对港口航道和码头通航安全性的评估
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摘要：在航海领域内，船舶在航道内的航行安是很一项重要的研究内容，当船舶在港口内的航行时, 由于航道自身条件的限制，比如航道比较窄,水深比较浅, 而且船舶的数量比较大, 有时候风流情况会很复杂，各种因素会导致船舶的操作和避让能力受到限制。因此对港口内的船舶通航安全进行评估，对于现实生产以及科研活动来说都是一项很重要的内容。
0.前言
随着当前经济的发展，现代交通运输得到了空前的繁荣和发展。尤其是当代各国之间的贸易量剧增，使港口和码头得到了很大的发展。它作为作为水陆运输的衔接点和货物、旅客的集散地，在现实交通运输中发挥了巨大的作用。所以它被人们称作交通运输的枢纽和水陆联运咽喉。港口和码头必须有足够多，足够深的水域以及相关的基础设施进行货物的装卸和旅客的上下工作。相关的陆地上的基础设施主要包括仓库、堆场、道路、铁路、装卸机械、运输机械及一些生产辅助设施等。
在航海领域内，船舶在航道内的航行安是很一项重要的研究内容，当船舶在港口内的航行时, 由于航道自身条件的限制，比如航道比较窄,水深比较浅, 而且船舶的数量比较大, 有时候风流情况会很复杂，各种因素会导致船舶的操作和避让能力受到限制。因此对港口内的船舶通航安全进行评估，对于现实生产以及科研活动来说都是一项很重要的内容。
1.安全评估的目的
对通航环境进行科学的，准确的预见就是通航安全性评估的目的。其本着立足于水运长远发展的需要的原则，通过具体的分析, 期间我们一定要本着实事求是的原则，严格合理的对涉水工程进行科学的论证。应该尽量的做到少涉水，少下水，早点预见到未来的水上活动对航运安全的影响。切实做到维护好通航秩序的工作, 时时刻刻保障航行安全, 避免航运事故的发生，最终促进水运经济发展,最终促进社会的发展。
2.基于船舶操纵模拟器的评估系统
2.1 船舶操纵模拟器
现实中一般采用一款全功能大型船舶操作模拟器进行分析，该模拟器由大连理工大学研发的。该模拟器具有很强大的功能，比如它可以在电子海图上显示船舶动态图形的，它还可以模拟 船舶在一些外界条件下及自身条件下的操纵运动，并且可以能将试验结果进行人性化相关的处理。本系统可以供不同的用途的船舶操纵进行安全评估以及港口码头通航环境的评估等。它具有油轮、集装箱船、散货船、滚装船、客船和杂货船等20 多艘船舶模型。
2.2 船舶运动数学模型
在这个行业中，船舶运动数学模型是船舶操纵模拟器的核心部分，它直接影响着结果的评估.目前船舶运动模型化研究中有两大流派，一种是日本学派，一般称为MMG 学派，主要发展的是 MMG 模型，它的主要特点就是将应用理论分析进行裸船体、敞水螺旋桨和敞水舵上的流体动力和力矩分析，以及它们相互之间的相互干涉流体动力和力矩. MMG模型为目前国际上较为流行的一种船舶操纵运动数学模型，主要是因为它把理论分析与试验研究结合的很紧密,尤其适合计算机模拟预报船舶的动态响应。另一种是欧美学派，现在不是主流的分析方式，应用的是整体模型结构。
2.3 评估区域通航环境的生成
评估系统的通航环境生成主要包括以下三个方面:
2.3.1 电子海图制作
首先，我们应该从收集资料开始，主要有三个基本资料：1.大比例尺海，2.修改航道图，3.港口航道的设计图。接下来是电子图的制作，首先选取最新版海图进行数字化处理,标注出原有的海图上没有注明的桥梁、码头、海底管道、建筑物等等,接下里 依据施工图纸将具体的方位、尺寸、航道增深的水深值等修改后写到电子海图上。
2.3.2风流潮汐等环境的建立
一般分一下几个步骤，首先是相关资料的收集，比如说海区的风，浪、流、潮汐等资料,接着计算机录入资料,然后建立虚拟环境. 风干扰力需要应用风压力系数来计算. 港口、航道和码头的海流,常常具有不均匀性和不定常性,一定要处理这些东西，实测值的测出需要实测点处的流速、流向等资料,在附近点进行加权平均求出其值。 最后，也可以对其进行简化,最终处理不利于船舶安全通航的环境条件。
2.3.3 码头工程设施数据的CAD 转换及叠加
航海模拟器采用的电子海图是VEC 格式的,为BEJ - 54 经纬度坐标表达, 港航工程设计图为多数采用高斯坐标CAD 的DWG格式,所以,应该在海图上叠加CAD 数据, 把CAD 数据转换,使CAD 数据的坐标点变不同坐标的BEJ - 54经纬度.本文专门开发针对码头工程设施数据CAD 转换的软件, 可以得到高精度坐标转换, 得到BEJ - 54 经纬度以后，通过VECTOR 海图矢量化程序将转换好的陆地或码头等数据叠加至电子海图上，最终完成码头工程数据的转换和叠加。
3.安全评估
3.1 通航安全评估的前期准备工作
3.1.1 船舶操纵运动数学模型的确定及其检验
航道、码头通航环境评估中最关键的核心技术内容之一就是船舶操纵运动数学模型.为此，模拟器的数学模型必须能够描述以下几方面的操船情况：定速航行时避碰操作船，岸壁、桥墩影响下操船，低速水域中操船，加减速操船，浅水影响下操船，拖轮、侧推器、猫缆等附属操纵设备控制下操作船只，风、浪等外力作用下操船，这些都被用来评估船舶在不同条件下的通航安全。而且还应该考虑主机影响特征。
3.1.2 模拟仿真试验方案的制定
对于评估的初步试验方案拟定和设计，应该从以下几个方面来考虑，首先，准备好评估需要的调研、资料，然后好好考虑方案的制定，记住，多多结合有经验的船员提供的经验进行考虑。
3.2 模拟仿真试验
船舶航行以及停泊离港需要进行安全性，可行性的分析。 船舶操纵模拟器重要有点就是可以记录操作船的模拟环境，指令以及船舶的运动状况，对实验结果进行重新的模拟演练。然后运用分析软件，进行实验结果的分析：可以通过航迹数据的多工况叠加，最后实现航迹数据的点、线、船形、拖轮等要素的独立或叠加显示，提出评估的合理的结论.为了确保模拟结果具有真实性和实际指导意义，应该请有经验的船上工作者来指导模拟操船，操纵模拟人员应由三副到船长的各级船舶驾驶人员组成，高模拟结果的准确性可以大大的提高。
4．对通航安全评估活动的两点建议
4.1 规范评估报告编制机构的管理
开展评估工作的基础就是做好一份客观、全面、周密，科学的航道通航安全评估报告。评估报告是对涉水工程进行安全评估的依据，具有很重要的影响，所以一定要切实做好其管理工作。
4.2 通航安全评估活动中重点的把握
通航安全评估是一项重要的事关重大责任的活动,通过它我们可以了解通航环境的影响性，依据它可以对之做一些相应的处理工作，避免一些工程事故的发生。 所以说其事关国家财产、人民生命财产的安全以及水运的可持续发展。
5. 结束语
船舶操纵模拟器进行通航安全评估有许多优点, 首先是安全性,模拟试验没有任何危险; 第二，具有很强的经济性, 模拟的费用要远远小于实船试验; 第三是可以对工程设计方案进行优化, 优化的时候我们应该把下面几个方面考虑进去，工况，风流组合,波浪的周期、波高和遭遇角,然后综合对其进行研究分析。 最终为港口和码头的建设提供理论依据和技术支持, 期待降低工程风险。