现代导航系统(演示版)[备份]

1、2008.2第二节第二节 导航系统的发展导航系统的发展1推算导航推算导航; 根据航速、航向根据航速、航向计算出船舶未来的位置。计算出船舶未来的位置。2陆标导航；通过测定陆标的陆标导航；通过测定陆标的方位、距离来确定船舶的位方位、距离来确定船舶的位置。置。V航 速方位距离 S = Vt推算导航：陆标陆标3天文导航；利用有一定天文导航；利用有一定规律的天体，如月亮、规律的天体，如月亮、太阳。使用六分仪求出太阳。使用六分仪求出船舶位置。船舶位置。4无线电导航；利用无线无线电导航；利用无线电方法求出船舶位置。电方法求出船舶位置。l 地平线利用六分仪地平线利用六分仪利用卫星电信号4无线电导航；无线电导航

2、；利用无线电方利用无线电方法求出船舶位法求出船舶位置置l V航 速方位距离S=Vt方位距离S=Vt陆标无线电台站光信号电信号VTS和和AIS示意示意 结合雷达的情况，与目标船舶相互通信联系结合雷达的情况，与整个区域的目标船舶相互通信联系VHF通信内容包括GPS的定位信息现代导航：现代导航：无线电导航无线电导航+VTS+AIS+电子电子海图海图自动导航：自动导航：现代导航的自动化现代导航的自动化 当前船舶自动化发展趋势是应用当前船舶自动化发展趋势是应用网络技术网络技术,通过现场总线或计算机通过现场总线或计算机网络把驾驶、轮机、货油装网络把驾驶、轮机、货油装卸及船舶营运和航行管理等自动卸及船舶营运

3、和航行管理等自动化内容组成一个有机的系统化内容组成一个有机的系统,进行进行统一综合的设计、监视、控制与统一综合的设计、监视、控制与管理管理. 未来还会把自动操纵与避碰未来还会把自动操纵与避碰也归入全船的闭环控制之中也归入全船的闭环控制之中,实现实现单人或无人驾驶单人或无人驾驶计划航线计划航线VDR计划航线AISVTS定位系统避航系统集成驾驶组合导航自动操舵系统l1船舶最佳航线编制系统船舶最佳航线编制系统l 在电子海图上直接进行计划航线的制作，为船舶到达某个目的港提在电子海图上直接进行计划航线的制作，为船舶到达某个目的港提供安全、经济的最佳航线。供安全、经济的最佳航线。l2自动操舵系统自动操舵系

4、统l 在机舱自动化提供预定的推进动力和航速的基础上，采用自动舵代在机舱自动化提供预定的推进动力和航速的基础上，采用自动舵代替人工舵沿着最佳航线航行，在电子海图上能够监控船舶航行状态。替人工舵沿着最佳航线航行，在电子海图上能够监控船舶航行状态。l3自动定位系统自动定位系统l 利用各利定位系统为本船提供实时的、高精度的船位，同时在电子利用各利定位系统为本船提供实时的、高精度的船位，同时在电子海图上显示出本船的位置。海图上显示出本船的位置。l4自动避航系统自动避航系统l 将保障本船避开水面上的船舶等目标及水面下的障碍物，可以使用将保障本船避开水面上的船舶等目标及水面下的障碍物，可以使用电子海图中的空

5、间分析函数来实现某些功能并在电子海图上得到监控。电子海图中的空间分析函数来实现某些功能并在电子海图上得到监控。l5船舶交通服务系统船舶交通服务系统VTSl 这是一个港口交通管理和服务系统，在船舶的起始港和目的港都将这是一个港口交通管理和服务系统，在船舶的起始港和目的港都将为电子海图上显示的船舶提供导航服务。为电子海图上显示的船舶提供导航服务。l6自动识别系统自动识别系统AISl 港口提供船与岸之间的信息交流平台，在船行中提供船与船之间的港口提供船与岸之间的信息交流平台，在船行中提供船与船之间的信息交流平台，各种信息交流平台，各种AIS信息都是在电子海图上显示的。信息都是在电子海图上显示的。l7

6、船载航行数据记录仪船载航行数据记录仪VDRl 将本船的各种导航信息记录下来，为海事事故提供分析依据，可以将本船的各种导航信息记录下来，为海事事故提供分析依据，可以在电子海图上重放船舶航行历史轨迹。在电子海图上重放船舶航行历史轨迹。l8电子海图显示与信息系统电子海图显示与信息系统l 该系统是船舶自动化时期的核心内容，作为现代导航信息的终端设该系统是船舶自动化时期的核心内容，作为现代导航信息的终端设备，显示各种导航信息。备，显示各种导航信息。l9组合导航系统组合导航系统l 具有数据定位、数据航行、数据操舵、数据配载以及导航控制台等具有数据定位、数据航行、数据操舵、数据配载以及导航控制台等多个子系统

7、组成的数据驾驶台，它除了执行导航功能外，还可以处理船多个子系统组成的数据驾驶台，它除了执行导航功能外，还可以处理船舶的避碰信息、天文数据、海图绘制及燃料消耗等。舶的避碰信息、天文数据、海图绘制及燃料消耗等。l10船舶集成驾驶台船舶集成驾驶台l 它是集集成控制、模块化设计、屏幕式显示、工作台式布局和电子它是集集成控制、模块化设计、屏幕式显示、工作台式布局和电子海图于一体的系统。海图于一体的系统。一、航线设计的一般方法和准则一、航线设计的一般方法和准则航线设计需考虑下列内容航线设计需考虑下列内容（气流受力情况、水流受力情况、船舶本体、周围态势（气流受力情况、水流受力情况、船舶本体、周围态势1气象条

8、件气象条件（1）世界风带的一般规律；）世界风带的一般规律；（2）季风；）季风；（3）热带气旋；）热带气旋；（4）雾；）雾；（5）流冰和冰山）流冰和冰山2海况海况（1）海流，（）海流，（2）海浪。）海浪。3障碍物障碍物4定位和避让条件定位和避让条件5本船条件本船条件（1）本船结构强度；）本船结构强度；（2）吃水；）吃水；（3）航速；）航速；（4）吨位；）吨位；（5）客货载情况；）客货载情况；（6）船员。）船员。主要方面（主要方面（1、2、3、4、5）不能随意简化的复杂系统）不能随意简化的复杂系统季风，热带气旋季风，热带气旋流冰和冰山流冰和冰山雾雾海浪海流本船结构、性能及装载情况。l气象导航的定义

9、：气象导航的定义：l根据中短期天气与海况，结合船舶性能，来选择最佳航线。根据中短期天气与海况，结合船舶性能，来选择最佳航线。l气象航线与气候航线的关系：气象航线与气候航线的关系：l气候航线气候航线 宏观（时间尺度、空间尺度），统计平均意义上的。宏观（时间尺度、空间尺度），统计平均意义上的。l气象航线气象航线 局部意义上的。局部意义上的。航线分类：航线分类：l（1）最短航时航线）最短航时航线l（2）最省燃料航线）最省燃料航线l（3）货物安全航线）货物安全航线l（4）最舒适航线）最舒适航线l（5）为完成船上预定的维修保养工作，提供足够好天气的航线。）为完成船上预定的维修保养工作，提供足够好天气的航

10、线。l气象导航分为三类：气象导航分为三类：l岸上气象导航、自行气象导航、船岸结合气象导航。岸上气象导航、自行气象导航、船岸结合气象导航。l 船舶气象导航的基本原理是根据船舶气象导航的基本原理是根据船舶性能船舶性能、载货情况以及所取得的、载货情况以及所取得的天气和海况天气和海况的预报资料，采用科学的定线方法，选择一条的预报资料，采用科学的定线方法，选择一条尽量避开大风尽量避开大风浪，特别是顶头浪和横浪浪，特别是顶头浪和横浪等不利因素，而又能等不利因素，而又能充分利用有利的风、浪、充分利用有利的风、浪、流等因素流等因素的航线，使之达到最佳程度。的航线，使之达到最佳程度。l l 它涉及到气象学、海洋

11、学、造船学、航海学以及计算机科学等多方它涉及到气象学、海洋学、造船学、航海学以及计算机科学等多方面的知识，而且，天气和海况的变化，以及船舶在各种风浪中的性能变面的知识，而且，天气和海况的变化，以及船舶在各种风浪中的性能变化，是相当复杂的。化，是相当复杂的。（1）地面资料）地面资料全球地面实况分析图（北半球每天全球地面实况分析图（北半球每天4次；南半次；南半球每天球每天2次）和不同预报时效的地面预报次）和不同预报时效的地面预报图。图。（2）高空资料）高空资料全球全球850hPa、700hPa、500hPa等压面实况等压面实况分析图（每天分析图（每天2次）和次）和24小时、小时、48小时等小时等不

12、同时效的高空预报图。不同时效的高空预报图。（3）卫星资料）卫星资料每小时每小时1次的全球实时卫星云图和由卫星提供次的全球实时卫星云图和由卫星提供的各种海洋气象要素的遥感数据资料。的各种海洋气象要素的遥感数据资料。（4）海浪资料）海浪资料各大洋的波浪实况分析图和波浪预报图。各大洋的波浪实况分析图和波浪预报图。（5）海流资料）海流资料各大洋表层海流实况值和推算值资料。各大洋表层海流实况值和推算值资料。（6）海冰资料）海冰资料来自有关部门的冰情侦察通报，通过卫星云图来自有关部门的冰情侦察通报，通过卫星云图资料分析和接受传真冰况图。资料分析和接受传真冰况图。（7）天气实况和警报）天气实况和警报世界各地

13、气象台（站）、各大洋船舶实时气象世界各地气象台（站）、各大洋船舶实时气象报告以及被导航船舶的天气报告资料，海报告以及被导航船舶的天气报告资料，海上大风警报、暴风警报或台风警报等（可上大风警报、暴风警报或台风警报等（可通过传真机或电传获得）。通过传真机或电传获得）。（8）海洋气候资料）海洋气候资料各大洋风、浪、雾、流等要素的多年平均状况。各大洋风、浪、雾、流等要素的多年平均状况。（9）历史天气图）历史天气图全球地面与高空逐日历史天气图资料。全球地面与高空逐日历史天气图资料。季风，热带气旋季风，热带气旋流冰和冰山流冰和冰山雾雾海浪海流l2：船舶资料：船舶资料l 船舶运动性能曲线图，船舶速度、稳定性

14、、吃水、装载等等资料船舶运动性能曲线图，船舶速度、稳定性、吃水、装载等等资料l船舶性能曲线图船舶性能曲线图,又称船舶失速图又称船舶失速图,考虑了风、浪对船舶航速的影响考虑了风、浪对船舶航速的影响.l船舶失速图船舶失速图:l 船舶在风浪中航行时，若主机发出的功率不变，由船舶在风浪中航行时，若主机发出的功率不变，由l于风浪产生的阻力使船速低于静水船速，这种船速降于风浪产生的阻力使船速低于静水船速，这种船速降l低的现象称为失速，也称为非主动失速或自然失速。低的现象称为失速，也称为非主动失速或自然失速。l 船舶航行的自然失速与海上环境和船舶本身性船舶航行的自然失速与海上环境和船舶本身性l能有关。研究表

15、明环境因素中以风和浪的影响最为能有关。研究表明环境因素中以风和浪的影响最为l突出，由于风和浪的作用所引起的附加阻力，是船舶突出，由于风和浪的作用所引起的附加阻力，是船舶l的航行阻力较之静水时阻力大大增加，因而，导致船的航行阻力较之静水时阻力大大增加，因而，导致船l舶航行的自然失速。舶航行的自然失速。l船舶失速图种类：船舶失速图种类：l（1） 1971年前苏联年前苏联B.C克拉修克提出克拉修克提出“船舶失速图船舶失速图”。l（2）1957年美国海军气象研究机构（年美国海军气象研究机构（NWRF）推荐）推荐l的由的由James提出的失速经验公式提出的失速经验公式.以上求取船舶失速的方法多是以经验方

16、法为依以上求取船舶失速的方法多是以经验方法为依l据的经验曲线或通过大量统计数据得出的经验公式，一方面难以反映每艘船舶的具体特征，据的经验曲线或通过大量统计数据得出的经验公式，一方面难以反映每艘船舶的具体特征，另一方面长期统计资料的获取和分析都是相当困难的，也是相当离散的。因此，应用于船舶另一方面长期统计资料的获取和分析都是相当困难的，也是相当离散的。因此，应用于船舶驾驶人员航线设计或实际操纵时，显然将增加其不确定性因素，产生新的安全隐患。驾驶人员航线设计或实际操纵时，显然将增加其不确定性因素，产生新的安全隐患。l（3）为了克服上述的缺点，改善航线的优化设计，提高）为了克服上述的缺点，改善航线的

17、优化设计，提高l驾驶人员的航行技术，采用直接根据船舶特征、推驾驶人员的航行技术，采用直接根据船舶特征、推l进性能、耐波性能来计算船舶失速值。考虑风、浪作用进性能、耐波性能来计算船舶失速值。考虑风、浪作用l引起的阻力增加引起的阻力增加 2）：船舶航速与波浪关系图）：船舶航速与波浪关系图船舶失速图船舶失速图 相同功率输出时，实际航相同功率输出时，实际航速值与静水航速值的差值速值与静水航速值的差值V, 即为波即为波浪中的失速。浪中的失速。 根据船舶在规则波和不规则波中根据船舶在规则波和不规则波中的摇荡运动理论的摇荡运动理论,利用平稳随机过程的利用平稳随机过程的线性系统理论谱分析技术线性系统理论谱分析

18、技术,可以计算出可以计算出船舶在不规则波中运动参数的统计值、船舶在不规则波中运动参数的统计值、上浪、螺旋桨出水、砰击的概率和次上浪、螺旋桨出水、砰击的概率和次数。船舶在波浪中摇荡运动谱、速度数。船舶在波浪中摇荡运动谱、速度谱以及加速度谱谱以及加速度谱.波况：波况： 海区波浪以风浪为主、涌浪为辅。海区波浪以风浪为主、涌浪为辅。常浪向为常浪向为S向，频率为向，频率为9.27%；次常浪；次常浪向为向为SSE、SE向，频率分别为向，频率分别为8.91%和和8.30%。强浪向为。强浪向为NNW向向,最大实测最大实测H1/10波高波高2.1m，波周期，波周期T为为4.8s。 选取该船选取该船5个典型的航速

19、分别为个典型的航速分别为0kn、6kn、12kn、15 kn和和18 kn，每个航速下有每个航速下有7个典型的航向（以浪向个典型的航向（以浪向角表示）分别为角表示）分别为0、30、60、90、120、150和和180。以一。以一定航速下的定航速下的7个浪向角作为评估对象，个浪向角作为评估对象，计算出了在计算出了在5个海况条件下的个海况条件下的5个航速个航速7个航向的关联度，将计算得到的浪向个航向的关联度，将计算得到的浪向角关联度画在图上，便可以得到船舶角关联度画在图上，便可以得到船舶在不同航速时航行浪向角关联度变化在不同航速时航行浪向角关联度变化曲线图曲线图0= 300= 900= 1800=

20、 1500= 1200= 60迎浪尾斜浪横浪首斜浪随浪0= 0海况1海况2海况3海况4海况5V1V2V3V4V55 5 7 3：气象资料（主要且经常接触到的）：气象资料（主要且经常接触到的）1）：海浪预报图）：海浪预报图 海浪是海洋中由风产生的波浪海浪是海洋中由风产生的波浪，包括风浪及其演变而成的涌浪。它给航海、海上，包括风浪及其演变而成的涌浪。它给航海、海上施工、渔业、海上军事活动、沿海的堤岸、港口码头和各类建筑物等带来巨大威胁和施工、渔业、海上军事活动、沿海的堤岸、港口码头和各类建筑物等带来巨大威胁和灾害。灾害。 国外现状：国外现状： 海浪的数值模拟发展到海浪的数值模拟发展到20世纪末已达

21、到比较成熟的阶段，第三代世纪末已达到比较成熟的阶段，第三代海浪模式海浪模式的优点为能够的优点为能够处理风速、风向的骤然变化。全谱空间的第三代海浪数值模式处理风速、风向的骤然变化。全谱空间的第三代海浪数值模式,简称简称WWATCH目前美国国目前美国国家海洋大气管理局（家海洋大气管理局（NOAA）运用）运用WWATCH分别建立了全球分别建立了全球(分辨率为分辨率为1.25经度经度1纬纬度度)和阿拉斯加海域、西北大西洋、东北太平洋、北大西洋飓风和阿拉斯加海域、西北大西洋、东北太平洋、北大西洋飓风(区域模式的分辨率都为区域模式的分辨率都为0.25经度经度0.25纬度纬度)等海浪业务预报系统。等海浪业务

22、预报系统。我国现状：我国现状： 我国关于海浪数值模式也有很大的发展我国关于海浪数值模式也有很大的发展,文圣常等提出了一种混合型的海浪数值预报模式文圣常等提出了一种混合型的海浪数值预报模式,袁业立等发展了第三代海浪数值模式袁业立等发展了第三代海浪数值模式, 该模式已被广泛应用到近海的数值模拟和海洋工程中。该模式已被广泛应用到近海的数值模拟和海洋工程中。 为支撑海浪业务化预报的建设和发展为支撑海浪业务化预报的建设和发展,并进行海浪并进行海浪-环流耦合环流耦合,国家海洋局第一海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所开展了海浪业务化数值预报系统开展了海浪业务化数值预报系统,选取选取MASNUM海浪数值预报模

23、式。海浪数值预报模式。2）：地面天气图和高空天气图：）：地面天气图和高空天气图： 地面天气图是以海平面为基准，各地观测的气压必须订正到海平面高度的气压值，以便高度不同的测站相互比较。地面天气图是以海平面为基准，各地观测的气压必须订正到海平面高度的气压值，以便高度不同的测站相互比较。 根据各地观测的气压值，按一定的气压间隔划等压线，即把气压相等的地方用等压线连接起来。通过这些不同数值等压线的根据各地观测的气压值，按一定的气压间隔划等压线，即把气压相等的地方用等压线连接起来。通过这些不同数值等压线的分布，可以清楚地把天气形势显示出来，如哪里是高气压区，哪里是低气压区。再根据各测站的其他天气要素，如

24、温度、分布，可以清楚地把天气形势显示出来，如哪里是高气压区，哪里是低气压区。再根据各测站的其他天气要素，如温度、露点和风等，还可以分析冷、暖锋面的位置和天气现象。露点和风等，还可以分析冷、暖锋面的位置和天气现象。 在高空表示天气形势的方法，一般不用固定高度上的气压分布，而是在一个气压相等的等压面天气图上，分析这个面凹在高空表示天气形势的方法，一般不用固定高度上的气压分布，而是在一个气压相等的等压面天气图上，分析这个面凹凸不平的状况。凸不平的状况。 由于气压自地面向上递减，因此自下而上有很多的等压面。对等压面天气图的分析，主要是分析等压面的高度。由于气压自地面向上递减，因此自下而上有很多的等压面

25、。对等压面天气图的分析，主要是分析等压面的高度。 按一定的高度间隔划等高线，即把测站高度相等的地方用等高线连接起来。通过不同数值等高线的分布，可以显示出某一等按一定的高度间隔划等高线，即把测站高度相等的地方用等高线连接起来。通过不同数值等高线的分布，可以显示出某一等压面上各个地方的高度分布状况，如哪里是高值区，哪里是低值区，从而将天气形势特征很清楚地显示出来。压面上各个地方的高度分布状况，如哪里是高值区，哪里是低值区，从而将天气形势特征很清楚地显示出来。实际的例子：实际的例子：1)48一一12Oh西北太平洋地面天气图及降水预报图西北太平洋地面天气图及降水预报图(FSASO4、07、09、12)

26、。2)48h500hPa高空预报图高空预报图(FXAS504)。3)24h西北太平洋海浪预报图西北太平洋海浪预报图(FWPN)。4)48h地面形势预报图地面形势预报图(FSAS48)一一48hSurfaee Prog。除了前除了前96h预报与预报与Podul台风实际路径在经度上约差台风实际路径在经度上约差4个经距外，对其移向、移速的预报几乎完全一致。个经距外，对其移向、移速的预报几乎完全一致。2)在使用该类气象图文资料规避恶劣天气时，应保持其连续性，因为几乎所有的预报均存在一定的误差，只有连续几天跟踪接收，在使用该类气象图文资料规避恶劣天气时，应保持其连续性，因为几乎所有的预报均存在一定的误差

27、，只有连续几天跟踪接收，并结合当时实际情况，对接收的各类图文资料进行仔细分析，才能获得有价值的宝贵信息。并结合当时实际情况，对接收的各类图文资料进行仔细分析，才能获得有价值的宝贵信息。3)JMH48一一120h地面气压及降水预报图对船舶规避西北太平洋的灾害性天气有很好的预警作用。为掌握避抗台风的主动权，往地面气压及降水预报图对船舶规避西北太平洋的灾害性天气有很好的预警作用。为掌握避抗台风的主动权，往往在远离台风往在远离台风1000nmile以上时就需要船长做出避抗决策并付诸实施。而此后更应根据形势的变化不断调整避抗措施，尤其以上时就需要船长做出避抗决策并付诸实施。而此后更应根据形势的变化不断调

28、整避抗措施，尤其对西行跨北太平洋的中、低速船舶在规避台风时更有价值。对西行跨北太平洋的中、低速船舶在规避台风时更有价值。4)JMH48一一120h地面气压及降水预报图与台风路径预报图等相比，有其独特的优点地面气压及降水预报图与台风路径预报图等相比，有其独特的优点:图上对台风等灾图上对台风等灾害性天气在各不同时段的强度、范围、周围风场害性天气在各不同时段的强度、范围、周围风场/气压场的分布气压场的分布/变化以及相关气象系统对其可能产生的影响直观明了。如能与台变化以及相关气象系统对其可能产生的影响直观明了。如能与台风途径预报图、风途径预报图、24/48hsoohPa高空预报图、高空预报图、24h海

29、浪预报图和海浪预报图和24/48h地面形势图等结合分析使用，则效果更好，准确性更地面形势图等结合分析使用，则效果更好，准确性更高。高。l 船舶气象定线是一门涉及气象、海洋、船舶等科学的综合性船舶气象定线是一门涉及气象、海洋、船舶等科学的综合性技术，而且气象、海况的变化极为复杂，预报时效有限，气象和技术，而且气象、海况的变化极为复杂，预报时效有限，气象和海况的中长期预报还远未解决，这给船舶气象定线最优化带来困海况的中长期预报还远未解决，这给船舶气象定线最优化带来困难。难。l 所以；所以； 一般采用跟踪服务，不断修正推荐航线的方法，使一般采用跟踪服务，不断修正推荐航线的方法，使推荐航线尽量合理、最

30、优。船舶气象定线的方法主要有：推荐航线尽量合理、最优。船舶气象定线的方法主要有：l1根据大型天气形势选择气象航线根据大型天气形势选择气象航线l2作图法作图法l3动态规划法动态规划法l 气象导航的天气预报关键在于正确的气象导航的天气预报关键在于正确的中长期天气预报中长期天气预报，这就需要在，这就需要在分析和诊断高空与地面的天气形势的基础上作出，特别对风暴的发展和分析和诊断高空与地面的天气形势的基础上作出，特别对风暴的发展和路径作出准确的预报。路径作出准确的预报。高空天气形势的变化周期长，制约着地面的天气高空天气形势的变化周期长，制约着地面的天气形势形势，是地面天气形势发展的背景，所以在实施气象导

31、航过程中经常要，是地面天气形势发展的背景，所以在实施气象导航过程中经常要利用高空天气形势来对地面天气作中期预报。利用高空天气形势来对地面天气作中期预报。l l 大势天气形势是指一般环流的各种类型的集中组合，它是大气长波大势天气形势是指一般环流的各种类型的集中组合，它是大气长波处于相对稳定时期的表现。它清楚地表明了高、低压分布，西风急流的处于相对稳定时期的表现。它清楚地表明了高、低压分布，西风急流的位置，以及气旋路径等。位置，以及气旋路径等。l 美国海军气象部门通过对大量的历史天气图进行分析和归纳后得出：美国海军气象部门通过对大量的历史天气图进行分析和归纳后得出：北太平洋有北太平洋有10个大型天

32、气型；北大西洋有个大型天气型；北大西洋有7个大型天气型。船舶气象定个大型天气型。船舶气象定线机构的工作人员或船长，可根据未来线机构的工作人员或船长，可根据未来5天的天气形势预报，对照大型天的天气形势预报，对照大型天气型模式，结合本船的技术条件等选择航线，并根据逐日的短期预报天气型模式，结合本船的技术条件等选择航线，并根据逐日的短期预报和以后的形势预报，在航行过程中不断修正航线。和以后的形势预报，在航行过程中不断修正航线。 作图法就是利用作图法就是利用波浪预报图、地面波浪预报图、地面预报图、船舶失速图预报图、船舶失速图等，在航路图或者等，在航路图或者航线选择专用图（空白海图）上用作图航线选择专用

33、图（空白海图）上用作图比较方法选择气象航线。常用的作图方比较方法选择气象航线。常用的作图方法是等时线法，如图所示。法是等时线法，如图所示。 等时线法的过程叙述如下：船舶自等时线法的过程叙述如下：船舶自始发港向目的港向航行过程中，首先由始发港向目的港向航行过程中，首先由环境要素对船舶航行的影响，以及预报环境要素对船舶航行的影响，以及预报结果可计算出船速，根据相应的船速即结果可计算出船速，根据相应的船速即可计算出所有可能方向上第一个可计算出所有可能方向上第一个6小时小时的航程，将船舶到达的这些点用光滑的的航程，将船舶到达的这些点用光滑的曲线连接起来，这条线称为等时线。等曲线连接起来，这条线称为等时

34、线。等时线即为相等航行时间的等值航程线。时线即为相等航行时间的等值航程线。 航线其余部分，以航线其余部分，以6小时为间隔的小时为间隔的航程依照前述方法依次计算，当最后一航程依照前述方法依次计算，当最后一条等时线求出后，即可求出最短的一条条等时线求出后，即可求出最短的一条到目的港的航线，因此，整个自起始港到目的港的航线，因此，整个自起始港到目的港的最短航线即可确定。到目的港的最短航线即可确定。6小时小时 航程航程 动态规划动态规划(dynamic Programming) 是运筹学的一个分支是运筹学的一个分支,是求解决策过程是求解决策过程最优化的数学方法。最优化的数学方法。 动态规划法的定义动态

35、规划法的定义:在求解问题中在求解问题中,对于每一步决策对于每一步决策,列出各种可能的局部列出各种可能的局部解解,再依据某种判定条件再依据某种判定条件,舍弃那些肯定舍弃那些肯定不能得到最优解的局部解不能得到最优解的局部解,在每一步都在每一步都经过筛选经过筛选,以每一步都是最优解来保证以每一步都是最优解来保证全局是最优解全局是最优解,这种求解方法称为动态这种求解方法称为动态规划法。规划法。 随着计算机技术的发展，为提高随着计算机技术的发展，为提高船舶定线的精度，使船舶定线进一步船舶定线的精度，使船舶定线进一步客观化、自动化，这些年来在船舶定客观化、自动化，这些年来在船舶定线的研究和应用中广泛采用了

36、许多线的研究和应用中广泛采用了许多数数值计算方法值计算方法。这类数据计算定线方法，。这类数据计算定线方法，其基础是其基础是天气和海况预报天气和海况预报的准确性和的准确性和时效性，并要求预报数值化，其计算时效性，并要求预报数值化，其计算量和工作量都很大，通常只适用于岸量和工作量都很大，通常只适用于岸上专门定线机构。这类数理计算定线上专门定线机构。这类数理计算定线方法主要有动态规划法等。方法主要有动态规划法等。局部解21局部解22局部解23局部解11局部解13局部解12 船舶气象导航可分为岸上气象导航（简称岸导）、船舶自动气象导航（简称自导）和船岸结合导航三船舶气象导航可分为岸上气象导航（简称岸导

37、）、船舶自动气象导航（简称自导）和船岸结合导航三种方法。种方法。 一、岸上气象导航一、岸上气象导航 岸上成立的气象导航专门机构，含丰富的专业人才，气象、海洋、航海、计算机等等，该机构是咨岸上成立的气象导航专门机构，含丰富的专业人才，气象、海洋、航海、计算机等等，该机构是咨询性质。受气象预报限制，尚未达到令人满意的程度。询性质。受气象预报限制，尚未达到令人满意的程度。一些难点的研究；如：一些难点的研究；如：标准纬度地转调整率定义法标准纬度地转调整率定义法: 即气旋中心不论在哪一纬度上即气旋中心不论在哪一纬度上,其中心气压的加深率只要其中心气压的加深率只要24 h达到达到24 hPa或或12 h达

38、到达到12 hPa,就定义为爆发性气旋。就定义为爆发性气旋。 受到长期预报发展的限制。因此受到长期预报发展的限制。因此,在超出中期预报时效的航段上在超出中期预报时效的航段上,采用采用气候形势场予以补充气候形势场予以补充,不断地对气候特征进行细致的分析研究不断地对气候特征进行细致的分析研究,使气候航线尽可能地满足预报使气候航线尽可能地满足预报 目前，岸导已具有比较成熟的导航技术和工作系统，自导和船岸导航尚未得到广泛的应用。目前，岸导已具有比较成熟的导航技术和工作系统，自导和船岸导航尚未得到广泛的应用。 岸导机构定线的一般程序：岸导机构定线的一般程序： 气象导航由优选初始推荐航线、中途跟踪导航和事

39、后分析三部分构成，其核心是优选初始推荐航线气象导航由优选初始推荐航线、中途跟踪导航和事后分析三部分构成，其核心是优选初始推荐航线和中途跟踪导航两部分。和中途跟踪导航两部分。 气象导航的程序是气象导航的程序是; 由船长或船舶所属公司向有关气象定线机构提出申请，并向气象定线机构提供船舶和由船长或船舶所属公司向有关气象定线机构提出申请，并向气象定线机构提供船舶和货物的基本情况，以及在本航次中的特殊要求。货物的基本情况，以及在本航次中的特殊要求。 定线机构根据船长提供的有关资料和要求，提供整个航程最佳推荐航线和水文、气象预定。气导公定线机构根据船长提供的有关资料和要求，提供整个航程最佳推荐航线和水文、

40、气象预定。气导公司拥有气象部门提供的最新气象资料、资深的航海人员和船岸联系的通讯工具。气导公司都能及时提供司拥有气象部门提供的最新气象资料、资深的航海人员和船岸联系的通讯工具。气导公司都能及时提供优良的气导航线服务，毫无疑问，气导公司为船舶提供的气象信息给航海领域引人了气象导航的概念，优良的气导航线服务，毫无疑问，气导公司为船舶提供的气象信息给航海领域引人了气象导航的概念，取得了骄人的业绩，取得了骄人的业绩，例如：例如： 静水船速为静水船速为22节的集装箱货轮从温哥华起航节的集装箱货轮从温哥华起航,走高纬度航线经阿拉斯加湾及白令海海域进入津轻海峡走高纬度航线经阿拉斯加湾及白令海海域进入津轻海峡

41、大约需要大约需要78天天,而静水船速为而静水船速为14节的杂货轮则要节的杂货轮则要12天。中央气象台海洋气象导航中心需在船舶离港前天。中央气象台海洋气象导航中心需在船舶离港前24 h将设计航线提供给船长将设计航线提供给船长, 不论使用欧洲中心数值预报和国家气象中心的数值预报产品不论使用欧洲中心数值预报和国家气象中心的数值预报产品,都可以做到通过对都可以做到通过对500 hPa形势场分析形势场分析,捕捉有利的阻塞高压形式捕捉有利的阻塞高压形式, 例如例如,1992年年2月月13日马龙海轮从温哥华起航日马龙海轮从温哥华起航,导航中心向导航中心向船长建议了高纬度航线。实际结果船长建议了高纬度航线。实

42、际结果, 马龙海轮一路上基本顺风和侧顺风马龙海轮一路上基本顺风和侧顺风,风力仅为风力仅为5级左右级左右(图图3所示所示),较中较中纬度航线缩短纬度航线缩短1305海里海里,节约航时节约航时84 h,为船东带来了可观的经济效益。为船东带来了可观的经济效益。l 在船舶航行过程中，定线机构要进行跟踪导航服务，要求船长每两天，在船舶航行过程中，定线机构要进行跟踪导航服务，要求船长每两天，向定线机构报告一次中午船位、天气和海况等事项。向定线机构报告一次中午船位、天气和海况等事项。l l 定线机构不断向船长提供最新的水文、气象情报，以及未来定线机构不断向船长提供最新的水文、气象情报，以及未来24小时、小时

43、、48小时、小时、72小时内船位预报和可能遇到的天气情状况，以及修改航线或调小时内船位预报和可能遇到的天气情状况，以及修改航线或调整航速的意见，以使船舶尽量减少遭遇恶劣天气的机会，这样循序渐进，直整航速的意见，以使船舶尽量减少遭遇恶劣天气的机会，这样循序渐进，直至船舶抵达目的港。至船舶抵达目的港。l l 目前，途中出现航线变更的情况占推荐航线总次数的目前，途中出现航线变更的情况占推荐航线总次数的10%左右。左右。 l1船舶自行气象导航的必要性船舶自行气象导航的必要性l（1）气象科学发展的局限）气象科学发展的局限l如航线设计的主要依据如航线设计的主要依据中长期预报的准确性不能令人满意。中长期预报

44、的准确性不能令人满意。l（2）对船舶性能了解的局限）对船舶性能了解的局限l 如载货详细情况、船的稳性、船龄、船体强度、主辅机可靠性、动力水密、导航如载货详细情况、船的稳性、船龄、船体强度、主辅机可靠性、动力水密、导航仪器情况、大风浪航行特性和失速情况等等，对这些情况最了解的应该是船长。在申仪器情况、大风浪航行特性和失速情况等等，对这些情况最了解的应该是船长。在申请气导时，只要求电告请气导时，只要求电告GM、吃水、船速、平舷、加班货情况，仅凭这些是很粗略的，、吃水、船速、平舷、加班货情况，仅凭这些是很粗略的，要求推荐航线完全符合本船特点和要求是不大可能的。要求推荐航线完全符合本船特点和要求是不大

45、可能的。l例子一：例子一：l 我做过一艘我做过一艘22箱位的船舶，该船曾经在某年箱位的船舶，该船曾经在某年11月底服务过美西航行，当月底服务过美西航行，当时船舶是满载空箱返回国内，时船舶是满载空箱返回国内，GM值大概超过值大概超过3.sm，吃水只有半载水线。从，吃水只有半载水线。从温哥华出发到中国某北方港口，申请气导，推荐航线为从温哥华出发到中国某北方港口，申请气导，推荐航线为从UnimakPass进人进人白令海。由于剧烈的冬季气旋移动和天气变化，在阿拉斯加群岛附近遇到了白令海。由于剧烈的冬季气旋移动和天气变化，在阿拉斯加群岛附近遇到了11级以上基风，船舶横向偏顶受风，船长不得不经常调整船舶速

46、度和航向，级以上基风，船舶横向偏顶受风，船长不得不经常调整船舶速度和航向，减少巨浪对船体的冲击。在滔天浪涛中，如同一叶小舟，无奈以维持最低稳减少巨浪对船体的冲击。在滔天浪涛中，如同一叶小舟，无奈以维持最低稳定航向的速度与大风浪进行搏斗，极端时候船舶最大单边摇摆幅度达到了定航向的速度与大风浪进行搏斗，极端时候船舶最大单边摇摆幅度达到了45度，船内物品即使是固定的都在舱室内滚动，船舶处于十分危急的状态之中，度，船内物品即使是固定的都在舱室内滚动，船舶处于十分危急的状态之中，随时都可能发生意外。最令人担心的是驾驶台附近的伙食吊插销在剧烈震动随时都可能发生意外。最令人担心的是驾驶台附近的伙食吊插销在剧

47、烈震动中脱落，整个吊臂在船舶摇摆中不断撞击舱壁，最后水手长和水手冒着危险，中脱落，整个吊臂在船舶摇摆中不断撞击舱壁，最后水手长和水手冒着危险，抓住机会才擒住吊杆。所幸集装箱没有出现移动，整个航次都是在摇摆中渡抓住机会才擒住吊杆。所幸集装箱没有出现移动，整个航次都是在摇摆中渡过，遇到一个接一个的气旋族。最后虽然摆脱了险境，但是船速受到影响推过，遇到一个接一个的气旋族。最后虽然摆脱了险境，但是船速受到影响推迟了预计抵达时间。迟了预计抵达时间。l（3）航线跟踪修正非实时性）航线跟踪修正非实时性l 岸导机构做出修正航线后，通知被导船舶。往返联系由于需要海岸导机构做出修正航线后，通知被导船舶。往返联系由

48、于需要海岸电台进行报文转接，往往花费很多时间，有时甚至联系不上，因而岸电台进行报文转接，往往花费很多时间，有时甚至联系不上，因而难以做到实时导航。难以做到实时导航。l（4）航线跟踪修正的局限性）航线跟踪修正的局限性l 由于岸导机构远离现场，不能随时掌握船舶航行周围天气、海况由于岸导机构远离现场，不能随时掌握船舶航行周围天气、海况的实际，尤其是船舶本身的在航性能，在设计修正航线时往往存在一的实际，尤其是船舶本身的在航性能，在设计修正航线时往往存在一定的局限性。此外，在天气、海况突然发生变化的情况下，船舶需要定的局限性。此外，在天气、海况突然发生变化的情况下，船舶需要临时变更航线或采取紧急措施，岸

49、导方式限制了船长灵活地指挥船舶临时变更航线或采取紧急措施，岸导方式限制了船长灵活地指挥船舶航行的主动性。航行的主动性。l例子二：例子二：l Oceanos轮轮1991年年8月月3日离开东伦敦驶向德班。起航几小时后日离开东伦敦驶向德班。起航几小时后风向转为西南风风向转为西南风,风力迅速加强风力迅速加强,出现狂浪出现狂浪,船体右舷钢板破裂船体右舷钢板破裂,船舶沉船舶沉没。这期间沿海低压的所有要素都在东伦敦出现。风向由东北风转为没。这期间沿海低压的所有要素都在东伦敦出现。风向由东北风转为西北西北,然后转为西南然后转为西南,西南风速加强到西南风速加强到20 m/s,阵风达到阵风达到35 m/s以上以上

50、,造造成船舶沉没的巨浪出现在沿海成船舶沉没的巨浪出现在沿海1 km范围以内。范围以内。l l（5）岸导保密性差）岸导保密性差l 接受气象导航的船舶必须将出发港、目的港、起航日期和接受气象导航的船舶必须将出发港、目的港、起航日期和载货情况等信息提供给岸导公司。对于某些用途的船舶，由于不载货情况等信息提供给岸导公司。对于某些用途的船舶，由于不宜公开这些信息，因而无法采用气象导航。宜公开这些信息，因而无法采用气象导航。l（6）即使接受岸导公司的气象导航服务，船舶自行气象导航也）即使接受岸导公司的气象导航服务，船舶自行气象导航也可以帮助船长充分理解岸上定线意图，最大限度地配合岸导公司可以帮助船长充分理

51、解岸上定线意图，最大限度地配合岸导公司完成航行任务完成航行任务l例子三（一个船长的感想）：例子三（一个船长的感想）：l如何对待气导服务：如何对待气导服务：l 申请气导服务者以租船人为多申请气导服务者以租船人为多,其目的除了航线经济其目的除了航线经济,更多的是监督船更多的是监督船舶舶,看运转是否正常看运转是否正常,是否满足合同约定的船速。船舶难免发生故障是否满足合同约定的船速。船舶难免发生故障,或船或船速达不到要求速达不到要求,或者需中途停车修理或者需中途停车修理,这都属于退租范围这都属于退租范围,事后如果没有发事后如果没有发觉觉,会给租船人带来租金损失。多数人不精于航海会给租船人带来租金损失。

52、多数人不精于航海,无法亲自监督船速。无法亲自监督船速。一个省事的途径就是请气导公司。因为一个省事的途径就是请气导公司。因为,每个航次结束后每个航次结束后,气导公司会给气导公司会给客户一份航次评估报告客户一份航次评估报告,其中包含航次总里程其中包含航次总里程,所用时间所用时间,遇到的天气遇到的天气,海况海况等。气导公司与船方都进行航线设计等。气导公司与船方都进行航线设计,最后由气导公司为航次结果进行评最后由气导公司为航次结果进行评估。气导公司既做运动员又做裁判员估。气导公司既做运动员又做裁判员,从形式上看对船方就没有公正可言从形式上看对船方就没有公正可言,在评估报告中在评估报告中,气导公司或稍稍

53、夸大自己作用气导公司或稍稍夸大自己作用,或掩饰自己一点过失或掩饰自己一点过失,或把或把责任推给船方就不足为奇。作为推荐的理由之一责任推给船方就不足为奇。作为推荐的理由之一,总要强调推荐航线的航总要强调推荐航线的航程要比船方设计的航程短。但是程要比船方设计的航程短。但是,如果按照推荐航线进行计算如果按照推荐航线进行计算,无论如何无论如何也得不到气导公司给出的里程数值也得不到气导公司给出的里程数值,总要多出数十海里总要多出数十海里,这大概是讨客户这大概是讨客户欢心的方法之一。欢心的方法之一。l（7）驾驶员亲自分析气旋发展移动形势和现场情况，弥补了岸上分析的不足，）驾驶员亲自分析气旋发展移动形势和现

54、场情况，弥补了岸上分析的不足，在任何时候都掌握了主动权，使他感到更自信踏实，这一点从心理上感觉也很重在任何时候都掌握了主动权，使他感到更自信踏实，这一点从心理上感觉也很重要。要。l例子四（一个船长的感想）：例子四（一个船长的感想）：l 就目前来讲，大洋行船面对的各种风暴系统还是以预防、避离为主，万不得就目前来讲，大洋行船面对的各种风暴系统还是以预防、避离为主，万不得已才抗之。目前远洋船舶上可以收到很多气象和海洋资料，有实况图表，也有时已才抗之。目前远洋船舶上可以收到很多气象和海洋资料，有实况图表，也有时效数天的预报图。这些图表都是语言，都在说话。如果航海人员在不断总结航海效数天的预报图。这些图

55、表都是语言，都在说话。如果航海人员在不断总结航海经验的同时也注意总结气象经验，注意多掌握些气候规律，那么再看这些天气图，经验的同时也注意总结气象经验，注意多掌握些气候规律，那么再看这些天气图，就会读出更多的东西。在危急时刻，在陆上气象导航机构鞭长莫及的情况下，具就会读出更多的东西。在危急时刻，在陆上气象导航机构鞭长莫及的情况下，具有深厚的气候知识和准确判断系统的能力，会对船舶成功避离危险天气起关键性有深厚的气候知识和准确判断系统的能力，会对船舶成功避离危险天气起关键性作用。作用。l（8）采用自导可减少岸导时反复的通讯联系和电报业务，节约导航费用。）采用自导可减少岸导时反复的通讯联系和电报业务，

56、节约导航费用。l 此外，由于传真技术的发展，船舶所能获得的天气和海况资料大大增加，此外，由于传真技术的发展，船舶所能获得的天气和海况资料大大增加，可以说与设计航线有关的天气和海况资料都可以通过传真机获得。只要船长和驾可以说与设计航线有关的天气和海况资料都可以通过传真机获得。只要船长和驾驶员具备一定的气象学和海洋学知识，同时掌握一定的定线技术，进行船舶自行驶员具备一定的气象学和海洋学知识，同时掌握一定的定线技术，进行船舶自行气象导航也能够取得良好效果，可以克服和弥补岸导方式存在的局限性。气象导航也能够取得良好效果，可以克服和弥补岸导方式存在的局限性。1：气象和海洋资料：气象和海洋资料1）：）：

57、航区气候资料。例如，风、流的平均情况；低气压路径；破浪分布航区气候资料。例如，风、流的平均情况；低气压路径；破浪分布及冰情等。这些可以从各种航海图书中查阅，如及冰情等。这些可以从各种航海图书中查阅，如世界大洋航路世界大洋航路、航路指南航路指南、引航图引航图等。等。2）：）： 利用传真机收取各种气象图和资料。船舶常用的气象传真图是地面利用传真机收取各种气象图和资料。船舶常用的气象传真图是地面图、高空图和波浪图，包括实况分析图和预报图，这三种图是船舶自行图、高空图和波浪图，包括实况分析图和预报图，这三种图是船舶自行气象导航必备的基本天气和海况图。此外还有卫星云图、台风或飓风警气象导航必备的基本天气

58、和海况图。此外还有卫星云图、台风或飓风警报和预报图、天气分布图和云层分析图、风暴路径图、各种气候图等等。报和预报图、天气分布图和云层分析图、风暴路径图、各种气候图等等。 船舶自导的关键在于船舶自导的关键在于利用一切可以利用的资源，收集尽可能多的天利用一切可以利用的资源，收集尽可能多的天气和海况资料气和海况资料，对现在和未来航行海区的天气和海况作出正确的判断和，对现在和未来航行海区的天气和海况作出正确的判断和预报。除了利用气候资料和传真机收取各种气象图的资料外，还可以利预报。除了利用气候资料和传真机收取各种气象图的资料外，还可以利用广播、用广播、NAVTEX和船舶实际观测资料等。和船舶实际观测资

59、料等。中、短期资料的关系：中、短期资料的关系： 在超出中期预报时效的航线上在超出中期预报时效的航线上,采用气候形势场或特定类型的天采用气候形势场或特定类型的天气形势场予以补充气形势场予以补充,不断地对这些形势场进行细致的分析研究。不断地对这些形势场进行细致的分析研究。 船舶各种性能的基本数据和图表有船舶失速图，即船舶在各种风浪船舶各种性能的基本数据和图表有船舶失速图，即船舶在各种风浪情况下的失速曲线；船舶在不同的装载情况下在各种风、浪下的稳性变情况下的失速曲线；船舶在不同的装载情况下在各种风、浪下的稳性变化，船舶极限抗风能力等等。其中船舶失速曲线是最基本的船舶性能资化，船舶极限抗风能力等等。其

60、中船舶失速曲线是最基本的船舶性能资料。料。l3船舶自导的一般步骤船舶自导的一般步骤l（1）在起航前选择一条基础航线）在起航前选择一条基础航线l 在开航前根据季节、当时月份的气候状况和中短期天气与海况预报在开航前根据季节、当时月份的气候状况和中短期天气与海况预报选择一条初始基础航线选择一条初始基础航线l（2）航行途中修正航线）航行途中修正航线l 中高纬航行时在途中不断收取各种传真图，根据航线上天气发展变中高纬航行时在途中不断收取各种传真图，根据航线上天气发展变化情况修正航线，调整航速，确定航向。化情况修正航线，调整航速，确定航向。l 这里的关键是中短期天气形势预报，并在此基础上对整个航线的天这里