导标偏移量计算方法探研

黄炎潮,苗 辉,连石水

(中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230)

导标偏移量计算方法探研

黄炎潮,苗 辉,连石水

(中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230)

导标偏移量是导标设计最基本参数，导标间距、高程、灵敏度计算都与它有关系。文章根据以往导标设计经验，结合航道设计、船舶在航道操纵和国际航标协会建议，分别进行导标偏移量计算，对计算结果进行对比论证，分析我国现行导标设计规范在计算导标设计偏移量中存在的问题，说明我国导标设计规范的修订具有现实需要。通过论证，文中针对导标偏移量计算思路和方法提出新的建议，为更加完善的导标设计方案提出解决方向。

导标设计；偏移量计算；优化方法。

导标是最常用的航标设施之一，在导标设计中，导标设计偏移量是最基本的、也是最重要的参数，导标的前后标间距和导标高程都需要根据导标设计偏移量来计算，因此如何对导标设计偏移量的计算取值将决定导标的最终效能。1994年我国颁发《水运工程导标设计规范》JTJ237-94，2016年颁发《航道工程设计规范》JTS181-2016，对导标设计规范内容进行了局部修订，经过多年导标设计体会，现行导标设计规范关于导标设计偏移量的计算不尽完善，需要进一步论证。

1 导标观察者的位置

图1 某船驾驶室位置Fig.1 Position of one vessel cab

导标观察者是船舶驾驶人员，对于货物运输船舶，绝大部分船舶的驾驶室位于船舶尾部，不同船型位置有差别，船型越大尾部占全长比例越小，例如图1所示的某船，该船总长200 m，驾驶室至船首160.4 m，为0.802L(L为总船长)，而超大型船舶约为0.85L。驾驶室大约距船首0.8L位置，不同船舶驾驶台的位置不一样，总体上差别不大，本文选用0.8L。由于船舶操纵台位于船舶中间，一般情况下驾驶人员位于船舶中间观察导标，当船舶压差角较大时，驾驶人员也许会偏离船中观察导标，但总体上以船中线为主。

2 船舶占用航道宽度

根据《海港总体设计规范》，单向航道宽度和航迹带宽按下式计算。

W=A+2c

(1)

A=η(Lsinγ+B)

(2)

式中：W为航道通航宽度，m；A为航迹带宽度，m；c为船舶与航道底边线的富裕宽度，m；η为船舶漂移倍数；L为设计船长，m；γ为风流压差角，°；B为设计船宽，m。

从航迹带宽度公式可见，受风流压差角作用，船舶占用航道宽度修正为Lsinγ+B，其中Lsinγ为增加量。但是，由于船舶首部向中间、向前端收尖，实际船舶占用航道宽度比公式要求的要小。图2-a某船在0.22 L处船舶宽度向船头方向逐渐收缩，图2-b某巴拿马型散货船船首部分为0.154 L，图2-c某好望角型散货船船首部分为0.151 L，图2-d某VLCC船船首部分为0.188 L，不同船舶位置不一样，综合考虑，船首部长度在0.15L～0.25 L之间，准确的位置还需要更深入调查。

图2 船舶总体布置Fig.2Generallayoutofonevessel图3 船舶在航道CAD放样Fig.3CADmodelofonevesselinchannel

由于船首部分的宽度收缩，风流压差角产生的宽度增加将相互抵消一部分，图3通过CAD图放样，可以看出风流压差角较大时实际值比规范值小，具体取值应根据工程项目实际情况综合研究。

3 安全距离

根据不同工况，船舶在航道航行时，将于航道中心线左右蛇形前进，形成一定的水域范围，其包络宽度构成航迹带宽度，船舶应在航迹带内航行。为了避免岸壁影响和其他不确定因素，航道宽度计算时，在航迹带宽度基础上预留富裕宽度c，根据海港航道设计规范，富裕宽度c为船体外侧与航道底边线的最小距离，船舶进入c区域将潜在安全风险。在航道设计时，富裕宽度c是根据使用航道的边界条件确定的，实际中的具体条件可能比边界条件好，船舶进入c区域也是安全的。由于导标是按航道使用的边界条件设计的，所以要求船舶偏离航道中心线时不应进入c区域。关于安全距离的质量，应考虑观测者没有站在船边，而是站在船中央。对于航道，安全距离为c值加观测者至船舶边缘距离。

4 现行规范导标设计偏移量计算

4.1根据《航道工程设计规范》计算

根据《航道工程设计规范》JTS181-2016，导标允许偏移量按(3)式计算，导标设计偏移量取23允许偏移量

(3)

式中：Pr为允许偏移量，m。从式(3)可见，导标允许偏移量取航迹带宽度的一半，在船舶没有压差角时，船舶将有一半位于航迹带外，安全距离偏小，显然不符合航道使用要求。而且，受天气影响，船舶在航道航行存在一定的压差角，船舶占用航道宽度比船舶宽度要大，式(3)也没有体现压差角影响。

4.2根据《水运工程导标设计规范》计算

根据《水运工程导标设计规范》JTJ237-94，导标允许偏移量按式(4)计算，导标设计偏移量取23允许偏移量

(4)

从式(4)可见，导标允许偏移量取航道宽度的一半减去一倍船宽，船舶边缘距离航道底边线0.5B，当航道设计的C值大于0.5B时，船舶将偏离航迹带范围进入C值区，C值越大，船舶偏离航迹带的距离越大，预留的安全距离越少，对导标的要求越低，这与C值的意义完全不同。究其原因是航道宽度中C值的比重比较大，用航道宽度作为参数来计算允许偏离量，不能正确反映安全距离要求，对船舶偏离航道中心线的没有足够限制。

4.3根据国际航标协会导标设计建议估算

国际航标协会导标设计建议中，对导标偏移量作这样描述，船舶偏离航道中心线，当能够确定前后标已经分离，此时船舶与航道中心线的距离为导标偏移量，导标偏移量为航道宽度一半减去安全距离。在导标设计时，需要根据航道数据设定导标在起导点的偏移量，这是预设的偏移量。国际航标协会导标设计建议中，起导点偏移量按航道宽度一半的百分比取值，由于我国航道宽度计算与国外不同，在导标计算中发现，采用相同百分比取值方式对于我国航道有比较大的差异。

5 导标允许偏移量计算

船舶沿航道中心线蛇形前进，当船舶边缘与航迹带边线重叠时，船舶应往另一侧调整，所以船舶偏离航道中心线最大距离为船舶边缘与航迹带边线重叠时船舶与离航道中心线距离，以此作为导标允许偏移量，也是最大偏移量。

根据《航道工程设计规范》JTS181-2016和《水运工程导标设计规范》JTJ237-94，导标设计偏移量取23允许偏移量，设计偏移量对导标使用要求更高，不过规范中并没有说明该条文的来源。其实，只要船舶偏离航道中心线距离不大于允许偏离量，船舶的行为应该是允许的，国际上也没有导标设计偏移量的条文，为了与国际接轨，建议采用允许偏移量作为导标偏移量参数，希望能用我国导标规范进行国外导标设计。

当船舶没有压差角时，导标允许偏移量计算如式(5)所示，当船舶有压差角时，导标允许偏移量计算如式(6)所示。

(5)

(6)

式中：Δ为由于压差角影响；pr船舶占用航道增加量，m；n为修正系数，取0.6～0.7

根据我国航道设计规范河国家航标协会助航指南第二版，由于压差角影响，船舶占用航道增加量 可按下式计算

Δ=Lsinγ

(7)

考虑到驾驶室位于船舶尾部，船首部宽度变小，引入修正系数n，n的取值需要综合研究，但应不小于0.5。

6 导标偏移量计算

根据《航道工程设计规范》JTS181-2016和《水运工程导标设计规范》JTJ237-94，船舶沿导标轴线航行时，其偏移量按下式计算

(8)

式中：PS导标偏移量，m；D为观察距离，m；d为导标前后间距离，m。

根据国际航标协会导标灯建议，船舶沿导标轴线航行时，其偏移量按下式计算

(9)

式中：θ为导标水平分离角，mrad。式(9)与式(8)的差别是增加变量水平分离角，在我国规范中，导标水平分离角取值固定为1′，式(8)中隐含的水平分离角为1′。根据国际航标协会导标灯建议和导标设计导则，导标水平分离角与导标垂直分离角是有关联的，垂直分离角发生变化，水平分离角也将发生改变，在式(8)中加入水平分离角变量将更准确反映导标效能。

根据国际航标协会导标灯建议和导标设计导则，导标水平分离角与导标垂直分离角的关系如下式

θ=0.16+0.12α

(10)

式中：α为导标垂直分离角，mrad。

从式(10)可以看到，垂直分离角增大，水平分离角也增大，当垂直分离角为3.75′时，水平分离角为1′。根据国际航标协会导标灯建议和导标设计导则建议，为使两灯分离，导灯的垂直分离角应取1.5 mrad以上，相当于5′，此时，水平分离角为0.34 mrad，相当于1.17′，这说明我国规范水平分离角取1′偏小，水平偏离角与垂直分离角完全脱离也不是很适当。

导标水平分离角直接影响偏移量和前后标间距离，偏移量和前后标间距离直接影响灵敏度，为了准确反映导标效能，需要在导标计算中引入水平分离角。

7 导标偏移量计算案例

有一油船航道，设计船型宽度43 m、长度246 m，航道设计风流压差角7°，航迹带宽度124 m，富裕宽度65 m，有效宽度254 m，长度8 000 m，航道终点距离前导标1 800 m。

根据式(3)计算，导标允许偏移量为62 m，设计偏移量41.3 m，前后标距离890 m。根据式(4)计算，导标允许偏移量为80 m，设计偏移量53.3 m，前后标距离677 m。根据式(5)计算，导标允许偏移量为40.5 m，设计偏移量取等于允许偏移量，前后标距离908 m。根据式(6)计算，导标允许偏移量为28.1 m(n取0.6，风流压差角5°)，设计偏移量等于允许偏移量，前后标距离1 355 m。根据国际航标协会导标灯建议，导标允许偏移量取航道宽度一半的15%，其值为38.1 m，前后标距离968 m。

从上面计算结果可见，不同计算方式，导标偏移量差别比较大，前后标距离差别也比较大，说明需要制订相关规范来明确。

8 结语

导标是我国最常用的视觉航标，广大航标人员需要经常应用导标设计规范来设计导标，本文根据航道设计规范，结合国际航标协会导标建议和导标设计导则，对比我国现行导标设计规范，指出在偏移量计算上存在的差异，提出我国导标设计规范优化完善的方向，由于统计资料有限，有些参数取值需要更深入研究，诚邀主管部门给予指导、导标设计和使用人员共同努力，进一步完善我国导标设计规范，希望我国导标设计规范能够完全与国际接轨，便于应用我国规范进行国外导标工程设计。

[1]JTS181-2016 ，航道工程设计规范[S].

[2]JTJ237-94 ，水运工程导标设计规范[S].

[3] IALA Recommendation E-112, On Leading Lights Edition 1[S].

[4]IALA Guideline 1023, The Design Of Leading Lines Edition 1[S].

[5]王英志.国际航标协会《助航指南》第二版[M].大连：大连海事大学出版社，1995.

[6]美国海岸警卫队 Carl K.Andersen ,CDR Larry E.Jaeger.导标标准[C]第十四届国际航标会议论文集编审委员会.第十四届国际航标会议技术论文集.北京:[s.n.]，1999.

[7]爱尔兰灯塔委员会James J.Doyle. 7海里昼间导灯的设计与安装[C]第十四届国际航标会议论文集编审委员会.第十四届国际航标会议技术论文集.北京：[s.n.]，1999.

Study of calculation method of off-axis distance of leading marks

HUANGYan-chao,MIAOHui,LIANShi-shui

(CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510230,China)

Off-axis distance of leading marks is the most basic data of leading mark design. It is the key parameter in calculation of leading marks distance, mark′s elevation and sensitivity. Based on the existing rules, the problems of off-axis distance calculation of leading marks were discussed according to the experience of leading marks design, including channel design and vessel operation in channel. It means that the revision of existing leading marks rule is the demand of reality. A new recommendation about method of leading marks off-axis distance calculation was also put forward in this paper.

leading marks design; off-axis distance calculation; improved calculation method

2017-05-17；

2017-07-19

黄炎潮(1964-)，男，广东普宁人，高级工程师，主要从事港口航道工程通信导助航设计研究。

Biography：HUANG Yan-chao(1964-),male, senior engineer.

P 715

A

1005-8443(2017)05-0537-04