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2017年安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》重要知識點
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水路運輸安全技術(shù)
一、水運運輸安全基礎(chǔ)知識
(一)水運交通事故的定義
水運交通事故的概念源于“海事”的概念。關(guān)于海事的定義有廣義和狹義之分。廣義上的海事泛指航海、造船、海上事故、海上運輸?shù)人信c海有關(guān)的事務(wù);狹義上的海事意指“海上事故”或“海上意外事故”，如碰撞、擱淺、進水、沉沒、傾覆、船體損壞、火災(zāi)、爆炸、主機損壞、貨物損壞、船員傷亡、海洋污染等，都屬于狹義的海事。
由于我國不但有廣闊的海上水域，而且還包括廣大的內(nèi)陸水域，因此，將狹義上的海事概念拓展為水運交通事故，它既包括發(fā)生在海上的交通事故，也包括內(nèi)陸水域的交通事故。由此可見，所謂水運交通事故，是指船舶、浮動設(shè)施在海洋、沿海水域和內(nèi)河通航水域發(fā)生的交通事故。
(二)水運交通事故的等級
根據(jù)事故船舶的等級、人員傷亡和造成的直接經(jīng)濟損失情況，可將水運交通事故分為小事故、一般事故、大事故、重大事故、特大事故5個等級。
二、水運交通危險有害因素和隱患分析
水運交通事故有多種多樣的形式，但每種事故的出現(xiàn)都是在一定條件因素制約下形成的。分析事故出現(xiàn)的規(guī)律和特性，探索事故的發(fā)生條件、潛在的險情因素，進而尋求釀成事故的原因，以作為今后防止海上事故的前車之鑒。
概括起來，水運交通事故的發(fā)生，與外界條件、技術(shù)(人一機控制)故障、不良的航行條件、導(dǎo)航失誤等因素密切相關(guān)。
(一)外界條件
(1)視距降低。由于氣象條件的影響，如霧、雨雪和夜間引起的視距降低，目測距離的受限，導(dǎo)致船舶發(fā)生事故的幾率增大。
(2)氣象惡劣給船舶帶來不可抗拒的自然災(zāi)害。熱帶颶風(fēng)、臺風(fēng)，中緯氣旋和寒潮帶來的強風(fēng)、風(fēng)浪，均給船舶海上航行造成不可抗拒的自然災(zāi)害。
(3)海上礁石、淺灘及水中障礙物必給船舶航行帶來影響。如近年來在我國青島中沙多次發(fā)生擱淺事故，但在加設(shè)了航標(biāo)后，事故已大為減少。
(4)航路的自然條件和交通密度的影響。這主要指狹窄航道和交通密集水域，其航道寬度、彎曲度、深度、危險物的分布、航路標(biāo)志的設(shè)置，船舶活動的密度和頻度，船舶遭遇態(tài)勢(對遇、橫交和追越)和機率等因素，均增加了船舶導(dǎo)航的難度。船舶的碰撞事故與這些因素有著很重要的關(guān)系。
(5)海上燈塔、航路標(biāo)志出故障、海上航行資料失效。這主要指海上燈塔、浮標(biāo)、岸標(biāo)等助航設(shè)施出故障，如電源中斷及遭破壞等，均可導(dǎo)致船舶誤航機率增大。
(6)外部因素引起船舶導(dǎo)航設(shè)備失效。
(二)技術(shù)(人一機控制)故障
(1)船舶的動力裝置、電力系統(tǒng)技術(shù)故障。由于船體強度減弱或船體、機械有嚴(yán)重缺陷，造成船舶航行事故。
(2)操舵及螺旋槳遙控裝置失控。由于船橋遙控的舵機和主機系統(tǒng)故障，使得船橋?qū)嚒⒍娴牟倏v失去控制，導(dǎo)致船舶事故發(fā)生。
(3)惰性氣體系統(tǒng)故障。主要對油輪而言，在裝卸原油或清洗油艙過程中，惰性氣體系統(tǒng)對降低原油防爆上限溫度及防止油料的爆炸起著重要作用。實踐證明，90%以上的油輪爆炸事故是由于未裝或因該系統(tǒng)出故障而發(fā)生的。
(4)導(dǎo)航設(shè)備故障。因?qū)Ш皆O(shè)備本身性能不穩(wěn)定，出現(xiàn)了技術(shù)故障，使其失去了導(dǎo)航性能(指向、定位和計程)應(yīng)有的作用，使航線、船位的準(zhǔn)確度和可靠性受到影響。
(5)通信設(shè)備故障。因船舶通信設(shè)備本身的性能不穩(wěn)定，出現(xiàn)了技術(shù)故障，使船、岸或船與船之間的通信中斷，彼此情況不能及時溝通，在港區(qū)或不良視距條件下，易造成船舶之間發(fā)生碰撞事故。
(三)不良的航行條件
(1)船橋人員配備不齊全、組織混亂。船上值班人員擅離職守，航海駕駛?cè)藛T工作不認真不嚴(yán)肅，缺乏應(yīng)有的工作責(zé)任心，無視安全航行規(guī)章。船長過分依賴引水員，對其錯誤行動未能及時糾正等等。這些不良的人為因素，均是出現(xiàn)海事的主觀因素。
(2)人員理論知識和實踐經(jīng)驗貧乏。船員航海知識淺薄，技術(shù)素質(zhì)低劣以及海上經(jīng)驗不足，均是導(dǎo)致海損事故發(fā)生的因素。對多起海事原因的分析表明，約有2/3以上的海事是由人為因素造成的，說明船員條件是水運安全的直接重要因素。
(3)航海圖、資料失效。航海圖及資料是保證航行安全的基本工具之一。航海圖資料的及時性和完整性是航行安全的起碼保證。在使用過程中，未能及時按航行通告、警告修正海圖和航海資料，使這些資料陳舊，降低了其實用價值，可給航行帶來不可估量的損失。
(4)船橋指揮部位工作條件的影響。船橋指揮部位工作條件的優(yōu)劣，可直接或間接地影響駕駛?cè)藛T的操作。船橋視野的受限，影響了船上對外界的觀察嘹望;內(nèi)部通信的不暢通可阻礙航行指令及時下達;光線、通風(fēng)的不充分，都可使船員疲勞和不適。
三、水運交通安全技術(shù)措施
(一)船舶航行定位與避碰
1.船舶導(dǎo)航與定位
1)航向。為了保證船舶航行安全，首先要確定船舶的航向與位置。實際航向有3種。首先是羅經(jīng)航向，它是由羅經(jīng)直接指示的船首方向。羅經(jīng)航向經(jīng)過羅經(jīng)誤差修正后得到正確的船首方向，稱為真航向。由于風(fēng)、流的影響，船舶運動的速度是船舶在靜水中運動的速度與風(fēng)流引起的速度的合速度，該合速度的方向是船舶重心軌跡的方向，稱為航跡向。
測定船首方向的主要儀器羅經(jīng)包括磁羅經(jīng)、陀螺羅經(jīng)。由于地磁場的南北極與地球的磁羅經(jīng)南北極不一致，地磁場隨地理位置而變化，磁羅經(jīng)又受周圍的鐵磁性物質(zhì)的影響，因此磁羅經(jīng)的誤差變化較大，使用時必須進行誤差校正。陀螺羅經(jīng)是利用繞定點轉(zhuǎn)動的高速旋轉(zhuǎn)陀螺儀的定軸性與進動性，借助于控制系統(tǒng)及阻尼系統(tǒng)使陀螺儀的軸自動指北，并能跟隨地球自轉(zhuǎn)，精確跟蹤地理子午面的指北儀器。由于陀螺羅經(jīng)安裝時基線與船舶首尾線不一致會造成基線誤差，此外由于陀螺羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)以及船舶運動會引起緯度誤差、速度誤差、沖擊誤差與搖擺誤差等。這些誤差通過校正或補償?shù)姆椒ǎ话憔煽刂圃谳^小的范圍之內(nèi)。
2)定位。定位方法按照參照目標(biāo)可分為岸基定位與星基定位。
岸基定位是利用岸上目標(biāo)定位，如燈標(biāo)，山頭以及導(dǎo)航系統(tǒng)中的信號發(fā)射臺等都是岸基目標(biāo)。最普通的岸基定位是用肉眼通過羅經(jīng)測定燈標(biāo)、山頭等顯著物標(biāo)的方位，或通過六分儀測定目標(biāo)的距離，然后得出幾個目標(biāo)的方位或距離的位置線，相交求出船位。雷達定位是通過雷達脈沖遇到顯著物標(biāo)反射回來所經(jīng)過的時間及方向測定物標(biāo)的距離和方位，得出位置線，相交而定出船位。有些導(dǎo)航系統(tǒng)，如勞蘭C，它是利用到兩個定點(信號與發(fā)射臺)的距離差為定值的點的軌跡作為位置線，測定兩發(fā)射臺信號到船舶的傳播時間差，而得出雙曲線位置線。因而稱其為雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)。
星基定位是以星體為參照物測定船舶位置的方法。傳統(tǒng)的星基定位方法是利用天體，包括太陽、月亮、恒星、行星與船舶的相對位置來確定船舶的位置，稱為天文定位。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是以人造地球衛(wèi)星為參照目標(biāo)的位置測定系統(tǒng)。目前使用最廣泛的是美國從1973年開始研制到1993年投入使用的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)。它包括24顆衛(wèi)星，分布在6個軌道平面，衛(wèi)星高度為20200km。它是利用已知空間位置的人造衛(wèi)星發(fā)射的電磁波，測定其衛(wèi)星到接收機天線的距離。若同時測量三顆衛(wèi)星的距離，則可求得接收機的三維位置，經(jīng)度、緯度和高度。若使用的全球定位系統(tǒng)同時測量四顆衛(wèi)星的距離，除測定接收機的三維位置外，還可求得接收機的鐘差。
為了提高GPS的定位精度，目前沿海地區(qū)使用最多的是差分GPS。它是用一臺精確位置已知的GPS接收機作為基準(zhǔn)接收機，測得所在地的各種誤差，而附近的GPS用戶接收機在接收含有各種誤差的GPS信號的同時，還接收基準(zhǔn)臺發(fā)送的誤差信息，經(jīng)過修正后，得到精確的位置信息。當(dāng)用戶距基準(zhǔn)臺100km時，水平位置誤差在5m以內(nèi)。我國在“九五 ”期間建成沿海無線電指向標(biāo)差分全球定位系統(tǒng)臺鏈(RBN/DGPS)。
2.船舶操縱與避碰
控制船舶運動的設(shè)備是推進器(車)與舵。在海上航行時一般只用舵控制，當(dāng)測得船舶位置偏離計劃航線，或船首偏離設(shè)定航向時，要設(shè)法使船舶以最有效的方法回到計劃航線與設(shè)定航向。控制航向的主要設(shè)備是舵，在港內(nèi)或狹水道，對有雙螺旋槳或側(cè)推器的船舶，在用舵的同時也可用雙槳配合或側(cè)推器來控制船首向。在狹水道或港內(nèi)一般由人工操舵;在海上一般采用自動操舵控制航向。自動操舵大致可分為兩類：一類稱為航向保持系統(tǒng)，另一類稱為航跡保持系統(tǒng)。航向保持系統(tǒng)是根據(jù)船首向與設(shè)定航向的偏差，通過控制系統(tǒng)來控制舵角，使船首回到設(shè)定航向。根據(jù)控制系統(tǒng)的原理不同分為PID(比例一積分一微分)自動操舵，自適應(yīng)自動操舵等。此外，新的自動操舵中還采用模糊控制，多模式控制等先進技術(shù)。航跡保持系統(tǒng)是根據(jù)定位信息測定航跡偏離程度，通過計算確定出最有效舵角與舵角執(zhí)行時間，使船舶能最快、最省燃料的回到設(shè)定航線上來。
舵用于控制航向，螺旋槳用于推進與制動船舶。要控制船舶的航向、位置、速度、回轉(zhuǎn)角速度等，必須掌握船舶的操縱特性。了解船舶在舵作用下的保向與改向能力，慣性停船沖程及螺旋槳逆轉(zhuǎn)制動沖程等規(guī)律。這些規(guī)律一般用船舶操縱運動方程式來描述。
根據(jù)《國際海上避碰規(guī)則》避碰是指航行中各類水上運輸工具相互間的避讓。一般是通過航行值班人員的嘹望與儀器觀測來判斷是否有碰撞危險，然后用舵與車來避免本船與他船的碰撞，但至今尚沒有一套實用的閉環(huán)的自動避碰系統(tǒng)。目前使用最廣泛的雷達自動標(biāo)繪儀(ARPA)，是根據(jù)雷達的目標(biāo)回波經(jīng)過量化、濾波和跟蹤處理后得出的目標(biāo)運動軌跡，在雷達熒光屏顯示目標(biāo)的相對運動矢量或目標(biāo)的預(yù)示危險區(qū)(PAD)，向駕駛?cè)藛T提供避碰信息，然后由駕駛?cè)藛T采取避碰措施。但由于噪聲干擾等引起的目標(biāo)回波誤差，本船航向誤差，使濾波跟蹤后得到的目標(biāo)軌跡有誤差，還會引起跟蹤目標(biāo)丟失或誤跟蹤。目標(biāo)船的運動不是本船所能控制的，它有相當(dāng)?shù)碾S機性。由于這些原因，使得帶ARPA的雷達也只能向駕駛?cè)藛T提供避碰信息，而不能進行自動避碰。
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