1、电子海图显示与信息系统在海上搜救中的应用研究 廖志军 钱辉 广西海警一支队一大队 福建边防总队福州支队 摘 要： 随着海洋经济的快速发展, 火灾、触礁、沉没等海难时常发生, 虽然国家对海上搜救付诸了巨大努力, 但是由于自然条件及技术限制, 海上搜救效率仍不理想。电子海图显示与信息系统平台 (Electronic Chart Display System:ECDIS) 的运用能显著提高我国海警部队及相关部门海上搜救效率。本文主要通过对ECDIS 与海上搜救中常用方法和经验进行研究和分析, 总结相关经验, 从而使搜救机构可以借助 ECDIS 能精确完成从接收险情、制定计划、确定方法、以及到现场搜救
2、等一系列的工作。关键词： 电子海图显示与信息系统; 搜救计划; 搜索; 作者简介：廖志军 (1977-) , 男, 广西桂林人, 广西海警一支队一大队, 从事海警舰艇指挥工作, 研究方向为航海工程技术。作者简介：钱辉 (1992-) , 男, 湖北随州人, 福建边防总队福州支队, 从事边防船艇指挥工作, 研究方向为边防船艇指挥技术。收稿日期：2017-08-06Received： 2017-08-06一、引言随着我国海洋活动快速发展, 海难事故频繁发生, 因此海上搜救能力的建设和发展备受关注, 然而传统海上搜救存在诸如响应速度慢、搜救定位不精确、搜救海区信息不完善等问题, 这些问题严重制约了海
3、上搜救计划的有效实施。因此进一步提升海上搜救的效率是非常有必要的, 本文主要是研究如何充分使用ECDIS 平台提供的功能来提高搜救效率。二、海上搜救的定义及现状1. 海上搜救的定义海上搜救是指船舶、航空器、其他设施在海上遇险造成或者可能造成经济损失时, 搜救中心通过一系列方案、措施对遇险人员进行救助, 并将遇险人员转移至安全地点的活动。海上搜救和海难救助都是对遇险的人员和财产进行救助, 他们有相似也有不同之处。相似之处:参与的搜救单位基本一样;搜救采取的措施也大径相同。区别之处: (1) 被搜救的目标不完全相同。海难救助主要是针对在海上活动, 遭遇险情的人或船舶;而海上搜救不仅包括海面活动的人
4、、船舶, 还包括脱离海面的飞行器、海上资源开采平台、海底潜艇等。 (2) 施救的区域范围不同:海上搜救的主要区域是在海洋上, 而海难救助的区域范围不仅包括海洋, 还包括“与海洋相连接的任何可航水域”。2. 海上搜救的现状我国海上搜救机构分级明确, 其中“国家海上搜救部际联席会议”为总指挥, “中国海上搜救中心”“搜救专家组”“技术咨询机构”“各分级搜救机构”为辅助搜寻机构。我国海上搜救力量主要包括以海事部门的执法船、交通运输部的打捞局为主的专业搜救力量, 以军队、海警部队、政府部门的公务船、航空器、社会团体、个人所属船舶或航空器的非专业搜救力量。传统搜救模式是搜救舰艇先根据风、流情况在纸质海图
5、上估计出遇险船舶的基点位置, 然后利用方形搜寻法、平行搜寻法、扇形搜寻法、飞机舰艇联合搜寻法等常用搜寻方法进行现场搜救。然而在实际工作中, 利用纸质海图在制定搜救航线时, 存在定位速度慢、航线精度低等弊端。近年来海上搜救逐渐向电子化、实时化、信息化转变1。三、ECDIS 简介1.ECDISECDIS 的问世, 使得海上定位、航线设计变得非常简单、方便, 它具有纸质海图所有的全部功能, 同时还具有许多纸质海图无法实现的功能。当前我国海警现役船艇基本都配备了金刚型、XINUO 等型号的电子海图设备, 功能基本能满足执行海警任务的需要。2. ECDIS 的功能(1) 航线设计和修改确定转向点之后,
6、ECDIS 会自动标绘航线, 并自动计算各航段的航程和航向, 以及整条航线的总航程。根据 IMO 性能标准的规定:ECDIS 能设计直线或曲线的航线, 并通过增加、减少、移动转向点、对换设定航路点或修改其他航线参数的方式修改航线。(2) 多功能报警航行时, 连接有 GNSS 的 ECDIS 能自动识别船舶偏离计划航线的距离, 超出设定的范围便会给出偏航报警;通过设置碍航物报警, ECDIS 可以对航线周围可能出现的禁航区域、礁石、沉船、浅滩等碍航物给出预报警提示;对于远航船只可以设置到达时间报警, 当船舶到达预计的时间范围内会发出预报警提醒。(3) 航行管理1) 定位导航通过与多种助导航仪器设
7、备对接, ECDIS 能对陀螺罗经、GNSS、测深仪、雷达、计程仪等设备的信息进行处理, 从而显示船舶实时位置、对地航向、航速等信息。通过移动光标还能够测定周围物标的方位、距离。2) 信息查询ECDIS 可以获取物标详细描述信息、航线航向、航程信息、港口潮汐、海区海流和通航航道等信息。通过移动光标至指定目标, 可显示该目标的详细参数。还可查询主港、附港的涨落潮情况及准确时间。3) 航行记录根据 IMO 性能标准的规定:ECDIS 必须储存 12h 以内的航迹线数据信息, 保留时间间隔不超过 4 小时的完整航迹线, 不能对保留的数据进行修改2。并且能够以一分钟的时间周期记录如下数据:本船航迹的时
8、间、位置、航向、航速等, 即 ECDIS 拥有部分“黑匣子”的功能。四、ECDIS 在海上搜救的应用1. ECDIS 在海警现役舰艇中的应用情况ECDIS 在现役海警舰艇中主要有以下运用;(1) 航线设计与导航方面;(2) 人员搜救方面;(3) 海上编队和执法执勤方面;(4) 船舶避碰方面;(5) 其他方面的功能运用。2. ECDIS 在制定搜救中的应用(1) 确定搜寻基点并在 ECDIS 上标注搜寻基点是指遇险目标在海上受到风、流等客观因素或者自身主观条件影响, 导致与发出遇险报警信号时的位置产生偏差的起点, 或者是救援单位与预定到达目的地的时间产生偏差从而影响到被搜救目标的初始位置。搜寻基
9、点的准确性至关重要, 确定基点的辅助参数如下:a.发生遇险报警的位置以及报警信息传递的时间 t;b.搜救单位赶赴搜救区域所需航行时间 t;c.遇难目标在时间 T 内的漂移距离 (T=t+t ) ;d.其他与搜救相关的参数信息。(2) 确定搜寻区域在不明确具体区域时, 通常以搜寻基点为圆心, 以 R 为半径确定最初的搜索区域, R 常定为较小的数值, 以适合初次搜索的要求3, 以此圆的任意一个外切正方形为基准, 在 ECDIS 上标出基点和外切正方形顶点的经纬度, 以此为搜寻区域, 并将几点和搜寻经纬度通知到所有参加搜救的单位。其中:X 为目标初始位置误差、Y 为搜寻设施位置误差、De 为漂移误
10、差;f s 为理想条件下的搜寻系数, 是反应搜寻能力的参数, f s 值一般取为:1.1、1.6、2.0、2.3、2.5。(3) 确定开始进行搜寻时行动的时间 (ETA) 搜寻时间的起点是搜救指挥机构根据参与搜救单位的原有位置和其到达搜救海域所需要的时间来确定。根据指挥机构在 ECDIS 上部署的各单位搜索起点与本单位到达搜救点的距离, 计算出一个航行用时, 为开始搜寻时间。具体原则是:以尽快开展搜救行动为要求, 尽可能满足搜救所需最少单位基准, 综合分析, 确定一个快速、高效并且各搜救单位能够准时到达的具体时间。(4) 确定搜寻间距 (S) 及初始航向确定船舶搜寻间距 S 的大小要依据以下几
11、个条件决定:a.搜寻目标的大小;b.海域的能见度情况;c.海域的岛屿情况;d.其他客观、主观条件。如果在宽阔的水域, 无法获得准确位置时, 航向的准确性至关重要。初始搜寻航向一般以顺 (逆) 风流的角度的考虑。使得搜救航线与目标漂移方向尽可能一致。(5) 确定搜寻速度和在 ECDIS 上设置速度报警为了保证搜寻过程有序进行, 搜寻步调必须协调一致, 避免编队出现“七零八落”的现象。因此搜寻速度应改以参与搜救行动中实际航速最慢的船舶速度为基准搜寻速度。搜寻速度的确定不宜过快, 以免在复杂水域发生安全事故;也不宜过慢, 否则可能会造成更恶劣的后果, 甚至导致搜救任务失败。3. ECDIS 在确定搜
12、救方法中的应用(1) 扩展方形搜寻法适用范围:搜索目标位置确定且范围有限时, 尤其适合小艇搜寻落水人员或在很小或无风流情况下搜寻目标。具体方法:以搜寻起点作为基点, 搜救舰艇一般取顺风流方向为接近航向, 每次转向按着同一个方向, 角度为 90, 前两个航程都以 4 海里为基准, 往后每驶过两个航程便增加 4 海里, 以保证在左右舷 2 海里处能够视力覆盖, 从而又扩大了搜寻范围。在 16 海里航程上, 驶完一个正方形, 即搜寻完成。要求精确导航。如图 1 所示。图 1 扩展方形搜寻法 下载原图使用扩展方形搜寻法搜救时, 在 ECDIS 显示界面上, 搜寻开始后, 严格按照ECDIS 上的计划航
13、线航行, 即可保证搜寻的精确, 不会由于现场天气状况恶劣影响观察定位而无法按照计划搜寻方案航行。(2) 扇形搜寻法适用范围:对于遇险者位置较准确的地方, 采用搜寻范围小, 基点附近搜寻密度大的扇形搜寻法。具体方法:从基点开始作径向搜寻, 每个航程取 2 海里, 然后按 120转向角转向进行下一航迹搜寻。在完成一个周期内的搜寻工作后仍未发现目标, 则原有航向偏右 30, 再重复上述方式进行第二周期的搜寻。对搜救舰艇来说, 该搜救模式的搜寻半径通常在 2 n mile 到 5 n mile 之间, 确保在可视范围内, 图2 所示。当使用此方法进行搜寻时, 首先利用 ECDIS 系统进行计划航线的制
14、定, 然后, 如果有多艘舰艇参与搜救, 可以合理的分配搜寻任务, 每条舰艇划分一个搜寻区域。在 ECDIS 系统中, 精确划分了搜寻区域后, 每条舰艇就可以严格的按照ECDIS 上的计划航线进行搜寻, 不必担心出现搜救区域重叠的情况。图 2 扇形搜寻法 下载原图(3) 平行搜寻法适用范围:适用于当搜寻者的位置不确定且大范围搜寻的情况。适用于两船、三船、甚至多船共同搜救。具体方法:两舰艇以 4 海里为间隔, 保持并列前进。通常采用顺流 (或者逆流) 方向进入, 纵向航程以搜寻区域直径为主, 横向航程以半倍舰艇距离为标准, 驶完每个航程后按各自规定方向做直角转向, 进行下一航次搜寻, 直到实现搜寻
15、区域全部覆盖, 即完成一次搜寻任务, 如图 3 所示。图 3 两船平行搜寻法 下载原图三船以上船舶搜寻和两船搜寻方法相同, 需要将参与搜救的船舶合理分布在需要搜寻的区域, 然后各舰艇按着两船平行搜寻法进行径向搜寻, 直到搜寻区域实现全部覆盖。使用此法进行搜救, 首先仍然是在 ECDIS 上制定计划航线, 然后严格按照计划航线进行搜索知道目标出现。(4) 航迹线搜索法 (海空联合搜寻) 适用范围:适用于在一段航线上失踪的目标, 尤其是搜救目标偏离航迹线不远并且能够发出求救信号的情况下, 航迹线搜寻法能够取得较好的效果。航迹线搜寻的优点在于速度快、用时短, 所以航空器飞行搜索最适宜执行此方法4。具
16、体方法:水面舰艇按着原有航迹线进行搜寻;飞行器在航迹线的两侧搜寻范围内做径向搜寻, 飞行高度需要在可视范围内, 并且保证飞行安全, 直到搜寻海区实现全覆盖, 即完成一次搜寻任务, 如图 4 所示。图 4 航迹线搜索法 下载原图以上几种方法, 应该把开始点和各个转向点的经纬度作为航路点记录并保存到ECDIS 中, 组成各自的航线并且利用 ECDIS 的偏航报警功能, 设置偏航报警距离, 保证搜寻时能够按照计划航线进行搜寻, 确保精确无误。五、ECDIS 应用于搜救中的发展趋势ECDIS 作为SOLAS中规定的船舶必须安装的仪器设备, 基本能够满足当前海上航行需要, 随着海上航运的发展, 舰船数量
17、的增加, 功能更加强大、更加精确的 ECDIS 是其未来的发展趋势。1. ECDIS 实时数据信息在搜救中的应用海上搜救是一项复杂而且多变的活动, 需要的数据也要相对广泛和准确, 一些简单的航向、航速、水文信息只能够满足基本搜救的需要, 实时变化的信息数据至关重要。(1) 气象数据显示, 实时显示当前天气情况和预报未来天气状况。海事监测部门接收到气象部门发布的气象数据之后, 与其他航海信息进行融合, 之后以电子海图改正的形式传输给 ECDIS, 通过 ECDIS 自动改正的形式, 将相关信息直接显示出来。(2) 风向风速仪的数据共享, 获取当前海区风速大小、风向情况, 并通过ECDIS 提供给
18、搜救舰艇, 用风向、风速数据来评估对搜救船舶航行的影响, 提前做出修正方案。(3) 航空器识别, 通过 ECDIS 将空中搜救力量的动态信息标识出来, 便于海空搜救单位完美配合, 提高搜救效率。2. ECDIS 的三维实景虚拟显示在搜救中的应用搜救效率的高低取决于掌握搜救海区的实时情况的程度。ECDIS 的二维显示对于搜救船和遇险船的位置分布清晰准确, 但是 ECDIS 的三维显示能够使当前海上情况更形象, 更真实, 这一图景的显示给搜救指挥机构做出下一搜救方案提供了参考条件。(1) 虚拟现实化, 利用虚拟现实技术可以模拟出海区的三维情况, 可用于搜救单位进行模拟训练, 训练航海人员对于各种搜
19、救情景下的应变能力, 加强海上搜救的紧迫感, 增加搜救经验。(2) 实时显示海底、海面的三维图景。对卫星监测数据进行处理, 并通过ECDIS 显示三维实景, 搜救单位通过 ECDIS 掌握搜救区域的暗礁、危险物的分布状况, 做好搜救行动中的航行安全工作, 既保证了搜救行动的有效进行, 又保障了船舶自身安全。3. 北斗系统在 ECDIS 及搜救中的应用当前全球各地定位系统的主导仍然是美国的 GPS 定位系统, 中国完善得北斗二代系统主要有三大功能:快速定位、短报文通信、精密授时5。因此, 基于北斗系统建立一套完整的海上搜救体系意义重大。(1) 北斗搜救体系由北斗卫星、地面指挥中心、救生型用户机构
20、成。其系统的快速定位、精密授时, 以及用户之间的一体化程序, 能够更方便的为海上搜救提供服务, 系统通过锁定用户机获得遇险目标的位置信息, 完成前期对遇险船舶位置的确定。(2) 海上搜救还可以充分利用北斗系统的短报文通信功能。搜救单位与遇险目标之间的通信交流是搜救成功的一个关键因素, 在北斗系统的一体化中, 用户机不仅起到锁定目标位置的作用, 同时还是北斗系统中通信模式的终端设备, 如果遇险人员具备操作用户机的能力, 可以通过编辑报文信息告知海上搜救中心自身的安全状况, 环境条件等信息, 搜救部门根据遇险目标所提供的信息及时对搜救方案进行完善和修改。六、小结不同于陆上搜救, 海上搜救存在更大的
21、不确定性。纵观历年来成功的海上搜救案例, 其关键在于快速和准确。唯有做好以上两个关键点, 才能有效的、成功的实施海上搜救。将 ECDIS 应用到海上搜救上来, 可以很好的解决传统方法存在的不足, 使得船艇严格按着预定的搜救航线航行, 极大的提升海上搜救计划制定的效率, 也极大的提升海上搜救的成功率, 更好的保护海上的人命安全以及财产安全。参考文献1王冬冬.基于 GPS 和电子海图的落水人员搜救定位系统J.航空电子技术, 2010, (2) :25-30. 2徐雯梅.我国海上搜救现状及建议J.水运管理, 2012, (2) :13-18. 3陈丹涌.广州航海高等专科学校.基于电子海图的海上搜救的研究D.2004:01-03. 4国家海上搜救手册M.中国海上搜救中心编, 2011:10-47. 5马文耀.基于电子海图的海上搜寻与救助决策系统软件的实现J.微型电脑应用, 2011, (1) :13-18.
