA可提供的目标六个运动和避碰数据是________。

A.　本船航向、航速、目标航向、航速、距离、方位

B.　本船航向、航速、目标航向、航速、CPA、TCPA

C.　目标相对航向、航速、距离、方位、CPA、TCPA

D.　目标真航向、真航速、距离、方位、CPA、TCPA

3.　人工标绘的条件是：在标绘期间，________。

A.　目标保速保向，本船保速

B.　目标保速保向，本船保向