岛礁海域导助航工程设计

蒋 玮，楼启明

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

引 言

岛礁海域往往岛屿众多、星罗密布，造就了众多大小不等、海况各异的海区和水道。这些水道由于自然水深相对较好，为船舶航行和深水航道的建设提供了较好的条件。我国典型的岛礁海域港口包括宁波—舟山港、温州港、厦门港等，其中宁波—舟山港所在的岛礁海区最为复杂，也是我国最大的群岛海区。舟山群岛由1 390 个岛屿组成，东西长约181.7 km、南北169.4 km，总面积约22 216 km2，其中海域总面积达20 959 km2。

受岛屿、礁石等地形限制，航道转向角大、且往往出现连续转向；受狭口水流影响，局部航段流速大、流态复杂；岛礁间水域狭小、底质复杂，受岛屿遮蔽影响，航标工程设计也不同于其他海域。本文以宁波—舟山港海域导助航工程为例，从导助航设施种类选择、视觉航标配布方法、无线电航标配布方法等角度，给出岛礁海域典型导助航的设计方法，并对导助航关键技术问题提出解决方案[1]。

1 导助航设施的种类

导助航设施对确保船舶航行安全至关重要。导助航设施包括视觉航标、无线电航标和音响航标，其中常用的是视觉航标和无线电航标。

传统的视觉航标通常包括灯浮、灯桩、灯塔、灯船、导标、标志标牌等。一般情况下，在航道进口处布设灯浮标或灯船，作为口门标志；在航道两侧适当位置布设航道侧面标；在岛礁上布设灯桩或灯塔；在锚地、港池、码头等特殊区域布设灯浮标或灯桩，标示锚地、港池和码头等范围。特殊海域将根据具体情况，合理配布视觉航标[2]。

无线电航标主要包括：提供航标距离与方位的雷达应答器；提供信息服务的船舶自动识别系统（AIS）、船舶交通服务系统（VTS）；提供定位的全球定位系统（GPS）、差分全球定位系统（DGPS）等。一般情况下，无线电航标设置在港口口门、航道入口、重要转向点、狭窄航道等重要位置，其种类的选择应根据需求具体分析。

2 视觉航标配布

2.1 复式航道

疏浚航道需要设置航道侧面标志来标示航道边界。岛礁海域航道情况复杂，经常不会仅仅以单航道的形式存在。复式航道就是其中一种典型复杂航道。复式航道包括主航道（大船航道或重载航道）和次航道（小船航道或轻载航道）。

而对于复式航道的航标配布，目前国内外还没有相关航标配布方法的标准与规定，因此，根据传统视觉航标以及国家有关的标准和规范，有3 种布设方法，详见图1。

方法1：在主航道两侧布设航道侧面标，用于标示主航道的航道边界，次航道不设标。

方法2：在主航道与次航道两侧均布设实体航标，将主航道作为推荐航道，在其两侧设置推荐航道侧面标，在次航道单向单侧设置航道侧面标。

方法3：在主航道两侧布设虚拟航标，并在次航道单向单侧布设实体航标，标示出复式航道。

图1 复式航道设标的三种方法

方法1 简单经济，但不利于大小船舶的分流。方法2 航标配布一目了然，有利于大小船舶的分流，但是航标数量较多，船舶碰撞几率增大。方法3 通过虚拟航标与实体航标相结合的方式，更好地引导大小型船舶分流，利于船舶航行安全。在宁波-舟山港海域使用较多的为方法3。

2.2 交叉航道

岛礁海域水流情况复杂，经常遇到多条航道交汇，给船舶航行带来了一定难度。视觉航标的配布应考虑：当交叉航道有较明显的推荐航道时，可在航道分岔汇合处设置推荐航道侧面标，当交叉航道推荐航道不明确或为避免与附近航道侧面标志造成混淆时，可以考虑设置方位标志。

2.3 岛礁区域

岛礁海域由众多的岛礁构成，岛礁间水道蜿蜒交错，水流湍急，流向多变，这对于船舶的航行非常不利。因此，有必要在岛礁上设置符合当地水文地质条件的视觉航标，全天候为船舶定位导航提供服务，保障船舶航行安全。

灯桩、灯塔这类固定助航标志是岛礁上最常用的助航设施。其位置的选择应尽量靠近航道侧，以便准确标示岛礁位置，保障船舶航行安全。但不同的岛礁，情况不同，航标的配布也会随之变化。本文重点介绍典型的两种配布方式。

1）灯塔与灯桩结合的配布方式

以洋山港区进港航道为例，西马鞍岛正对进港外航道。为引导船舶进入港区航道，在山顶航道轴线上设置一座灯塔。但西马鞍岛礁盘离航道最近距离不足300 m，存在一定风险，山顶上的灯塔无法标示出礁盘位置。当船舶靠近礁盘后，过高的灯塔难以继续发挥作用，因此需要在西马鞍岛北侧靠主航道侧矶头增设灯桩，如图2 所示。通过灯塔与灯桩结合的配布方式，全方位保障了进港船舶的航行安全。

图2 西马鞍岛灯塔与灯桩的配布

2）“断裂”式岛礁的灯桩配布方式

以舟山黄泽山为例，靠近洋山港区进港航道一侧需要设置助航标志。根据现场踏勘，北侧山体部分被断裂带分割为独立的一块，与主岛山体间的距离较大，从主岛无法到达北侧山体。因此，助航标志设置在孤立山体上还是断沟的南侧山体上成为了问题的关键。后来经过多次踏勘，对比分析，选择靠近航道侧的孤立山体作为灯桩的设置点。同时为了施工和维护的方便，需要另外修筑航标维修道路。见图3。

图3 黄泽山灯桩布置

3 无线电航标配布

3.1 雷达应答器

图4 雷达信标

雷达应答器是工作在海上雷达频段（9 GHz 和3 GHz）的接收/发射设备，以增强某些雷达目标的搜索和识别。雷达应答器通过发送特征脉冲序列来响应船舶的雷达。在船舶雷达显示屏上，响应显示为编码标志（或显像），以突出显示雷达应答器的距离和方位。显示出的显像可以固定为指定长度，也可以取决于雷达距离的设置，使用莫尔斯码特征以便识别，如图4、图5。以舟山海域为例，下山星灯塔、黄泽洋灯船、西马鞍岛灯塔和小衢山灯塔上都配有雷达应答器。

图5 雷达屏显示应答信号

3.2 船舶自动识别系统（AIS）

船舶自动识别系统（Automatic Identification System），是一种基于应答器的先进技术，它通过陆上基站和其它船舶来跟踪海上船舶。

船舶自动识别系统由船载设备和岸台网络构成，是一种海上安全助航保障系统，也是一种新型导助航设施。AIS 应答器工作在VHF 海事波段，可以向其它船舶和陆上基站发送诸如船舶识别号、位置、方向、船长、船宽、类型和吃水、危险货物等信息。AIS 岸站通过高速数据链路组成计算机网络系统，及时掌握覆盖范围内所有装载了AIS 的船舶动态，播发各种导航助航信息，与社会用户、政府其他相关部门进行数据交换，从而实现船舶信息的共享，为各种专业应用提供基础数据。

根据《东海海区船舶自动识别系统（AIS）二期系统建设方案》，浙江沿海水域内的AIS 基站主要有：七里灯塔、虾峙岛、白沙湾、岙山、马王岗、大黄龙、大戟山、小衢山、下三星、花鸟山和芦潮港，共计11 座。基本覆盖东海海区主要港口航道和重点水域，服务于海事监管、渔政管理和国防建设等各个领域，极大地促进了船舶助航服务，至今运行稳定。

3.3 船舶交通服务系统（VTS）

船舶交通服务系统（VTS）是海上船舶交通管理的主要工具和手段。以舟山VTS 系统为例，包括有沈家门雷达站、长白岛雷达站等11 座雷达站，尚有3 个未竣工验收[3]。雷达站的雷达信号经由舟山VTS 中心均可传输到宁波VTS 中心和浙江海事局VTS 中心，舟山VTS 中心也可接收宁波VTS 中心所有雷达站的数据。

通过VTS 系统，可实现对覆盖航道中的船舶提供信息服务、交通组织服务、助航服务，支持联合行动，提高当地港口航道业务的安全和效率。

3.4 无线电指向标/差分全球定位系统（RBN-DGP S）

无线电指向标/ 差分全球定位系统（RBN-DGPS）是我国沿海水域准确定位的主要手段，是我国目前海上主要的定位、导航系统。该系统可对航行在我国沿海航线及进出港口船舶准确定位，防止各类事故发生，起到了很好的作用[4]。

以洋山港为例，现有的大戢山RBN-DGPS 基准站作用距离约为300 km，在作用距离内，GPS定位精度在3 m 以内（95 %置信度），北斗定位精度在3 m 以内（95 %置信度），可以实现精密导航。洋山港距离大戢山约21.8 km，可利用该基准站播发的DGPS 伪距和距离变化率的校正值准确定位在洋山港区航道及航路航行的船舶。

图6 RBN-DGPS 组成

4 结 语

1）复杂岛礁海域可根据工程水域自然条件、通航环境等要素合理选择导助航设施的种类。在确定导助航设施种类时应充分协调好与现有助航标志及周边港口、航道等设施的相互关系。

2）配布视觉航标时应考虑岛礁海域水流复杂、山体遮挡、能见度不良等特殊性，选择合适的位置。在没有条件布设实体航标的水域，可考虑布设虚拟航标。

3）为了更好的发挥导助航效能，可采用视觉航标与无线电航标相结合的配布方法，建立拥有综合导助航服务体系的智慧航道理念，解决复杂岛礁海域的航行安全及监管问题。