1海上交通工程-第一章

武汉理工大学第一章海上交通要素§1海上交通的概念§2船舶与驾驶人员的特征§3海上交通环境武汉理工大学第一节海上交通的概念一、海上交通的定义交通（Traffic）一词是指人与交通工具的运动，如人在路上行走、车在道路或铁路上行驶、船在水上航行、飞行器在空中飞行等。交通一词有别于运输（Transport）一词，运输是指人与物的输送，如人将物或交通工具将人和物从一个地方运送到另一个地方。然而，人们常用交通运输（Transportation）一词泛指人与交通工具的运动和人与物的输送。就运动和输送的路线与空间而言，它包括道路、铁路、水上、空中和管道五种交通运输方式。由于海上（或水上）的交通（或交通运输）工具是船舶，因此人们将船舶在海上的运动称为海上交通（Marinetraffic）或船舶交通（Vesseltraffic）。这两个词含义相同。武汉理工大学作为海上交通工程学的研究对象或船舶交通管理中的管理对象来说，海上交通或船舶交通有其确定的含义。荷兰从事海上交通研究的著名学者Wepster曾将海上交通定义为“指定区域内单艘船运动的组合（Combinationofindividualshipmovementinaspecifiedarea）”武汉理工大学这定义被西欧十几个海运国家的海上交通工程专家、学者普遍接受，故西欧十几个国家共同完成的重大海上交通科研项（COST301）主报告第一卷（概念和定义）中指出：“海上交通可被认为是在给定海域（或空间）内发生的，使用这一空间的所有船舶的运动。”日本著名海上交通工程学者藤井则认为：“船舶行为的总体（Shipbehavioursasamass）就是船舶交通。”分析上述两种定义的差异，Wepster的定义似乎是从海上交通的宏观特征考虑的，而藤井的定义似乎是从海上交通的微观细节考虑的，因为Wepster曾致力于多佛尔海峡的交通流和船舶定线制的研究，而藤井对船舶避碰行为的研究颇有建树，在国际上首先提出船舶领域的概念与模型。综括世界各国海上交通工程学者的研究内容与成果，将海上交通或船舶交通定义为“指定区域内船舶运动的组合与船舶行为的总体”，似乎更为确切些。需要强调指出：船舶交通不是指运动的船舶，而是指船舶的运动；船舶交通不是指某一艘船舶的运动或行为，而是指某一区域内所有船舶的运动或单艘船舶运动的组合或船舶行为的总体。因此，所谓船舶交通管理，就海上交通工程学意义上来说，管理对象不是船舶，而是交通!武汉理工大学二、海上交通的分类海上交通在交通方式和交通空间上与道路交通等其他交通有所不同，相对来说要复杂些。因此，在研究某一给定区域的海上交通时，要将整个海上交通划分成不同的类别进行研究。由于不同类型区域的海上交通都有其各自的特点，故需要在研究中区别对待。概括地说，按水域类型分，有港口船舶交通、水道船舶交通和沿海船舶交通等。因为港口是水上交通的枢纽，所以应优先考虑港口船舶交通，即在研究上更为重视。船舶交通管理首先实施于港口，如英国利物浦港是世界上第一个建立船舶交通管理系统（引进港口雷达站和船一岸无线电话系统）的水域。然而，重要的水道和沿海水域的船舶交通也一直是人们研究的重点，如英吉利海峡和东京湾等。武汉理工大学三峡－葛洲坝船舶监管系统各主要子系统之间关系图武汉理工大学研究港口船舶交通时，人们往往将进口船舶交通与出口船舶交通分别加以研究。特别是统计港口交通量（进出口船舶数）及研究水道船舶交通时，人们又往往分别研究过往交通（Throughtraffic）和穿越交通（Crosstraffic）,前者也称为主交通（Maintraffic），因为水道主要为来往或经过的船舶所利用。同时，人们在研究水道船舶交通时，又分别研究航道（或分道通航制的通航分道）内的船舶交通和航道（或沿岸通航区）外的船舶交通，前者有时也称为主交通。在研究沿海水域的船舶交通时，人们还常常以大多数船舶的运动方向分类，分别研究东行交通与西行交通（如直布罗陀海峡等）或北上交通与南下交通（如我国成山头附近水域等）。武汉理工大学直布罗陀海峡成山头水域武汉理工大学一般来说，无论在何种类型水域研究船舶交通时，都常常将机动船交通、大船交通、运输船交通等区别于非机动船交通、小船交通、渔船及其他船交通而重点加以研究。在西北欧水域，为着重考虑防止船舶发生交通事故而污染海洋环境，还常常专门研究油船和其他运载危险品船舶的交通。油船危险品船油船武汉理工大学尽管人们以各种方式分类研究海上交通，但对各类海上交通来说，却都保持船舶运动的组合或船舶行为的总体这一基本属性。船舶运动的普遍方式或大部分船舶的运动方式是以既定航向与航速按计划航线或习惯航法通过某一水域，然而，从事捕鱼、作业的船舶的运动方式大都是在某一水域（渔区）内逗留，其航向、航速和航线（或航法）经常变化而无明显的规律。工程作业船舶和港作拖轮等的运动方式也因其工作性质而各具特点，在研究海上交通时，不可忽视这些船舶的交通特性或行为方式，在实施船舶交通管理时尤其要加以注意。武汉理工大学在研究某一水域的船舶交通时，常常注意到船舶交通的成分即交通构成（Trafficcomposition）。交通构成一般是从船舶尺度（船长、吃水、总吨位）和船舶种类（货船、油船、客船、渔船等）来考虑的，有时也考虑船舶操纵特性、船舶国籍等。对交通构成进行调查研究与分析，是为了更好地认识和掌握船舶交通的特性和船舶行为的规律。武汉理工大学第二节船舶与驾驶人员特性海上交通工程学研究船舶交通的具体方法是把船舶、驾驶人员、海上交通环境三者统一在一个交通系统中，探索各自的内在规律性及其相互作用，以达到海上交通安全通畅。船舶是海上交通工具，是由人（包括船长、驾驶员、引航员等）操纵的，故船舶的运动或行为受到船舶本身特性和驾驶人员特性的强烈影响。因此，在研究海上交通时，要考虑到船舶和驾驶人员这两个因素在船舶交通特征与规律上所起的作用!船长驾驶员引航员武汉理工大学一、船舶特性作为海上交通工具的船舶，有许多特性。海上交通工程学者关心的是与船舶运动和行为密切相关的特性，例如，船舶尺度、速度、旋回圈和冲程等动态特性。1、船舶尺度船舶尺度表明船舶的大小。为了解、掌握不同大小船舶的交通实况、船舶行为以及事故状况，在海上交通研究中一般要按船舶尺度的大小将船舶分类。船船总吨位和船舶长度（简称船长）通常被作为分类的量。但各国的分类并不相同。例如，我国交通部《船舶交通事故统计规则》将船舶分为11个等级；日本海上交通工程学者将船舶分为7个等级；英国海上交通研究人员将船舶分为7个等级，见后表。武汉理工大学船舶大小的分级武汉理工大学海上交通研究以海上交通调查为基础。根据调查所获得的船舶尺度数据进行统计分析，可获得船舶尺度中各量之间的数学关系。据日本海上交通研究报告报道，航道中船舶尺度的频率分布近似为对数高斯分布。藤井根据日本船名录统计分析了500总吨以上船舶的船舶尺度各量之间的数学关系，得到的简化关系式如下：总吨位（总吨）GT=L3/250满载吃水（m）Df=0.07L型宽（m）Bm=0.16L型深（m）Dm=0.08L其中：L——船长（垂线间长）为了比较同一水域不同时期的船舶交通状况或同一时期不同水域的船舶交通状况，在海上交通研究中，往往选择某一尺度范围的船舶作为“标准船”进行换算。武汉理工大学换算系数大都以船长或船舶总吨位为基础。换算系数是采用定量和定性相结合的方式确定的。因此，换算的结果不是“等于”，而只是“相当于”。日本海上交通工程学者通常采用的船舶换算系数见下表。我国在采用“安全指数法”评估海上交通安全时提出的船舶换算系数见后表。日本的船舶换算系数武汉理工大学中国的船舶换算系数武汉理工大学2船舶速度在航海学上，船舶速度应有船速和航速严格之区分。前者指船舶在无风、无流的静水中单位时间内航行的距离，即对水速度；后者指船舶在风、流和波浪影响下单位时间内实际航行的距离，即对地速度。在海上交通调查中，测定和统计分析的速度是航速。在船舶日志或其他船舶登记表格上查到的船舶速度是船舶的额定船速。额定船速是在可以忽略水深影响的深水中，并在船舶主机额定功率与额定转速条件下，船舶所能达到的静水中的船速，它是船舶最大船速。世界最快客滚船“海峡号”，时速高达48节我国常规潜艇，15节（水上），22节（水下）武汉理工大学在船舶实际航行操纵中，船舶为确保长期安全航行，需留有适当的主机功率储备，故实际采用船速要小于额定船速。在海上航行时采用90%额定功率与96%~97%额定转速所对应的速度称为海上速度（Seaspeed）。在港内航行或在狭水道、渔船密集水域以及雾航时，采用海上常用主机转速70%~80%所对应的速度称为港内船速（Harbourspeed）或操纵速度。无论是海上船速还是港内船速，前进或后退的速度都是分档的，即前进（后退）三、前进（后退）二、前进（后退）一、微速前进等。武汉理工大学船舶在航行中，除受到水文气象自然条件影响而具有的速度与上述各类船速的标准数值不相等外，船舶还会因航行安全、潮水等原因采取不同程度的低于各类船速标准数值的速度。此外，为保证交通安全常常对船舶在港口或水道内的最大船速加以限制，故船舶实际航行速度并不是其最大船速。在交通工程学中，人们常用“特性时间”即交通工具长度与速度的比值（L/v）表征交通工具的交通特性。就海上交通工程学来说，船舶的特性时间是船舶行驶过相当于本船船长的距离所需的时间。特性时间越长，船舶操纵就越困难，在实施分道航行时，可把特性时间相差很大的各类船舶分隔开来。武汉理工大学3.船舶的冲程和旋回道路交通工程学重视对汽车制动性能（制动距离）的研究，因为它是车辆安全行驶的重要保证。在海上交通工程学上，与之相应的是船舶的惯性性能（冲程）。由于车轮与地面阻力要大大地小于水与船体表面阻力，加上船舶质量远远大于汽车的质量，故测定和掌握好船舶在各级速度、各种装载下主机停车和主机倒车时的冲程，对于防止船舶碰撞等海上交通事故来说是至关重要的!海上交通工程学者在研究船舶领域（如水道中同向行驶船舶的前后间安全距离）就要很好地考虑船舶冲程的大小。船舶在海上特别是在船舶密集水域中航行时常常会与其他船舶相遇，为避免船舶碰撞而采取的主要措施是改变航向（转向避让操纵）。因此，船舶的旋回性能（旋回圈及其要素）是海上交通工程学者研究船舶行为（主要是避碰行为）考虑的重要因素之一。船舶在水道中弯曲处行驶及在转弯进出码头操纵时的航迹往往受到船舶旋回性能的约束。据日本海上交通工程学者的调查统计，不同吨位大小的船舶的船舶尺度和动态特性的参数（平均值）见后表：武汉理工大学船舶特性参数（平均值）武汉理工大学二、驾驶人员特性船舶驾驶人员是指船长、值班驾驶员、引航员等实际下达指挥操纵船舶口令的人员。驾驶人员特性是指其心理、生理和行为特征。研究船舶行为和海上交通管理时均需考虑驾驶人员特性。驾驶人员在船舶航行和操纵值班时间内，总是遵循着“刺激——感觉——判断——行动”这样一个活动规律的。驾驶人员通过自己的感官接受外界信息，产生感觉。不同类型的感觉（如视觉、听觉等）相互联系综合成知觉。知觉是感觉和思维间的一个重要环节。驾驶人员借此目测距离、估计时间、判断速度，做出初步反应，因此，视觉特性和反应特性是驾驶人员最重要的生理特征。武汉理工大学1.视觉特性由光波作用于眼球视网膜引起的生理反应产生视觉，其中视力、视野、色彩感觉等与驾驶船舶密切相关。视力是眼睛辨别物体形状的能力，有静视力和动视力之分。驾驶人员的视力随着船舶速度的增加而降低，速度越高，视力降低的幅度越大。视力还与亮度有关，夜间亮度小，视力明显减弱，强光照射会使驾驶人员产生眩目而使视力明显下降。此外，光线由亮到暗或由暗到亮，视觉有一个适应的过程。由明处到暗处，驾驶人员需要在6min后才能看清周围情况，而由暗处到明处则需要3min恢复正常视力。船员资格对视力的要求、避碰规则对号灯亮度的限制、驾驶人员交接班时间长短的习惯都与驾驶人员视觉特性有关。武汉理工大学视野是眼球固定注视一点时所能看见的空间范围，亦有静视野和动视野之分。当驾驶人员头部和眼球固定时能够看到的范围称为静视野，而头部固定