锚缆参数对船舶锚泊系统的影响

徐哲

摘要：在工程物流项目中，重大件设备装卸船常采用船尾滚装作业的方式，与其对应的系泊方式为T字型系泊。由于工程项目的特殊性，大部分码头所处于海洋环境较恶劣，且滚装码头为项目的自备码头，码头系缆桩能力、等级不足，系泊船舶在风、流和浪的作用下，会发生摇荡，若系泊船舶摇荡运动幅度过大，系缆绳承受的最大张力超过其破断拉力，系缆绳发生断裂，系泊系统将会失效，会给码头安全和装卸货作用带来极大的安全隐患;本文主要分析船舶锚泊信息化管理系统。

关键词：远程监测;船舶锚泊;信息化;管理系统

1、概述

JOHANSSON于1976年在他的博士论文中建立了锚泊系统的有限元模型，并且对其动力响应进行了分析。他不仅考虑到锚泊系统与阻尼有关的速度、锚链张力的突变，还考虑到了锚泊系统偏离平衡位置的位移，且它的有限元模型为非线性模型。由此他对有限元模型的时域进行了研究，得出的数据可以用来分析锚链在某一瞬时的状态下的具体情况。JOHANSSON在前人的基础上，创造性地提出了一种新计算方法，用来求解耦合运动方程的数值积分。随后，提出了一种新的经验模型，用于计算由于悬链线型锚链上端受到垂向运动引起的动张力。这种新的经验模型可以很好地适用于海洋波频作用力，而且还可以用来计算锚链张力的标准方差。将模型的计算结果和一系列海况下测量到的实际海洋锚链结果进行比较，两者之间最大的误差在8%～11%之间，标准方差的误差则在2%～3%之间。研究结果表明：当水平运动产生显著变化时，具有最大平均张力和动张力的地方最易产生最大误差。在前人的研究基础上，采用有限元方法研究了波浪对单点系泊驳船干扰的三维问题。他们通过对比有限元方法得出的数值和在不规则波及规则波状况下得到的模型试验数据，得出了不同系泊点驳船的响应与锚链刚度系数之间的关系。无论在规则波情况下，还是在不规则波情况下，分析结果和试验数据都基本一致。利用一种三维方法来求解船舶的运动响应;考虑了非线性的影响，并对系泊系统的水动力相互作用进行分析;OHKUSHU[8]利用二维理论探索了浮体间的相互影响;KORDAN[9]提出一种用来模拟斜浪作用下结构间耦合分析的理论;利用高阶边界元法分析2个结构之间的相互作用。采用二阶频域摄动理论来探討转塔式锚泊储油轮的动力响应，对转塔式锚泊储油轮在压载状态下的一阶运动、二阶运动的响应谱和锚泊线张力谱进行计算，通过将计算所得的数据与相应的模型试验数据进行对比，发现理论结果与试验数据基本一致，由此得出二阶频域摄动理论可运用于转塔式系泊储油轮动力响应分析的结论。采用频域方法研究了波频运动引起低频慢荡阻尼力问题中锚链所引起的力。实质上，锚链所造成的阻尼与其运动间的初相位是密不可分的。

2、锚泊分析方法

MOSES软件是固定式和浮式海洋结构分析计算的通用程序，适用于单体船（如轮船和驳船）、多体船、半潜式平台等。应用MOSES软件进行锚泊分析的过程如下：（1）船体建模。船体建立势流理论模型，船体上部结构以受风面积的形式加入到模型中。本文选取船舶总长102m、型宽35m、型深7.5m、吃水3.6m，其水动力模型如图1所示。（2）系泊缆建模。将系泊系统几何位置和锚缆参数组合到船体模型中。（3）计算船体在不同波浪频率下的幅频响应算子（RAO）。（4）根据船体的RAO和相应波谱，在指定海况条件下计算锚缆的最大张紧力和船体运动幅值。海上施工的海况限制条件一般是6级风以下，故本文锚泊分析选取环境参数为5级风最大值13.8m/s，有义波高1.5m，流速1m/s。风浪流同向，从船艏到船艉每隔45°选取一个环境荷载方向。在上述海况下，分别调整锚缆数量、长度、弹性模量、预张力，对比锚缆最大张力和船体运动幅值，从而研究锚缆各项参数对锚泊系统性能的影响。

图1船体水动力模型

3、锚泊信息化管理系统的软件设计

3.1数据采集端

3.1.1应用程序

应用程序的主要功能很多，主要包括实时监测和执行监视端发送的控制命令，并实时读取红外信息、视频信息、拉力信息，并发送到监视端。该功能需借助具体应用模块和用户界面设计来完成，用户界面包括网络通断状态显示、传感器信息显示、船舶信息显示、主机参数显示、系统时间显示等，而应用模块充分采用了多线程技术。

3.1.2多线方程

应用程序又分为中文支持，画面设计，拉力、摄像头、红外线线程的创建、generalSocketClientThread线程、cameralSocketClientThread线程、motoctlSocketClientThread线程及线程间的信号和槽。各线程之间独立设置是为了确保各数据间不受影响，可独立运行。

3.2驱动程序

拉力、摄像头信息、红外信息在获取数据的过程中都需要与之对应的驱动程序来支持，拉力是由S3C6410的AD通过1通道来获取;摄像头信息主要通过S3C6410的USB来获取，且需编写USB接口的相应驱动;红外线主要是由S3C6410的AD获取，主要经由三通道获取。

4、锚泊安全管理措施

4.1防止船舶走锚的相应措施

在船舶锚泊过程中，经常会遇到走锚情况，必须为防止走锚或在走锚后及时采取恰当措施进行控制。一般情况下，可以采取加抛另一锚或改抛一点锚对船舶的走锚趋势进行控制。同时，由于船舶从走锚情况发生开始直至碰上其他船所需的时间，在各锚地都有所不同，所以不能盲目用舵、用车，需要根据各锚地的锚泊船之间具体距离采取相应措施。

4.2控制本船速度及锚泊船之间距离

在船舶抛锚过程中，要时刻注意本船行驶速度。锚地中的锚泊船较多，与其他航行水域相比，船舶密度较大。如果船行驶速度过快，则难以控制，极容易与周围正常航行的船舶或其他锚泊船发生碰撞。因此，在抛锚过程中，必须严格控制船速，与其他船之间始终保持适当间距，避免碰船事故的发生。

4.3充分了解各锚地位置、水深、水流等情况

驾、引人员必须充分了解各锚地的位置、水深、水流、地质情况及避风能力，根据实际情况选择合适的锚地。在锚泊过程中，还应加强值班工作，随时接收实时天气预报，一旦发现天气异常，及时采取相应防范措施。

结束语

一直以来，绝大多数除船舶锚泊采用的是人工操作的方式，操作方式十分落后，且安全隐患较多，还停留在肉眼观察的阶段，预警能力较低，给人们的生命财产带来了威胁。在这一严峻形势下，深入对船舶锚泊信息化管理系统的关键技术进行研究势在必行，具有十分重要的作用和意义。

参考文献

[1]刘玉良.基于单片机的船舶锚机远程控制系统设计[J].自动化与仪器仪表，2018

[2]荣焕宗.船舶锚泊系统扰动力平衡计算[J].中国造船，2018