长江航行安全问题的研究

    [摘  要]  运输船舶规模大，载货量或载客量非常大，一旦发生海损事故，带来的直接经济损失和间接损失都难以估算。笔者提出了运用先进的通信技术和通信设备，对长江航行船舶进行安全监控；针对船舶海事中70％是碰撞事故的事实，提出了长江船舶避碰预警系统的设计思路和技术路线；长江航运各有关机构则应恪尽职守，确保船舶具有良好的适航性。这些新观念和新思路对减少长江海损事故都有着积极的现实意义。
    [关键词]  航行安全  适航性  避碰预警系统

1  问题的提出
    长江水系共有可航水道57 000km，占全国内河可航里程的52．7％。长江干流是中国重要的东西向水上运输线，据测算，在正常通航条件下，长江运输能力相当于14条京广铁路，是举世公认的“黄金水道”。据统计表明，自1984年至1999年间，长江干线累计发生船舶交通事故6 355件，直接经济损失累计为9．13亿元，年均事故件数近400件，年均经济损失近6000万元；而1997年至1999年，长江干线共发生海损事故1 071起，死亡741人，直接经济损失3．92亿元；2000年全年长江干线共发生一般以上海损事故159起，沉船92艘，死亡和失踪178人，直接经济损失达2641万元，其中仅2000年6月份，长江就发生14起海损事故，死亡100余人。可见，近年来，长江干线发生海损事故越来越频
繁，造成的损失越来越大，长江航行安全问题也就成为越来越严峻的问题。
2  航行安全的影响因素
    影响航行安全的因素很多，综合分析，可归纳为两方面：其一，航行自然环境；其二，船舶适航状态。
2．1  航行自然环境分析
    长江航道复杂，其中川江水道更为险要，险滩多，航道弯曲，江面狭窄，水流湍急，特别是枯水期容易搁浅；而长江下游水流平缓，但是来往船舶多，雾浓风浪大，易发生碰撞事故。长江水域自然条件多变，水流、风浪、雾、潮汐等自然因素都会影响到船舶的航行安全。
    1)船舶在长江中航行受水流速度的影响较大。
    船舶顺水行驶时一般会最大限度地利用主流，逆水行驶时则选择缓流及回流。因此，顺水时速度增大，逆水时速度减小，一般顺水速度的增值大于逆水速度的减值。随着水位的变化(如洪水期、枯水期)，船舶速度的增值或减值也不同，水位愈高，增值或减值也往往愈大。所以，驾驶人员必须充分考虑到水流速度的影响，以确保船舶航行安全。
      2)船舶航行受风浪的影响。
    在风浪中航行，必然受到风的阻力、浪的抨击、船舶偏航(侧向风)、甲板上浪以及纵摇、升沉等运动的影响，并由此导致螺旋桨工况不稳而降低效率(在大风浪下效率降低可达10％～15％)，这些都能导致航行船舶容易发生海损事故，应该引起驾驶人员的高度重视。
    3)船舶航行受浓雾及水域气候的影响。
    由于浓雾使能见度降低，极易发生船舶碰撞事故。在南京以下江段中航行的船舶还必须时刻关注着潮汐，以免船舶候潮进出港时对潮高估算不足而遭遇搁浅危险。
2．2  船舶适航分析
    船舶的适航性(Seaworthiness)指承运人保证船舶具有完成预定航程的航行能力，主要包括船龄、船舶结构、强度以及船舶性能(如浮性、稳性、抗沉性、耐波性、操纵性)等主要参数。船舶营运的适航条件是船舶能顺利地在水上航行并提供运输服务的必要保证，也是船舶经营人在从事航运活动中必须重视的一件大事。
    (1)船舶检验：其目的是保证船舶及其有关设施具备正常的技术条件，以保障航行船舶、有关设施和人命的安全以及航行环境免受污染。就船舶营运的基本条件而言，船舶检验也是保证船舶适航的法定程序之一。
    (2)船舶签证：其目的是监督船舶保持良好的适航状态，保障船舶航行安全，维护水路运输秩序。
    (3)船员配备：其目的在于保证船舶正常生产，安全航行，是船舶适航重要条件之一。合理的船员配备，是保障船舶安全的基本条件。配备足够的持有证书的船员和备有船员名册，也是船舶签证的一项重要内容。从以往发生的海事原因来看，人为引起的占80％。船员配备必须要求船员具有适任证书，还要有一定的经验，因为在长江船舶自动化程度比较落后的情况下，驾驶人员技术对航行安全的影响就非常之大。因此，船舶安全必须强调人的因素。
    (4)船舶稳性：它直接影响到船舶的操纵性能，与船舶安全有密切关系。船舶缺乏足够的稳性也是不适航的重要因素，船舶必须具有可靠的稳性，对横稳心要求适当和可靠，否则船舶易在风浪中频繁的摇摆，使船体结构易于受损，同时也易发生货移及人体不适，甚至导致事故的发生；还要保持船舶处于正浮状态，因为船舶横倾时不利于航行安全和货物完整，在装卸过程中，船舶倾斜使吊杆索受力过大而发生危险；而且不应超载，一旦超载，船舶就会缺乏足够的储备浮力(Reserve Buoyancy)，使抵御暴风浪侵袭的能力减小，当船舶发生漏水或波浪冲上甲板以致增大船舶负荷时，船舶就有沉没的危险。因此，在货物配积载时，既要满足保护承运货物质量、安全的要求，又应充分考虑到船舶的利益和安全。
    长江船舶设备相当落后，大都是“瞎船”、“聋船”。目前长江上船舶的导航设备主要是磁罗经、偏航仪和普通船用雷达，难以满足船舶安全航行的需要。众所周知，先进的船舶设备可使船舶具有更强的抵御自然因素的能力，可以降低驾驶人员的劳动强度，对船舶安全航行起到重要的保障作用。随着现代通信和计算机技术的发展，长江安全航行也应向着实时化、信息化、智能化方向发展。
3  船舶航行安全应对措施
    为了促进长江船舶航行安全和提高长江运输的效率，降低船舶事故的发生率，一方面航运公司应依靠科技进步，改进现有落后的设备，采用先进的定位、导航、通信和管理等电子信息系统，改善船用和船岸设备的功能，保障船舶安全和提高效率，以便加强船舶安全监督，实现自动避碰的智能化航行，另一方面长江航运有关机构应恪尽职守，保证船舶具有良好的适航性。
3．1  船舶安全监控
    船舶在航行中，船舶与公司之间只能通过船舶电报、移动电话或船舶靠岸停泊时用固定电话向公司报告船位，货主甚至船舶公司的调度人员都无法随时了解到船舶的即时动态。当船舶发生事故时，只能以船电的形式向公司或附近的船舶发出求救信号，但公司往往不能迅速准确地了解事故地点的情况及附近船舶的情况，因此，可能会因救助不及时而导致灾难，所以很有必要建立船舶安全监控系统。
    船舶安全监控系统是利用先进的GPS(全球卫星定位系统)产品和强大的GSM(数字蜂窝移动通信系统)网络，集现代化通讯、计算机网络、GPS及GIS(地理信息系统)等高新技术于一体的通信及信息处理系统。其工作原理是由船载单元采集船舶定位数据(时间、日期、经纬度、航向、航速)按一定的时间间隔，通过通信系统，传给公司监控中心，由无线接收机接收有关信息，并通过通信控制器送往具有地理信息查询功能的电子地图(监控终端及大屏幕)上进行移动船舶运动轨迹的显示，公司监控中心根据需要对单船或多船进行定位跟踪监控，或者回放船舶运行轨迹。公司监控中心与船舶之间通过通信系统及计算机网络进行有关安全信息的双向传输，同时可进行调度指令的发布和反馈；当船舶遇险时，以手动方式激活报警装置，同时通过选择按键报告遇险种类，由船载单元通过通信系统发送给监控中心，监控终端会发出声光报警信号，同时在电子江图上显示遇险种类、船名、位置，以便公司进行及时快速地处理。船舶安全监控系统总体结构示意图如图1所示。   

　　　　　　　　　　

    船岸通信系统是由包括卫星通讯、单边带(SSB)、甚高频(VHF)、移动电话、传真和因特网等现代通信技术组成的船岸数据实时传输网。通过该传输网，船舶公司可以正确地了解船舶的即时航行动态和安全状况，船舶也可以随时得到最新的水文气象信息(包括天气预报、海区要素预报、风场、气压场及台风信息等)、港口航道信息等资料，更有利于船舶安全航行。   
3．2  船舶避碰预警   
    船舶海事中70％是碰撞事故，其中，属于船舶驾驶人员；了望疏忽或操纵不当者占大多数，因而在集成驾驶系统中加入船舶避碰预警是十分必要的。 
    确保船舶航行安全的关键是使驾驶人员能及早获得船舶和航行环境的各种信息，例如：该船航向、航速和船位，来船的动态和船舶碰撞的危险度，航道的通航密度、水流、能见度和气象等。船载单元和ARPA设备(自动雷达标绘仪)使驾驶人员获得所需信息，根据所获得的信息和船舶避让原则，应用通信设备双方协调进行船舶车舵操纵。
    自动避碰预警的整体设计思想是：立足于《国际海上避碰规则》，应用框架式专家系统原理模仿避碰专家的思维来解决避碰的安全性问题；运用数理分析导出的各类避碰算法，使避碰专家系统实现在线学习，形成动态知识库，同时，为提供最佳避碰方案提供依据，从而解决避碰的科学性、经济性问题。避碰预警系统框图如图2所示。

      　　　          

  避碰预警的基本技术路线是以ARPA避碰原理为基础，加入避碰专家知识，构成智能化船舶闭环避碰控制系统。船舶通过ARPA设备来录取目标及进行避碰报警。目标录取方式有手动和自动两种。手动录取能突出重点避碰物标，自动录取方法主要是通过设置自动录取区域或设定参数：
    ①以单船为中心，半径为R的区域中的目标；
    ②以DCPA和TCPA设定值为录取原则。所预警的危险程度则通过目标的方位、距离、DCPA(即两船会遇时的最小通过距离)和TCPA(即两船到达最小会遇距离时的时间)等参数来综合确定。这样，即使在航路上突然出现船舶或碰到一群渔船，由于船舶避碰预警早先提醒，驾驶人员有足够的时间去分析判断，及早完成船舶的避碰操作，从而避免事故发生。
3．3  加强安全管理，消除安全隐患
    为了彻底消除航行中的安全隐患，长江航运各有关机构应恪尽职守，并具备强烈的安全意识，确保船舶具有良好的适航性。因此，必须做到以下几点：
    (1)长江航运公司加强船员综合素质教育，尤其是要重视船员的安全培训，使船员掌握航运技术，并具备船舶管理能力、较高的心理素质和自救能力。
    (2)船舶检验机构从安全生产观点出发，严格按照所颁布的规程、规范以及我国已经承认的有关国际公约的规定，对船舶进行监督和检验，使船舶具备正常的技术条件，以保障船舶和人命的安全以及航行环境不受污染。
    (3)对不具备港口签证条件的(如不具有有效的船舶证书或证书所载内容与实际不相符，未配备足够的持证船员，装运危险货物的船舶不符合装载要求，救生、消防设备未配齐或不符合标准，载客、装货不符合乘客定额及载重线规定，船舶违反港口有关规章法令等等)，海事局应坚决不予签证，并禁止其离港。
    (4)通信、航道部门应及时通报水情、气候、航道变化情况，为长江船舶安全航行提供必要的信息。
    此外，建国五十多年来，由于国家对长江航运投入较少，水运基础设施欠账太多，长江航道缺乏整治，航标等安全设施落后，以致1999年枯水期川江、荆江、九江航段频频发生船舶触礁、搁浅事故。所以，国家应加大对长江水上运输的投入，最大限度地改善航道条件和水运环境。
4  结束语
    长江航行船舶落后的设备对航行安全影响很大，因此，笔者提出了改进船舶设备尤其是通过先进的通信技术和通信设备，加强船舶安全监督，并借助船载单元和ARPA设备来实现船舶的避碰预警，这对改善航行安全有着重要现实意义。目前，中国长江航运集团、重庆轮船总公司等长江大型航运公司已经着手建设船舶安全监控系统。相信在不太长的时间内，先进的通信技术和通信设备会普遍应用于长江航行船舶，使长江航行安全得到有力的保障。再加上长江航运有关机构各尽其职，航道得到有效的整治，严峻的长江航行安全形势将会不断地好转。
 
    参考文献
1  刘建军，王华庆．打造“黄金水道”——关于长江航运发展问题的探讨．中国航务周刊，2002(5)
2  万里鹏，易吉洪，邹衫元．沉船死人何时休——长江海事频发原因剖析．中国水运，2001(15)
3  数字化丛书编委会．交通运输智能化全书．北京：清华大学出版社，2001
4  国际航运管理人员培训教材编写委员会编．国际航运管理基础知识．北京：人民交通出版社，2001
5  吴长仲．航运管理．大连：大连海运学院出版社，1992
   (作者系北方交通大学交通运输学院  摘自：《中国安全科学学报》2003.4)