CN111861233B - 一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法，包括：获取未来一段时间风力预报信息，获得不同类型的锚泊船在满足港内船舶间距限制条件下的最高抗风等级；将所有锚泊船分为两类：不考虑动车顶风浪锚泊船和可动车顶风浪的锚泊船，将港内锚泊船的风险等级按照严重程度从低到高的顺序分为四个等级，将各港区当前和未来一段时间各锚泊船锚泊风险等级以色斑图进行可视化显示，当需要调整锚位时则重新计算新的锚泊方案下锚地内各锚位船舶未来一段时间内的风险等级，当需要将船上人员撤离时则计算并显示最迟撤离时间并发出报警信号。

Description

一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法

技术领域

本发明涉及一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法，具体为一种可用于防抗台期间，依据气象部门的风场预报对港内锚泊船进行锚泊风险动态预评估和调度规划。

背景技术

当预计有台风将影响某港口时，港口集团所属轮驳公司的拖轮和各类工程船都将进入港池内锚地进行锚泊避风。不同港口港内锚地的锚泊条件及要求各有不同，而不同种类的船舶在可能受到台风影响时，所采取的防抗台锚泊措施也不尽相同。比如，浮船坞一般是采取直接下潜的方式进行抗台，然后船上人员直接撤离；其他锚泊船则可能抛双锚一点锚或八字锚抗台。

此外，由于各港口锚地一般范围有限，会对港内锚泊船的出链长度进行限制。因此，当有台风来袭且风力较大时，拖轮会使用动车顶风浪的方式，来保证锚泊安全。若采用动车顶风浪的方法仍不能保证船舶不发生走锚，则按照港口集团公司和当地政府的最新要求，要将船员撤下，以避免发生人员伤亡事件。其他工程船一般考虑不动车，如果台风来袭时风浪过大，不能保证不发生走锚，则按照港口集团公司和当地政府的最新要求，要在将双锚抛下后，提前将船员撤下；但也可考虑改变原定锚位，到相对宽敞之处，增长出链长度，以增大抗风能力，若这样仍存在走锚风险，则也要提前将船员撤下，以保证人员安全。

考虑到以上情况，需要在有台风影响港口附近海域前，预估防抗台期间港内各锚泊船的锚泊风险状况，进行事前的调度和规划，提前确定是否有必要对某些船舶的锚泊方式进行必要的调整，或何时应开始将哪些船舶的船员撤下。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法，具体包括如下步骤：

获取未来一段时间风力预报信息，根据船舶操纵学相关理论研究和锚抓力试验研究获得不同等级大风条件下锚泊船抛双锚一点锚或八字锚时的单锚出链长度，将各港内允许的最大船舶间距与各级风力下能够保证各锚泊船锚泊安全的出链进行比较，获得不同类型的锚泊船在满足港内船舶间距限制条件下的最高抗风等级；

将所有锚泊船分为两类：不考虑动车顶风浪锚泊船和可动车顶风浪的锚泊船，将港内锚泊船的风险等级按照严重程度从低到高的顺序分为四个等级：无风险等级、低风险等级、中等风险等级和严重风险等级；

分析不考虑动车顶风浪锚泊船和可动车顶风浪的锚泊船在四个风险等级下采取的保护措施；

将各港区当前和未来一段时间各锚泊船锚泊风险等级以色斑图进行可视化显示，当需要调整锚位时则重新计算新的锚泊方案下锚地内各锚位船舶未来一段时间内的风险等级，当需要将船上人员撤离时则计算并显示最迟撤离时间并发出报警信号。

进一步的，所述最迟撤离时间采用如下方获取：

选择从需要撤离船员的船舶至下船位置的航线、或前往新的锚泊位置的航线，由此分别计算最迟人员撤离或离开本港去其它地方避风的启程时间；

对于每一条航线先根据航程和相应船舶的航速计算所需的航行时间t_i，再从预计的船舶锚泊区风险等级变为严重风险等级的时刻t₀向前减去航行时间t_i，即将最迟撤离时间初步定为t₀-t_i，其实t_i为航行时间，i＝1,2,…，n。

进一步的，所述最迟撤离时间采用如下方获取：

不考虑动车顶风浪锚泊船在四个不同风险等级下采取的措施如下：

将无风险等级定义为：抛单锚不存在走锚危险，则无需采取措施；

将低风险等级定义为抛单锚存在走锚危险、需抛双锚一点锚或八字锚，则采取的措施为提示船舶应出链长度和抛双锚方式；

将中等风险等级定义为受锚地范围限制、出链长度受限，即使抛双锚，亦可能发生走锚现象，则采取的措施为：如果无其他锚位可以选择，则进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间，如果有其他锚位可以选择、提示新锚位位置、以及船舶应出链长度和抛双锚方式；

将严重风险等级定义为即使抛双锚，并将锚链放长至足够链长，仍可能发生走锚现象，应考虑提前将船上人员撤离，则采取的措施为：进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间。

进一步的，所述最迟撤离时间采用如下方获取：可动车顶风浪的锚泊船在四个不同风险等级下采取的措施如下：

将无风险等级定义为：抛单锚基本不存在走锚危险，则无需采取措施；

将低风险等级定义为抛单锚会存在走锚危险，需抛双锚一点锚或八字锚，则采取的措施为提示船舶应出链长度和抛双锚方式；

将中等风险等级定义为即使抛双锚、亦可能走锚、需动车顶风浪保持船位；则采取的措施为：开启声光报警并提示船舶备车；

将严重风险等级定义为即使抛双锚、动车顶风浪、仍可能发生走锚现象，应考虑提前将船上人员撤离；则采取的措施为：进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法，该方法具有台风影响时预先评估港内锚泊船锚泊风险的功能，根据气象部门预报的台风路径、强度和风向等情况，以及各港口锚地的细网格、短时间步长的精细化风场预报，再跟据预先计算好的各锚泊船抗走锚风力极限，作为各港内锚泊船锚泊风险度的动态评估依据和标准，对台风来临时港内各锚泊船的锚泊风险度进行预先评估，并根据评估结果对各锚泊船的抗台作业进行调度和规划，判断各锚泊船是否需要撤离防抗台人员，并确定最佳撤离时机。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为防抗台锚泊船风险评估和调度规划系统的流程图

图2为某港口防抗台锚泊船风险评估和调度规划系统设计图

图3未来72小时最大锚泊风险等级预报示意图

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种防抗台期间锚泊船风险评估和调度规划方法，具体包括如下步骤：

首先获取来自气象部门的数值天气预报得到的未来风力预报结果，再根据船舶操纵学中相关的理论研究和锚抓力试验研究，计算得到在不同等级大风条件下，锚泊船抛双锚一点锚或八字锚时的单锚出链长度。然后，将各港内允许的最大船舶间距与各级风力下能够保证各锚泊船锚泊安全的出链进行比较，由此得到对不同类型的锚泊船在满足港内船舶间距限制条件下的最高抗风等级。

将所有锚泊船分为两类，一类为不考虑动车顶风浪锚泊船，如驳船、港吊和清油船等工程船等；另一类为可以动车顶风浪的锚泊船，主要是港口作业拖轮。

参考管理工程学中的最低合理可行原则(As Low As Reasonably Practicable，简称ALARP原则)，将港内锚泊船的风险等级分为4个等级——无风险等级实施例中称为蓝色无风险、低风险等级实施例中称为黄色风险、中等风险等级实施例中称为橙色风险、严重风险等级实施例中称为红色风险。其中不考虑动车顶风浪锚泊船锚泊风险等级的具体含义和操作提示见表1；可以动车顶风浪锚泊船锚泊风险等级的具体含义和操作提示见表2。

表1不动车顶风浪锚泊船锚泊风险等级、含义和操作提示

表2动车顶风浪锚泊船锚泊风险等级、含义和操作提示

最后，将各港区当前和未来72小时各锚泊船锚泊风险等级以色斑图显示在可视化软件上，如需要调整锚位，可重新计算新的锚泊方案下锚地内各锚位船舶未来72小时内的风险等级情况。若根据气象部门的预报，未来风力将过大、需将船上人员进行撤离的情况时，则计算并显示最迟撤离时间，同时发出声光报警，提醒相关管理人员。

最迟人员撤离或离开本锚泊位置去其它地方避风的启程时间计算方法如下：

首先，选择从需要撤离船员的船舶至下船位置的航线，注意可能有多艘船舶的船员需要撤离；或者是前往新的锚泊位置的航线。由此分别计算最迟人员撤离或离开本港去其它地方避风的启程时间。

对于每一条航线，先根据航程和相应船舶(有专门接送船员的拖轮)的航速计算出所需的航行时间(t_i，i＝1,2,…，n)；再从预计的船舶锚泊区风险等级变为红色风险的时刻t₀向前减t_i，即将最迟撤离时间初步定为t₀-t_i。

实施例：本方法根据实际需求具体采用如下方式：

步骤一：首先由中国、日本、美国的三国数值气象预报模式获取台风路径和强度预报信息，预报时效为72小时，时间分辨率为3小时。

选取具体数值天气预报风力预报结果，确定该风力条件下锚泊船所受到的风作用力F的大小，可由如下公式计算得到：

其中，C_a为风力系数，约1.35；ρ_a为空气密度，约1.23(kg/m³)；υ_a为相对风速(m/s)，例如当预报为7级风时，风速约13.9-17.1m/s；A_a为水线上正面积m²；θ为风舷角；B_a为水线上侧面积(m²)，A_a、θ和B_a的值由锚地和锚泊船决定。

根据船舶操纵相关理论及锚抓力实验研究，可计算得到不同风作用力(F)条件下锚泊船单锚所需要的出链长度S₀：

其中，s为悬链长度，l为最小卧底链长，h为锚链孔至海底的垂直距离，F为船舶所受的风作用力，λ_a为锚的抓力系数，W_a为空气中锚的重量，λ_c为锚链的抓力系数，w_c为单位链长在水中的重量。计算所得的S₀即某锚地的某一艘锚泊船，依据所在锚地的低质、水深等情况，在不同等级大风条件下的单锚出链长度。若锚泊方式为双锚一点锚，则出链长度为S₀/2。

步骤二：假设锚地内规定的锚泊船与其他船舶间的最小安全距离为D，通过比较锚地允许的船间最小安全距离D与不同风力条件下能够保证锚泊船锚泊安全的出链长度S₀，可判断锚泊船在相应风力条件下的锚泊风险等级。

参考管理工程学最低合理可行原则(As Low As Reasonably Practicable，简称ALARP原则)，将港内锚泊船的风险等级分为4个等级——蓝色无风险、黄色风险、橙色风险以及红色风险。

根据锚泊船的可操作性能，将锚泊船分为不动车顶风锚泊船和动车顶风锚泊船两种：

①对于不动车顶风锚泊船来说：

当S₀＜D时，在该风力下锚泊船可安全抛单锚，对应船舶风险等级为蓝色无风险；

当S₀≥D时，可能发生走锚现象，需改变抛锚方式，在锚地允许的条件下，可考虑改为双锚一点锚或八字锚，经调整后锚泊方式后可保证锚泊安全，则对应锚泊风险等级为黄色风险等级；若更改锚泊方式后仍可能发生走锚现象，则需提前将船上人员撤离或移至新锚位重新评估，对应锚泊风险等级为橙色风险等级；若更改锚泊方式或移至新锚位也无法保证锚泊安全，则根据气象部门的风力预报提前时间计算最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间，对应锚泊风险等级为红色风险。

②对于可动车顶风的锚泊船来说：

当S₀＜D时，在该风力下锚泊船可安全抛单锚，对应船舶风险等级为蓝色无风险；

当S₀≥D时，可能发生走锚现象，需改变抛锚方式，在锚地允许的条件下，考虑改为双锚一点锚或八字锚，经过调整锚泊方式后可保证锚泊安全，则对应锚泊风险等级为黄色风险等级；若更改锚泊方式后仍可能发生走锚现象，若锚泊船动车可顶风浪保持船位，对应的锚泊风险为橙色风险等级；若更改锚泊方式并采取动车顶风浪后，仍可能发生走锚现象，则根据气象部门的风力预报提前时间提示最迟人员的撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间，对应锚泊风险等级为红色风险。

步骤三：若锚泊船锚泊风险为红色时，最迟人员撤离时间或离开锚地去往其它地方避风的启程时间可采取如下方法计算得到：

首先，选择从需要撤离船员的船舶至下船位置的航线，注意可能有多艘船舶的船员需要撤离；或者是前往新的锚泊位置的航线。由此分别计算最迟人员撤离或离开本港去其它地方避风的启程时间。

对于每一条航线，先根据航程和相应船舶(有专门接送船员的拖轮)的航速计算出所需的航行时间(t_i，i＝1,2,…，n)；再从预计的船舶锚泊区风险等级变为红色风险的时刻t₀向前减t_i，即将最迟撤离时间初步定为t₀-t_i。

步骤四：根据步骤二的风险评估结果，将港区当前和未来72小时内各锚泊船锚泊风险等级以相应风险等级色斑图的形式进行可视化显示，如需调整锚位，可重新计算新的锚泊方案下锚地内各锚位船舶未来72小时内的风险等级情况。若为红色风险时，可根据步骤三将最迟人员撤离时间或离开锚地去往其它地方避风的启程时间计算结果进行可视化显示，以为相关管理人员做出最佳安全决策。

为便于理解，表3给出了港区逐三小时的风力预报示意表，表4给出了逐3小时的最大锚泊风险等级预报示意表，图2为某港口的锚位分布与锚泊风险预警示意图，点击锚位，可得到如图3所示的该锚位未来72小时最大锚泊风险等级预报，当锚泊风险等级达到黄色、橙色或红色时，进行报警并提示抗台策略。当锚泊船移至新的锚位时，对移动后的锚泊船的锚泊风险等级再进行重新计算。

表3逐三小时风力预报示意表

表4逐3小时的最大锚泊风险等级预报示意表

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种防抗台期间港内锚泊船风险评估和调度规划方法，其特征在于包括：

获取未来一段时间风力预报信息，根据船舶操纵学相关理论研究和锚抓力试验研究获得不同等级大风条件下锚泊船抛双锚一点锚或八字锚时的单锚出链长度，将各港内允许的最大船舶间距与各级风力下能够保证各锚泊船锚泊安全的出链进行比较，获得不同类型的锚泊船在满足港内船舶间距限制条件下的最高抗风等级；

将所有锚泊船分为两类：不考虑动车顶风浪锚泊船和可动车顶风浪的锚泊船，将港内锚泊船的风险等级按照严重程度从低到高的顺序分为四个等级：无风险等级、低风险等级、中等风险等级和严重风险等级；

分析不考虑动车顶风浪锚泊船和可动车顶风浪的锚泊船在四个风险等级下采取的保护措施；

将各港区当前和未来一段时间各锚泊船锚泊风险等级以色斑图进行可视化显示，当需要调整锚位时则重新计算新的锚泊方案下锚地内各锚位船舶未来一段时间内的风险等级，当需要将船上人员撤离时则计算并显示最迟撤离时间并发出报警信号；

所述最迟撤离时间采用如下方获取：

选择从需要撤离船员的船舶至下船位置的航线、或前往新的锚泊位置的航线，由此分别计算最迟人员撤离或离开本锚泊位置去其它地方避风的启程时间；

对于每一条航线先根据航程和相应船舶的航速计算所需的航行时间t_i，再从预计的船舶锚泊区风险等级变为严重风险等级的时刻t₀向前减去航行时间t_i，即将最迟撤离时间初步定为t₀-t_i，其实t_i为航行时间，i＝1,2,…，n

所述最迟撤离时间采用如下方获取：

不考虑动车顶风浪锚泊船在四个不同风险等级下采取的措施如下：

将无风险等级定义为：抛单锚不存在走锚危险，则无需采取措施；

将低风险等级定义为抛单锚存在走锚危险、需抛双锚一点锚或八字锚，则采取的措施为提示船舶应出链长度和抛双锚方式；

将中等风险等级定义为受锚地范围限制、出链长度受限，即使抛双锚，亦可能发生走锚现象，则采取的措施为：如果无其他锚位可以选择，则进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间，如果有其他锚位可以选择、提示新锚位位置、以及船舶应出链长度和抛双锚方式；

将严重风险等级定义为即使抛双锚，并将锚链放长至足够链长，仍可能发生走锚现象，应考虑提前将船上人员撤离，则采取的措施为：进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间；

所述最迟撤离时间采用如下方获取：可动车顶风浪的锚泊船在四个不同风险等级下采取的措施如下：

将无风险等级定义为：抛单锚基本不存在走锚危险，则无需采取措施；

将低风险等级定义为抛单锚会存在走锚危险，需抛双锚一点锚或八字锚，则采取的措施为提示船舶应出链长度和抛双锚方式；

将中等风险等级定义为即使抛双锚、亦可能走锚、需动车顶风浪保持船位；则采取的措施为：开启声光报警并提示船舶备车；

将严重风险等级定义为即使抛双锚、动车顶风浪、仍可能发生走锚现象，应考虑提前将船上人员撤离；则采取的措施为：进行声光报警，并提示最迟人员撤离时间或需要去其它地方避风的启程时间。