相对运动人工雷达标绘研究

摘 要:文章通过对船舶运动的分析,利用相对运动作图法,来计算出目标船的运动要素,并且针对不同方位的来船,得出了在船舶避让过程中拟定采取的一些措施的重要结论。最后对相对运动作图过程中所遇到的特殊情况做了详尽的论述,给出了切线的选择方法,为船舶的驾引人员提供了重要的参考。

关键词:船舶;相对运动;运动要素;标绘

中图分类号:U675 文献标志码:A文章编号:16717953(2009)04000704

Research on Radar Plotting of Relative Motion

XIAO Zhongming,ZHANG Yuxi,LI Guoshuai

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian 116026,China)

Abstract: This paper calculate the ship′s movement elements through the analysis of ship′s motion, by using relative motion plotting, and draw some important conclusion on navigator′s pre-action corresponding to ships from different bearings. Finally, state some special circumstances during relative motion plotting , in this paper, the tangent selective mode, which is an important reference for the ship′s navigatorswas provided.

Key words: ship;relative motion;movement elements;plotting

在任何能见度,特别是在夜间和能见度不良时,驾驶员可使用雷达在较远距离上发现目标,为估计局面和碰撞危险留有足够的时间,并对测到的物标进行雷达标绘或其相当的系统观察。一般在采取避让行动之前,进行雷达标绘以获取正确的避让措施,判断避让效果。笔者在学校的教学过程中,一直探索研究,得出一些心得体会,以供人工雷达标绘相关研究者参考。

1 基本概念

1.1 船舶运动

船舶真运动是以地球为定坐标,船舶对于地球的运动;例如:雷达标绘中包含我船的真速度V0、他船的真速度Vt和船舶相对运动Vr。船舶牵连运动就是我船对于地球的运动即我船的真速度V0。船舶的真运动,相对运动和牵连运动三者速度矢量关系为:

Vt=V0+Vr

1.2 运动要素

船舶的运动要素包括航向、航速、DCPA和TCPA。最近会遇距离DCPA衡量了两船是否会导致碰撞的标准。到达最近会遇点的时间TCPA是判断两船潜在的碰撞危险程度,也就是说即使两船DCPA为0,如果TCPA为无穷大,那么两船不会发生碰撞危险。

1.3 相对运动线

是在我船相对运动显示方式的雷达上观察到的他船相对运动轨迹,是不同时刻他船观察点的连线。不要错误地认为是他船的实际运动方向的MA3,而是视觉上的相对运动轨迹A1A3。

2 相对运动人工雷达标绘

笔者结合理论知识和教学过程中的体会,总结出2个原则:1)自始反航向终连;2)中心不变。原则一是指如何画出前面提到的矢量三角形,如图一①所示,图中 A1 、A2、A3分别为在t1 、t2、t3时刻在相对运动显示方式的雷达上观察到他船回波,A1A3连线为相对运动线,A1称为始点,A3称为终点。“自始反航”可理解为从始点A1沿我船航向线的反航向作我船在t1t3时间段的航程,末点记为M。“向终连”可理解为由点M向终点A3连接。这样,船舶运动矢量三角形就画好了,T同时满足上述的速度矢量关系。其中MA1方向为我船航向,A1A3方向为他船相对运动方向,MA3方向为他船航向。原则二是指当我船或(和)他船采取避让行动后,中心点N在构成新的基本矢量三角形过程中保持不变的位置。变化的只是基本矢量三角形中的两个观察点B1、B3。如图一②所示,图四中③、④、⑤类似。

图一②为我船改向,他船保向保速,

图一③为我船变速,他船保向保速,

图一④为他船改向,我船保向保速,

图一⑤为他船变速,我船保向保速,

具体画法可参照本文的参考文献[1]。

3 常见问题的相对运动作图法

3.1 求他船的运动要素

例1文献[1]:本船航向 180°,航速 12 kn,测得目标船回波:

2340 右舷 46.5°距离 8 4 n mile

2346 右舷 46° 距离 6.3 n mile

求:1)目标船的航向及航速。

2)2346时保持 2 n mile会遇最近距我船应右转多少度?或减速至多少节?

3)2346时采取向右转向和减速哪一种措施可以先通过?

作图步骤(见图二):

1)根据雷达观测资料,在雷达标绘图上标定目标船在2340和2346时刻的观测点A1、A3。

2)连接点A1、A3,得相对运动线A1A3。

为我船和目标船初始的DCPA。

4)运用原则“自始反航向终连”画出矢量三角形ΔMA1A3。

5)在ΔMA1A3中,求出目标船的航向084°及航速16 kn。

6)根据第2问要求,在2346时(即A3位置处)向离我船2 n mile的圆作切线,切点为P′,即为新最近会遇点,则A3P为我船避让后的新相对运动线。

7)延长PA3,运用原则“中心不变”,以点M为圆心,为MA1半径作弧,交延长线PA3于点A1′,得新的矢量三角形ΔMA1′A3,∠A1MA1′为转向角ΔC,测得为40°。

8)延长线PA3与MA1交于点A′′,的新的矢量三角形ΔMA1′′A3,求出本船新航速为6 kn。

9)从图二中可以看出,2346时我船右转40°或减速至6 kn的新相对运动线一致,都在A3P上,不同的是相对运动速度Vr不一致。

TCPA转向=A3P′′×6=14 min;

TCPA变速=A3P′′′×6=21 min

则我船右转先于我船减速行动。

3.2 行动后新的DCPA

例2文献[1]:本船真航向080°,航速10 kn,雷达测得两船的真方位和距离如下:

A船 B船

1400 TB 115°――11.0′TB 170°――9.5′

1406 TB 115°――9.0′TB 169°――8.5′

1412 TB 115°――7.0′TB 168°――7.5′

求:1)为让A船.本船与A船相距6 n mile时右转,拟保持2 n mile的DCPA,应改驶的新航向。

2)1415 得知B船已改驶 040°,航速为 7.5kn,求 DCPA。

3)发现与B船的DCPA太小.决定停车.若本船停车冲程为1n mile,历时9 min,欲使B船在本船前方2 n mile通过,本船应何时停车?

4)到最近点的时间TCPA。

作图步骤(见图三):

1)根据雷达观测资料,在雷达标绘图上标定目标船A的观测点A1、A2、A3和目标船B的观测点B1、B2、B3。

2)运用原则“自始反航向终连”分别画出矢量三角形ΔMA1A3和ΔNB1B3。

3)在相对运动线A1A3与6海里圆相交点A4的作与2海里的切线,然后平移至A3,运用原则“中心不变”,以点M为圆心,为MA1半径作弧,交平移线于点A1′,得A船新的矢量三角形ΔMA1′A3,∠A1MA1′为转向角ΔC,测得为47°,则我船应行驶航向127°。

4)作B船在1415时刻后12分钟内的航向与航程,即为NB3′ ,然后平移MA1′至NB1′,得B船新的矢量三角形ΔNB1′B3′,将B1′B3′平移至1415时刻点B4,以中心点O向该平移线作垂线,垂足为点PB,即为我船与B船的最近会遇点,DCPA为0.3 n mile。

5)将NB3′平移,并向与离我船2 n mile的圆作切线,然后将NB1′平移,根据我船冲程为1 n mile,仅量取平移线1 n mile与该切线和B船新的相对运动线B4PB相交,得交点N′、B5,B5即为本船开始采取停车行动处。同理根据我船冲时9 min,可计算:

N′B6=(9/60)×7.5=1.125 n mile。

6.tB4B5=B4B5B1′B3′×12=15 min,则本船停车时刻1430。

tB6PA′=B6PA′NB3′×12=9 min,则TCPA=1430+冲时+tB6PA′=1448。

4 相对运动作图的特殊情况处理

在上述问题(1)中,涉及到他船与我船在最近会遇距离2海里通过,新的相对运动线作为切线应当切于我船船首还是船尾的问题。

1)先根据《1972年国际海上避碰规则》(以下简称《规则》)[2]中互见情况第13、14、15条,能见度不良情况第19条的"驾驶和航行规则"的规定,判断我船此时应当向向右转向,还是向左转向(变速和转向问题作图类似,见例1)

2)人工标绘

如图四①所示。若两船互见,则根据《规则》第15条的规定,我船为让路船,他船为直航船。本船应当向右转向,且避免横越他船的前方。因此,相对运动线应当切于我船船首方向。若能见度不良,根据《规则》第19条的规定,我船避免对正横前的船舶采取向左转向,即应当向右转向。因此,相对运动线也应当切于我船船首方向。

如图六②所示。若两船互见,则根据《规则》第15条的规定,我船为直航船。但一般的标绘题要求仅我船采取行动,而他船保向保速。则我船此时采取有效的协助避让,向右转向。若能见度不良,根据《规则》第19条的规定,我船也应当向右转向。相对运动线切于我船船尾方向时,我船右转小角度∠B1NB1′,即ΔCB,避让后TCPA 有限,但无危险;相对运动线切于我船船首方向时,我船右转大角度∠B1NB1′′,即ΔCB′,避让后TCPA 无限。

5 结论

人工雷达标绘需要多绘画,熟练掌握,才能在有限的时间得到准确的避让措施。海上实际,由于仪器设备的误差、观测误差、标绘误差、船舶环境、船舶惯性等影响,按标绘所得幅度采取措施达不到预期的DCPA值,需要加大幅度或联合转向和变速行动或提前行动。另外,在查核避让行动的有效性时,如果发现新相对运动线不是人工标绘时预期的,则说明他船可能也采取了行动,要仔细查核协调性,以确保与他船在安全距离上驶过让清。

参考文献

[1] 方泉根.雷达观测与模拟器[M].中华人民共和国港务监督局,1998.

[2] 吴兆麟,赵月林.船舶值班与避碰[M].大连:大连海事大学出版社,2008.