航行管理

航行管理（精选12篇）

航行管理 篇1

摘要：本文分析了航行通告的发布, 探析了航行通告的管理措施, 以供参考。

关键词：航行通告,发布,管理措施

一、前言

航行情报服务的主要任务是采集、整理、编辑航行资料, 制作以及发布有关中华人民共和国领域和根据我国参加或者缔结的国家条约规定区域内航行情报服务产品, 提供完整、准确、及时航行活动所需要航行资料或者情报。航行报告指的是关于航行的程序、服务以及设施的设立, 变化, 以及可能对航行安全产生影响的状况的通知, 航行情报员通过采集、整理以及审核相关航空情报或者资料后, 发布航行通告, 航行签派员或者管制员接到航行通过之后及时做好应对工作。由此可见, 航行通告的发布和管理, 需要大量的物力、人力以及财力支持。鉴于此, 本文针对航行通告的发布与管理措施进行了探析。

二、航行通告的发布

1航行通告发布的平台分析。航行通告的目的就是保证航行相关人员及时、准确、全面的了解航行的信息, 创建统一的发布平台, 能够方便机组、情报员、管制员等相关人员了解航行通告的信息, 方便、快捷的将重要的航行信息在短时间内发布出去, 以此保证航行安全、高效、稳定的运行。航行通告发布的平台主要包括以下几个方面: (1) 互联网平台, 互联网是一种新型的信息传递方式, 是随着计算机技术的发展而兴起的, 已经被广泛的推广和应用在社会生产与生活中, 并且在人们的生活与生产中发挥了至关重要的作用, 随着互联网影响力的增加, 将互联网作为航行通告发布的平台, 利用互联网广阔的资源, 加狂航行通告发布的速度, 目前许多国家已经创建了属于自己的网站, 在不设涉及保密的前提下, 在网站上发布航行信息, 便于人们阅读; (2) 电子信息发布平台, 自动化、智能化软件在社会生活与工作中发挥着巨大的作用, 通过利用自动化办公软件, 并进行进一步开发、改进以及优化, 延伸软件的使用功能, 充分的利用自动化办公软件易于统计、方便查询的优点, 便于航行通告的发布以及人们的阅读, 例如, CNMS系统, 是我国民航应用的自动化软件, 该系统的主要任务是发布、接收雪情通告、航行通告, 统计工作量、提取PIB等, 通过电子信息发布平台, 操作员能够随时随地的查阅和发布航行通告。

2航行通告发布的条件。当遇到以下状况时应该及时的发布航行通告: (1) 化学活动或者核子活动向大气释放有毒物质后者辐射物质时, 应该讲事发地点、时间、日期, 对飞行高度层、航段、航路以及活动方向的影响等信息; (2) 火山活动相关的动态发生重大变化时, 应该讲火山爆发的地点、时间、日期, 火山灰云的垂直范围、水平范围、移动方向以及可能对飞行高度层、航段、航路等造成影响; (3) 太阳宇宙射线预报; (4) 因为流行病需要更改检疫要求与防疫注射; (5) 活动区域内积水、冰、雪浆、雪等航行安全造成威胁; (6) 空中交通服务以及其他支持服务终端, 需要制定有效的应急措施; (7) 危险区、限制区以及禁区的设置与撤销, 包括使用状况、生效时间以及停止时间;机场消防设施、救援设施等发生重大变化; (8) 超出规定范围的大型跳伞活动、航空竞赛、航空表演、军事活动、障碍物等, 对航行正常运行造成威胁等情况;可用服务与搜寻救援设施发生变化; (9) 航行重要保证物危险指示灯的设立、中断以及恢复等; (10) 氧气、滑油、燃油等供应发生变化; (11) 机动区内出现运行故障或者重大缺陷; (12) 航行服务程序的设置、运行以及撤销发生变化; (13) 机场或者跑道灯光系统主要组成部分中断以及恢复; (14) 地空通信服务、无线电导航服务的设立、运行以及撤销发生变化, 例如广播时间变化、广播内容变化、总发射功率增减超过50%、设施位置变动、识别信号改变、服务时间改变、频率变化、地空通信服务终端与恢复等; (15) 搜寻救援、气象、通信、空中交通、航空情报、机场等航行服务的设立、运行以及撤销发生变化; (16) 跑道或者机场的设立、运行以及关闭状态发生变化。

三、航行通告的管理措施

1航行通告的分类、分级管理。创建健全的发布程序, 根据航行通告的内容进行分类与分级管理。目前, 我国各个地区都根据自身的实际状况制定了应急措施处理紧急的航行信息, 但是并没有形成统一的航行通告, 各个地区航行通告的内容存在差别, 这就要求创建一套完整、统一的规章制度, 对航行通告进行合理的分类、分级。

2制定健全的管理制度。俗话说“无规矩不成方圆”, 通过创建完善的管理制度, 认真的贯彻与落实规章制度进行航行通告的管理, 能够有效的提高航行通告管理水平。首先, 应该根据航行通告管理的特点, 创建相应的操作手册, 在原有规章制度汇编基础上, 做好手册编写前的调研工作, 由各个科室的领导为该工作的负责人, 明确并编纂工作的各个步骤以及程序, 保证编写的操作手册能够满足工作的实际需求;对于出现的问题, 应该严格的按照规章制度办事, 维护规章制度的严肃性与权威性, 实现“有章可循、有章必循、违章必究”, 充分的调动所有人员的积极性与主动性;制定合理的工作标准与岗位程序, 同时做好绩效考核工作, 营造良性竞争环境。

3加强事前、事后管理。通常状况, 航行单位在活动开始之前7天向活动设计的主管部门发布航行通告申请, 主管机构接收到航行通告申请后进行实地考察与进一步核实, 并为航行活动合理的分配权力与义务。航行通告不能在媒体、报纸上发布一下就结束, 而是应该利用现代化的航行信息发布平台发布可能影响航行安全的航行通告。航行单位接收航行通告之后应该进行检查与监督, 然后严格的按照航行通告的内容办事, 必要时还应该实施一定的处罚, 做得好则应该给予一定的奖励, 这样能够充分的激发人员的积极性与主动性。

结语

总而言之, 航行通告的发布与管理是空中交通安全信息发布与管理的重要内容, 及时、准确的发布航行通告, 对于保证航行安全具有非常重要的作用。因此, 应该采取有效的措施管理航行通告, 不断的提高航行通告的发布质量, 促使其充分的发挥自身的功能与作用。

参考文献

[1]苏德全.有效实现航行通告的发布与管理[J].中国科技纵横, 2014 (17) :261-262.

航行管理 篇2

《中华人民共和国江苏海事局船舶航行安全富裕水深管理规定》已于2007年9月25日经中华人民共和国江苏海事局局长办公会审议通过，现予公布，自公布之日起施行。

二○○七年十二月二十八日

中华人民共和国江苏海事局船舶航行安全富裕水深管理规定

第一条为保障船舶航行安全，防止船舶发生搁浅等水上交通事故，结合辖区实际情况，制定本规定。

第二条 在中华人民共和国江苏海事局辖区水域内的船舶航行，适用本规定。

第三条 中华人民共和国江苏海事局及其所属的分支、直属派出机构负责船舶航行安全富裕水深的监督管理。

第四条 富裕水深是指船舶正浮时,船底龙骨板外缘的最低点至海底(或河床)表面的垂直距离。

第五条 航行于沿海港口水域的船舶应根据本船船型、吃水和航速保留不小于船舶吃水百分之十的富裕水深。

在辖区其他水域航行的船舶应根据本船实际吃水，按下列要求留足富裕水深：

（一）实际吃水不足5米的，富裕水深不小于0.4米；

（二）实际吃水在5米及以上不足7米的，富裕水深不小于0.5米；

（三）实际吃水在7米及以上不足9.7米的，富裕水深不小于0.7米；

（四）实际吃水在9.7米及以上不足10.5米的，富裕水深不小于0.8米；

（五）实际吃水10.5米及以上的，富裕水深不小于1.0米；

（六）载运危险货物的，富裕水深应另加0.1米；航速大于12节的，富裕水深另加0.1米。

第六条 船舶及其所有人或经营人应确保船舶航行安全富裕水深满足本规定要求，并接受海事管理机构的监督管理。

第七条本规定未尽事宜按有关规定执行。

第八条本规定由中华人民共和国江苏海事局负责解释。

车海航行靠舵轮 篇3

如何使转向方便些？汽车设计师又想到了大型船舶上使用的舵轮。1894年，一辆参加“巴黎-鲁昂”拉力赛的法国Panhard & Levassor 汽车被改装成方向盘转向，它成为第一辆采用方向盘转向的汽车。到了1898年，Panhard & Levassor 汽车公司生产的新车都采用了方向盘转向。虽然采用了方向盘转向，但由于转向柱是垂直的，因而人机工程设计并不合理。

方向盘该如何设计才能使驾驶更方便？今天的汽车都采用倾斜式转向柱，而关于第一个采用这样设计的汽车的说法有多种。它引起广泛关注是在1898年的6月，一辆采用倾斜转向柱的Panhard & Levassor 汽车参加了“巴黎-阿姆斯特丹-巴黎”拉力赛。随后不久，这种转向设计迅速在欧美开始流行，成为了后来汽车设计的标准。

早期的方向盘的骨架由碳钢构成，碳钢具有较高的强度、硬度和良好的韧性，在汽车方向盘的材料应用上一直占据着主导地位，但碳钢比重较大，减震系数低。20世纪20年代，克莱斯勒公司开始对方向盘的材料进行研究，采用新的材料从而达到更加轻便的效果。

20世纪初时，汽车都采用了倾斜转向柱方向盘，这方便了驾驶者驾驶，但带来了另一个问题， 当发生交通事故时，固定的转向柱将会对驾驶者带来很大伤害。1934年，一种在交通事故发生时转向柱可溃缩的发明问世了，不过这种可以保护驾驶者安全的发明在20世纪60年代才开始采用。

几十年前的汽车转向没有助力系统，为了让车辆在低速行驶时转向省力，因而方向盘的尺寸都比较大，但汽车在低速行驶时转向时依然非常费力。从20世20年代开始，美国的汽车制造商开始研制助力转向系统，1951年克莱斯勒帝国成为第一款装备助力转向系统的量产汽车。由于制造成本较高，最初的助力转向系统只是豪华轿车中的选装配置。1954年，助力转向系统成为凯迪拉克轿车的标准配置后，助力转向首先在北美流行了，20世纪60年代时北美很多汽车都采用了助力转向系统。由于经济性的差距， 欧洲开始流行助力转向是20世纪80年代了。

随着汽车技术的不断发展，更符合驾驶人机工程学的设计也成为了可能。为了让一辆汽车适合不同身高的人驾驶，设计师设计出了可调角度方向盘。1963年，通用汽车公司生产的汽车开始装备有7个可调角度的方向盘。 开始时的可调角度方向盘只是方向盘角度可调，转向柱角度并不可调。不久后，更为人性化设计的可调转向柱角度方向盘问世了，这样的设计使驾驶人机工程更加友好了。

驾驶台资源管理与船舶的航行安全 篇4

1. 船舶航行中驾驶台资源管理方面问题分析

在船舶航行管理中, 驾驶台资源管理作为一个强制性要求被执行, 是国际海事组织在充分考虑人为因素对于航行安全影响的情况下, 为保证船舶的海上航行安全而提出的一种有效措施。驾驶台资源管理中不仅包括对于船舶航行中团队精神的加强, 还包括领导能力和团队工作技能、团队进行各种应急事故处理等方面的要求和培训内容, 对于避免人为因素造成的船舶航行事故发生和保证船舶航行安全有着积极作用和意义。结合目前船舶航行管理以及驾驶台资源管理作为一种强制性要求在船舶航行管理中的执行情况, 存在的突出问题主要有以下几点。

首先, 在船舶航行中船员的工作态度存在有一定的问题。通常情况下, 船员工作态度对于船舶航行安全有着直接的作用和影响, 比如某船舶在航行检查前, 多次PSC检查中都存在有较大的缺陷和问题, 从而影响了正常的航行计划, 这就充分说明船员工作中对于船舶安全的态度中存在有问题, 严重情况下就会导致船舶航行安全事故的发生。在船舶的航行管理中, 由于船员工作以及生活环境比较特殊, 工作态度容易受到多种因素的影响发生变化, 从而必然会对于船员在船舶运行中的工作造成一定的影响, 导致船舶航行不安全事故的发生。其次, 船舶航行中, 对于GPS等导航仪器的依赖情况过于严重。由于GPS等导航仪器在船舶航行具有极大的积极作用, 使得驾驶员在船舶航行驾驶中, 过于依赖这种导航仪器的作用, 从而忽视传统的船舶航行导航方法, 在导航仪出现问题时, 必然会影响船舶的航行安全。再次, 船舶航行中的航次计划制订与执行也存在有一定的问题。船舶航行中, 航次计划的制定与执行直接影响船舶航行管理, 在驾驶台资源管理中对于航次计划制订以及评估、执行等都有非常具体的规定, 要求航次计划制订与实施有船长负责, 但具体的操作则与整个驾驶台团队有关。在实际情况中, 航次计划多是由二副在船长指导下完成, 最后由船长审核通过, 大副和三副对于航次计划的参与不够深入, 容易导致航行过程中问题发生时没有充分的准备, 对于航行安全产生一定影响。最后, 船舶航行中, 船舶驾驶台团队以及引航员之间的沟通交流、船舶航行中个人职责与团队工作之间也都存在有一定的问题, 对于船舶航行安全会产生一定的不利作用和影响, 需要进行注意和改进。

2. 加强驾驶台资源管理和保障船舶航行安全的措施

结合上述驾驶台资源管理以及船舶航行管理中存在的问题, 在进行驾驶台资源管理执行和船舶航行安全保障中, 应注意从以下几个方面进行注意。

首先, 应注意加强驾驶台团队之间的写作, 避免船舶航行中由于个人失误造成的船舶航行安全问题发生。在驾驶台资源管理中, 船员的工作态度是其管理内容中的一个重要方面, 而结合船舶航行实例, 通常情况下船舶航行安全事故与问题的发生, 其重要原因之一就是船员工作中的安全态度问题, 它也是在船舶的安全管理中最为活跃和难以进行预测控制的重要因素。因此, 在进行驾驶台资源管理中, 应注意进行安全态度教育活动的开展, 以加强驾驶台船员工作的安全态度与意识, 同时加强驾驶台团队之间的协作, 及时对于个人失误和问题进行发掘, 避免船舶航行安全问题发生。

其次, 在船舶的航行管理中, 注意加强和提高船舶航行管理的情景意识, 对于船舶航行管理中的问题与失误之处进行及时的发现和中止, 避免船舶航行安全事故与问题发生。通常情况下, 船舶航行管理中, 驾驶台团队的情景意识是由各团队成员的情景意识组合形成, 因此, 对于个人情景意识加强, 是提高船舶航行安全的一种重要和有效措施。进行驾驶台团队个人情景意识的加强, 就是要求个人在任何时候都能够实现应用良好的船舶航行工艺技术和多种设备资源, 对于船舶航行中不确定进行克服, 保证船舶航行安全。

再次, 进行船舶航行管理, 需要通过严格并且符合要求的航次计划制订与执行, 来保证船舶的航行安全。进行严格并且符合要求的船舶航次计划制订与执行, 一是要求进行航次计划制订中, 严格按照相关要求与制定进行制订完善, 并且加强各个驾驶员在航次计划制订中参与程度;二是要求实际航行中, 注意针对发生的具体情况, 对于航次计划进行调整与修改, 并且调整与修改的航次计划需经过执行人认可。

最后, 在船舶航行管理中, 还应注意进行有效信息沟通保持, 并重视反馈的信息, 同时加强船舶的应急反应, 以保证船舶航行安全。

3. 结束语

总之, 驾驶台资源管理作为避免人为因素造成船舶航行安全问题发生的一项强制性执行的制度措施, 对于保证船舶航行安全具有积极作用和意义, 有较大的分析研究价值。

参考文献

[1]刘强, 孙健, 王凤武.认真履约加强驾驶台资源管理——由R轮搁浅事故探讨BRM在船舶管理中的作用[J].航海技术.2013 (3) .

[2]刘强, 孙健, 王凤武, 曲峰德.由一起搁浅事故谈驾驶台资源管理的应用[J].世界海运.2012 (10) .

[3]刘永利, 邓兆方.“驾驶台资源管理”培训实践及探讨[J].青岛远洋船员学院学报.2010 (1) .

[4]李湘回, 凌元.新测量船驾驶台的资源管理现状与改进探讨[J].天津航海.2011 (3) .

亚航行李规定 篇5

亚洲航空将降低15公斤和20公斤等级的行李托运费用，而其长途公司亚洲航空X将降低其25公斤和30公斤的行李托运费用。而为了满足广大旅客的需求，亚洲航空和亚洲航空X都将增加35公斤和40公斤等级的行李托运选择。新的标准实施后，只要旅客通过亚洲航空的官方网站进行行李托运预订，甚至可以比在机场柜台直接托运节省高达50%的费用。

此外，运动爱好者现在也可以享受更低的运动设备托运费用了。旅客搭乘亚洲航空(AK， FD，QZ)航班或搭乘亚洲航空X(D7)的长途航班时，只要多付20马币(折合人民币约42元人民币)的手续费，就可以托运运动设备。

亚航的行李费到底怎么收?

亚航飞的是短线航班，如澳门,香港，广州，深圳等,泰国等地往返马来西亚,所以托运费就如你查的是网上订10元，现场订21元。

另外亚航X飞的是长线航班，如马来西亚去伦敦,还有天津,杭州,澳洲等航线,都是由亚航X运营,所以托运费就是网上订48元，现场订60元。

亚航的随身携带行李是按件计算重量还是可以合计重量?

随身携带行李不可以共享，每个人7KG，而不是3个人带1个21KG的大包，因为机舱上的行李架放不下，得拆开。

亚航上飞机随身只能1件行李，带2件行不行?

亚航规定只能带1件行李，如果有2件，只要另外一件不是很夸张，是一个小包包之类的，亚航不会管的。

旅行者的大背包是否能带上飞机，有什么尺寸要求吗?

游艇航行知多少 篇6

男性年满18周岁、小于65周岁，女性年满18周岁、小于60周岁，符合海员船员体检标准，可申请非营业游艇驾驶员证书考试、评估，完成《非营业游艇驾驶员证书、考试、评估大纲》要求的培训后，参加海事局组织的考试，考试合格，方能取得分支海事局签发的《非营业性游艇驾驶员》证书。另外，持有有效海船船长、驾驶员适任证书的人员，通过非营业驾驶员实际操作培训和评估，可申领《非营业游艇驾驶员证书》。游艇驾驶员必须通过主管机关规定的培训并通过主管机关考试，取得主管机关签发的《游艇驾驶员证》。符合《中华人民共和国交通部行业标准海船船员体检要求》(港监字[1994)208号)标准，特别是要符合视觉、听觉和会话能力等方面的要求。

船只驾驶执照如何办理?

申请游艇驾驶员证书者，必须参加游艇驾驶员的培训，并经主管机关颁布的《游艇驾驶员评估、考试大纲》所规定的实际操作评估和理论考试合格。理论考试满分为100分，70分合格，实际操作评估分合格和不合格两种。申请游艇驾驶员考试者报名时应递交以下资料：

(一)本人身份证或护照(可复印件)；

(二)《游艇驾驶员考试、评估、发证申请表》；

(三)体格检查表；

(四)四张近期一寸正面、免冠、白底彩色证件照片；

(五)有效的船艇驾驶证书(如适用)。

船只驾驶执照是否需要年检?

《游艇驾驶员证》的审验及再有效换证，由游艇俱乐部或游艇驾驶员本人到主管机关申请办理。《游艇驾驶员证》由主管机关统一制作，有效期为六年。《游艇驾驶员证》每二年审验一次。持证人应在审验期届满前三个月内到主管机关申请办理。凡申请《游艇驾驶员证》再有效者，应在有效期届满前六个月内，向主管机关申请办理《游艇驾驶员证》的再有效换证。

私人游艇是否需要办理船照?

游艇的所有人应当按照《中华人民共和国船舶登记条例》的规定，向海事管理机构申请办理船舶登记，取得《船舶所有权证书》和《中华人民共和国船舶国籍证书》。未取得中华人民共和国或者其他国家、地区《船舶国籍证书》的游艇，不得在中华人民共和国沿海、内河及其他管辖水域航行、停泊。

游艇出航是否需要相关部门审批?

游艇航行、停泊的专用水域，由海事管理机构依法批准，专用水域属于港口水域的，应当符合有关港口规划；申请游艇专用的航行、停泊水域，应当按照《海事行政许可条件规定》和《交通行政许可程序规定》，向海事管理机构办理相应的航道(路)、安全作业水域许可。

游艇的整套行驶手续包括哪些?

游艇驾驶员驾驶游艇时，应当携带相应的船员适任证书、游艇驾驶证书。游艇在开航之前，游艇驾驶人员或者游艇俱乐部应当做好安全检查，确保游艇适航。

中国政府对私人游艇使用有哪些要求及禁令?

游艇在航行时，除应当遵守避碰规则和当地海事管理机构发布的特别航行规定外，应当遵守下列规定：

(一)游艇应当主动避让其他航行、停泊、作业的船舶；

(二)在港口水域、船舶定线制水域、锚地、渡口附近及其他交通管制水域，游艇不得高速行驶；

(三)游艇不得超过安全适航抗风等级开航，避免在恶劣天气及危及航行安全的情况下航行；

(四)游艇不得超过核定载客人数航行；

(五)游艇驾驶人员不得酒后驾驶、疲劳驾驶：

(六)游艇不得在禁航区、安全作业区航行。

(根据《海上交通安全法》、《海洋环境保护法》、《水污染防治法》和《内河交通安全管理条例》等法律、法规的规定制定)

中国在游艇停泊方面有哪些规定?

每艘游艇应当具有一个专用的安全停泊点，除了要求游艇必须遵守共同的航行规则外，还必须遵守各地海事管理机构制定的游艇活动区域或者禁航区域以及航行细则，(《中华人民共和国海上交通安全法》第七号主席令第4章，1983年9月2日通过，1984年1月1日执行)引自)

当产品在使用中出现问题时如何报修?

一般有三种渠道联系：

联系当地代理商或售后服务中心，如果当地没有代理商，请直接与生产厂家联系。

船只保险金如何计算?

游艇航行、停泊的专用水域，由海事管理机构依法批准，专用水域属于港口水域的，应当符合有关港口规划；申请游艇专用的航行、停泊水域，应当按照《海事行政许可条件规定》和《交通行政许可程序规定》，向海事管理机构办理相应的航道(路)、安全作业水域许可。

新购船只须交付哪些税费?

中国针对游艇征收消费税增值税，其他税费按照中华人民共和国国家税法执行。

货款中包括哪些税费?

内销价格包括消费税(8米以下船只除外)和增值税；外销价格无消费税和增值税；其他税费按照中华人民共和国国家税法执行。

游艇所用燃料是否属于常规用油?

属于常规油。

在游艇上所产生的废弃物可以直接排放至水中吗?

英国第一次环球航行 篇7

铁腕海盗和欧洲海洋形势

弗朗西斯·德雷克从13岁起就到海上谋生, 要是放在现在, 就从这个年龄看都是令人不可思议, 而他谋生的具体职业更是令人惊叹, 是跟着表兄约翰·霍金斯从事海上奴隶贸易, 用现在的土话说, 真是胆肥了。所以到后来, 他有胆量参与海上掠夺, 并攀上高枝, 有了坚实的靠山, 得到英国伊丽莎白一世的大力支持。加上他自身勇猛超群, 敢于冒险, 是前期被人们称为“铁腕海盗”的主要原因。

德雷克在海盗活动中, 为了躲避西班牙人追杀, 三十六计走为上, “歪打正着”, 不知不觉地进行了环球探险航行, 是第一个到达太平洋航行和第一个穿越印度洋的英国人, 也是有史以来第二个环球航行的人。德雷克用3年时间完成了迪亚士、达·伽马和麦哲伦这几位著名的探险家、航海家在许多年中所做的事情, 极大地激发了英国人的探险意识, 增强了英国人的探险信心。当时的英国虽已开始过渡到生产力急速发展的资本主义时期, 但由于原始积累不够, 还不能算是航海大国, 当时欧洲的海上霸主是西班牙。早在15世纪, 伟大的航海家哥伦布就在西班牙的赞助下发现了美洲大陆。后来麦哲伦又完成了环球航行, 使得西班牙对海洋的认识远远超过了其他欧洲国家, 西班牙率先进入美洲, 葡萄牙人则开进了印度。

德雷克因海盗生涯而与西班牙人结怨, 遭到追杀, 而他在摧毁西班牙的海上霸权中也屡建奇功, 成了英国人心目中的民族英雄。海洋那么大, 人不犯我, 我不犯人, 况且又是两个国家, 那德雷克是什么原因与西班牙人结怨呢?历史有因, 1519年西班牙人找到了传说中的黄金之国, 在毁灭了阿兹特克和印加这两支玛雅人的后裔文明后, 彻底控制了南美大陆, 控制了秘鲁的金矿。为了垄断与亚洲和美洲的贸易, 他们封锁了航路, 严禁他国一切船只的来往, 非西班牙的船只甚至连太平洋都没有见过, 太平洋变成了西班牙的私海。英法等国虽有怨气, 却是敢怒不敢言, 只得通过奴隶贸易分一些油水。这也是早期德雷克为什么跟着表兄进行奴隶贸易的原因。但逐渐成了气候的德雷克不满于西班牙人的海上霸主地位, 两虎相争, 必有一虎胜出。

第一次远洋探险, 收获的却是仇恨的种子

我们常形容“这人要是不顺当, 喝口凉水都塞牙”。中国古代造反还有一句形容词, 叫“逼上梁山”, 德雷克的成名, 简直就是逼出来的。

1567年, 德雷克第一次探险航行, 是与他的表兄约翰·霍金斯带领五艘贩奴船, 从英国出发, 横越大西洋, 到达加勒比海前往墨西哥。试想, 在那年代, 远航就是探险, 敢于横越大西洋, 得需要什么胆识, 能渡过大西洋, 得吃了多少苦, 因为大西洋历来是风大浪高的危险海域。

等德雷克他们千辛万苦到达了墨西哥, 由于在海上受到风暴无情的袭击, 船只受到严重损坏, 急需修理才能继续航行。可是那时的墨西哥已经是西班牙的殖民地盘了。经过联系沟通, 西班牙总督同意他们进港修理 (其实这是一个阴谋) , 但在几天后突然下令攻击, 将英国船员全部处死, 仅有德雷克和霍金斯逃离虎口, 捡了一条命。从此以后德雷克就有了一颗仇恨西班牙人的心, 他发誓在有生之年一定要向西班牙人复仇, 就此确定了其一生的轨迹。

第二次远洋探险, 抢劫了西班牙人的大批黄金和物质

如果就此隐名埋姓过着隐居的生活, 那以后就没有德雷克。他不服西班牙人, 美洲大陆那么大, 凭什么就是你西班牙人的, 凭什么赶尽杀绝我的水手, 此仇不报非君子。1572年, 德雷克召集了一批人乘坐小船, 又是经过千辛万苦偷偷横渡大西洋, 到达加勒比海, 驶进巴拿马海峡, 像当年的探险家一样, 横穿了美洲大陆, 第一次见到了浩瀚的太平洋。这样的行动, 当时为什么没被发现呢?试想, 1572年那个年代, 没有卫星, 没有现代通讯手段, 就是当地土著人看到了, 也不会向殖民统治者西班牙人汇报, 所以德雷克躲过了西班牙的劫杀。对西班牙人来说, 德雷克也不是省油灯, 德雷克率领他的船队, 在南美丛林里休息养生蹲守了近一个月后, 抢劫了运送黄金的骡队, 又抢下了几艘西班牙大帆船, 成功的返回英国成为了英雄。这次行动的意义并不仅仅在于获得黄金, 更重要的是德雷克证明了西班牙人并不是不可侵犯的, 他受到女王的召见, 并很快成为了女王的亲信。

第三次探险, 成英国环球航海第一人

1577年12月, 德雷克率领3艘海盗船和两艘补给船, 共计160多人, 再次从英国出发, 直奔美洲沿岸, 一方面只要与西班牙船只相遇, 抢劫没有商量的余地, 另一方面, 进行探险航行, 希望发现新的土地和贸易据点。可见, 此时的德雷克探险不是商人冒险家的探险, 而是英国加强王权统治、进行海上扩张的需要。

由于德雷克一直不断打劫西班牙商船, 遭到西班牙军舰的追击, 好汉不吃眼前亏, 德雷克只好一路往南逃。但由于西班牙的封锁, 他无法通过狭窄的麦哲伦海峡, 在一次猛烈的风暴中, 他所乘的旗艇“金鹿”号同船队其他伙伴失散了, 被向南吹了5度之多, 来到了西班牙人也未曾到过的地方。自从麦哲伦海峡被发现以来人们一直认为海峡以南的火地岛就是传说中的南方大陆的一部分, 但此时呈现在德雷克面前的是一片汪洋大海, 德雷克被这意外的发现惊呆了, 他很高兴的向大家宣布“传说中的南方大陆是不存在的, 即使存在, 也一定是在南方更寒冷的地方, ” (直到今天我们还称这片广阔的水域为“德雷克海峡”) 。

可是太平洋也不太平, 因为纬度太靠南了, 当船队进入太平洋后, 遇到了一场猛烈的风暴。他记述到“这样大的风暴我们从来没有见过, 白天我们看不到阳光, 夜晚望不见月亮和星星。在风暴猖獗的日子里, 天昏地暗, 日月无光, 这样的天气竟长达52个昼夜……

那时的德雷克不知道地球有没有赤道之说。大洋有一个规律, 不论是南半球还是北半球, 纬度越高, 风浪越大, 越是接近赤道风浪越小。不过根据德雷克驾船所走的航线看, 他肯定不了解大海上风浪变化的规律, 否则也不叫探险了。因为如果他熟悉海洋地理的话, 应该在南美智利海岸选择南纬30度到南纬40度之间直接横渡南太平洋一直向西航行, 从新西兰、澳大利亚南部再横渡南印度洋直接到非洲南部的好望角, 这样, 他可以缩短航程节省很多时间。如果单纯从避风浪的角度航行的, 应该沿赤道向西航行更好。可是德雷克吃尽了刚进入太平洋大风大浪的苦头, 他将船直接向北行, 穿过赤道到达北美的墨西哥海域。当到达北纬42度时, 再次遇到恶劣的天气, 没有太阳, 没有星辰, 船只无法定位, 也不能停泊, 只有漫无边际地在海上慢慢地漂移。

总结德雷克与他驾驶的“金鹿”号的航行轨迹, 很明显地可看出, 是在找不到正确航路的情况下, 闯出的一条探险航线。他在沿着南美洲西岸往北航行, 一直航行到北纬48度的加拿大西海岸, 发现无法通过北冰洋, 只好改为横越太平洋向西航行。后来, 他们终于在现在的印尼苏拉威西岛南部海岸的一个群岛和浅滩上休整逗留了一个多月。然后穿过马六甲海峡, 驶进印度洋。

1580年6月, 德雷克驾船死里逃生绕过非洲南部的好望角, 两个月后穿北回归线, 9月26日终于回到英国西南部的普利茅斯港, 受到英国女王的接见和奖赏。德雷克再次成为“民族英雄”。这次航行是继麦哲伦之后的第二次环球航行, 但德雷克却是第一个自始至终指挥环球航行的船长 (麦哲伦在菲律宾被土人打死, 有始无终) 。德雷克带回了数以吨计的黄金白银, 丰富了女王的腰包, 更重要的是德雷克为英国开辟了一条新航路, 大大促进了英国航海业的发展, 而且他还发现了宽阔的德雷克海峡。于是, 德雷克的环球探险成了英国人的骄傲, 那些可耻的海盗行为没有影响他环球航行的荣光。自此以后, 太平洋再也不是西班牙人的海了, 作为一个探险家德雷克的业绩到此为止, 但作为海战史上著名的海战专家, 他的冒险才刚刚开始。

航海探险与仇恨, 练就了德雷克的指挥才能

德雷克除在海洋探险上有惊人之举外, 在海洋军事指挥上也卓有建树。1587年, 英国女王伊丽莎白处死了亲西班牙的苏格兰女王玛丽, 西班牙宣布对英宣战, 积怨已久的两国终于拔剑相向。当时, 英国海军还非常弱小, 仅有34艘战舰, 根本无力与西班牙葡萄牙联盟作战。危机时刻, 德雷克带领着25艘海盗船赶到了。沿着西班牙海岸, 德雷克开始“外科手术式的清洗”, 在加的斯港外他击沉了36艘西班牙补给舰, 接着又冲进加的斯港击沉了33艘西班牙船只。5月15日, 德雷克舰队突袭里斯本附近的锚地, 在混乱中千百艘船只相撞沉没, 损失无以估量。接着, 他又攻占了圣维森特角 (位于葡萄牙西南角) 要塞, 扼住了出进地中海的咽喉, 在回国的路上, 他又打劫了西班牙国王菲利普二世的私人运宝船, 抢到了价值11万英镑的财富。由于这一系列的行动, 战争至少延后了一年, 从而为英国争取到了宝贵的时间。作为海盗的德雷克为英国的崛起奠定了坚实的基础。

打败西班牙的无敌舰队, 使英国成为海上新霸主

1588年5月20日, 由10个支队、130条船舰组成的西班牙“无敌舰队”从里斯本起航, 7月19日, 开始在英吉利海峡与英国的舰船队对阵。英国方面除34艘皇家海军战舰外, 还有私人船舰60艘, 前锋是由34艘战舰组成“德雷克支队”, 德雷克的表兄海盗船长霍金斯也赶来帮忙, 两人准备一起为当年死于墨西哥湾的同伴们报仇。英方的总指挥是霍华德勋爵, 西班牙方面则是米地拉公爵领军。此时的西班牙战舰仍旧以老式的楼船为主, 这种船非常大, 除了水手外, 还装满步兵, 火力配备主要以重型的加农炮为主, 作战的西班牙海军仍旧使用古老的横队战术, 即是让舰船肩并肩的前进, 用舰首炮轰击后靠近敌船打接舷战。17年前, 西班牙人就是凭借着这种战术取得了勒班托海战的胜利, 但此时英国人却采用了更为先进的战术。英国战舰多为船身轻便的快帆船, 除了水手外, 不带任何步兵。这种船灵活轻便, 更易于转向和突进, 而且根本舍弃了“接舷战”这种落后的方式, 用德雷克的话说:“海上的事要由船来解决, 和步兵没有关系。”在火力配备方面英国人使用轻型的长炮且多布置在两舷, 战斗时则采用德雷克发明的“纵队战术”, 让舰船首尾相接的排列, 用舷炮轰击。这是海战史上的一次革命, 自此以后火炮才取代步兵成为海战的主角。就这样在战争还没开始前, 西班牙舰队覆灭的命运就已经注定好了。

7月28日晚, 在德雷克的建议下, 霍华德下令采取古人采取的“火攻”, 烧得西班牙舰队陷入一片火海之中, 损失了近一半的船只, 死伤1 400多人。英舰则趁机突击, 以一船未沉, 死伤不足百人的战绩彻底击溃了西班牙的“无敌舰队”, 这就是史上著名的英西大海战。从此, 西班牙一蹶不振, 英国终于取而代之成为新的海上霸主。

浅海水下滑翔器航行效率分析 篇8

水下滑翔器又称为水下滑翔机器人或水下滑翔机,是一种利用浮力驱动的新型水下自航行器,主要用于海洋环境测量。另外,由于其具有航程大、噪声小、成本低等特点,因此具有重要的军事价值[1]。

目前,国外研制成功的水下滑翔器主要有以下三种:Webb公司生产的Slocum、华盛顿大学设计的Seaglide、Scripps海洋研究所研制的Spray[2,3,4,5]。其中Seaglider和Spray的设计工作水深分别为1000m和1500m,电动Slocum的设计深度为200m。由于电动Slocum采用了大肺活量的单冲程泵,故具有更好的机动性和浅海适应性;而Seaglider和Spray的设计追求更大的航程和续航时间,主要在深海滑翔,注重于提高滑翔能量利用效率[5]。

我国海域平均水深较浅,除南海平均海深超过1000m外,其他大部分海域都属于浅海,特别是渤海和黄海的海深还不足100m[6],因此研究适用于浅海的滑翔器更具有实用价值。浅海滑翔器在满足高机动性要求的条件下应尽量提高其航行效率,以使滑翔器在携带同样电量的情况下具有更长的续航时间和更大的航程。本文设计了适用于浅海滑翔的水下滑翔器执行系统并对航行效率进行了研究,为水下滑翔器设计和改进提供依据。

1 总体布局及执行系统

1.1 系统整体布局

水下滑翔器一般由浮力驱动系统、姿态调节系统、控制系统、通讯定位系统以及传感系统等组成。其中浮力驱动系统和姿态调节系统是整个滑翔器的运动执行系统,对系统性能有关键性的影响。为适应浅海波浪及潮汐运动较强烈、海流大、海底暗礁岛屿较多的环境,用于浅海使用的水下滑翔器应具有滑翔速度快、姿态调整迅速、纵向速度改变快、转弯半径小等特性。而这些性能主要取决于浮力驱动系统和姿态调节系统。设计适合于浅海滑翔的浮力驱动系统和俯仰调节系统是浅海水下滑翔器的关键。图1为本实验室设计的浅海水下滑翔器整体布局简图。将浮力驱动系统布置在滑翔器的头部,使浮力驱动产生的俯仰力矩方向和需要调节的航行姿态变换方向一致,加快俯仰姿态调节的速度,从而更适用于浅海。

1.2 浮力驱动系统

浮力驱动系统主要由外皮囊和内部液压系统组成,系统原理如图2所示。当滑翔器处于海面时,外皮囊中的油液在海水压力和内部负压作用下回到壳体内部,

浮力减小,开始下沉;当滑翔器在海底时,油液在液压泵的作用下从内部排到外皮囊,浮力增大,开始上浮。针对浅海滑翔特性要求,本文设计的浮力驱动系统具有最大2500mL的肺活量以及在1MPa时约3L/min的流量。液压泵采用内啮合齿轮泵,最大工作压力为18MPa。通过试验确定了在不同压力下浮力驱动液压系统电流和流量之间的关系,如表1所示,其中系统电压为24V,排量为1.5L。由表1可知,功率随着压力(滑翔深度)的增加而增加,流量随

着压力的增加而减小。试验时采用液压缸取代外皮囊,通过双向溢流阀调节系统压力。

1.3 姿态调节系统

水下滑翔器姿态调节系统由俯仰姿态调节机构和横滚姿态调节机构组成,如图3所示。水下滑翔器向前滑翔和转向是通过这两个机构的调整,在浮力驱动系统作用下,由机翼和主体产生的水动力作用而实现的。俯仰姿态调节和横滚姿态调节分别是依靠平移和旋转内部电池包从而改变航行器重心来实现的。针对浅海滑翔器需要快速调整姿态的要求,俯仰姿态调节机构采用齿轮齿条机构实现。图3c为本文设计的姿态调节系统。俯仰调节机构质量为6.54kg,移动范围为[-90mm,90mm],单向移动调整时间为7.75s;横滚姿态调整机构质量为4.14kg,机构重心距轴线距离为19.2mm。滑翔器的姿态角通过电子罗盘TCM3测量,并采用PID算法实现最终的姿态调整。

(c)系统实体照片

2 航行效率

2.1 航行效率分析

水下滑翔器所携带的能量最终消耗于以下两个负载[7]:浮力驱动负载,促使滑翔器运动;客栈负载,由姿态调整、控制、传感、导航以及通讯等构成的负载,完成除驱动外其他辅助功能。令WE表示电池提供的电能,WB表示驱动系统能耗,WH表示客栈负载能耗,则有WE=WB+WH。令wB、wH分别表示两者占总能耗的比例,本文设计的滑翔器的wB计算如表2所示。滑翔器能量利用率可以表示为

ηE=wBηTηB+wHηH (1)

式中,ηT为浮力驱动机械效率;ηB、ηH分别为浮力驱动和客栈负载的能量利用效率。

滑翔器作为一种航行载体,可认为客栈负载对航行没有贡献,航程直接决定于驱动负载,故滑翔器的航行效率可以表示为

η=wBηTηB (2)

ηT=ηpηm

式中,ηp为泵的效率,是和外界压力有关的一个函数;ηm为电机、减速器等效率。

当不考虑浮力驱动系统机械效率时,浮力驱动系统泵的理论功率为[8]

${\rm P}{}_1=\frac{1}{60}pQ(\text{k}\text{W})$

式中,p为海水压力,MPa;Q为泵的输出流量,L/min。

浮力驱动系统实测功率为

Ps=UI

式中,U为电机两端电压,V;I为电源提供的电流,A。

浮力驱动系统测量数据如表1所示。浮力驱动机械效率ηT=ηpηm=P1/Ps,如图4所示。本文浮力驱动系统机械效率最大为27%。

2.2 驱动效率将浮力驱动效率定义为[9]

ηB=Wdrag/Wpump (3)

式中,Wdrag为滑翔器克服水阻所做的有用功;Wpump为泵输出功。

对做匀速滑翔运动的滑翔器进行分析。图5为一个滑翔循环示意图,图6为滑翔器平衡状态下受力简图,其中,B为净浮力;L为升力;D为阻力;M为俯仰力矩;ε为府仰角;θ为滑翔角;α为攻角。

要保持恒定的滑翔速度v,则需要滑翔器在上升和下降两个过程净浮力(净重力)保持恒定,即B=vD/w[7]。D为航速为v时的水阻力。则泵在一个滑翔过程中输出的功,也即一个循环过程中对系统输入的功为

Win=p(ΔV0+ΔV′+ΔV″) (4)

ΔV=ΔV0+ΔV′+ΔV″

ΔV′=-V0(kw-kh)Δp

ΔV″=V0(βw-βh)ΔT

式中,Δp为压力变化量;T为海水温度;ΔT为温度变化量;ΔV0为理论上所需的基本体积变化量;ΔV为一个循环过程中泵需要排出的油液体积;ΔV′为补偿壳体和海水压缩率不同造成的相对浮力损失而额外多排出的油液体积;ΔV″为水下滑翔器穿越温越层时由于海水温度变化而造成的相对浮力损失而多排出油液体积;kw为海水压缩率系数;kh为水下滑翔器壳体压缩率系数;βw为海水的热膨胀系数;βh为壳体的热膨胀系数。

由于壳体压缩率和所处的海域特性不同,额外损失能量占驱动能耗的比例有所不同。研究表明[7],由于壳体和海水压缩率不同一般会额外增加6%的能耗;而由于温越层存在,在高纬度和赤道附近分别会额外增加8%到23%的能耗。考虑设计的安全性,这里认为海水层化造成23%的能量损失。其中基本驱动能量消耗Wbasic=2BH[4],补偿上述两种能量损失,则在一个滑翔循环过程中对浮力驱动系统输入的总功约为

Win=1.29Wbasic=2.58BH (5)

滑翔器在水平方向所受到的水阻力为DH=0.5ρ CDADu2,其中,CD为滑翔器的阻力系数;AD为航行器的最大横截面积;u为滑翔器的水平速度。滑翔器在一个循环过程克服水阻力所作的有用功为Wout=0.5ρ CDADu2d,其中,d为一次滑翔循环航行的水平距离,d=2H/tanθ。根据式(3)有

ηB=0.5ρ CDADu2/(1.29Btanθ) (6)

存在1/2ρ CDADu2/B=F[4],其中

$\begin{array}{l}F=\cos {}^2\theta (\frac{1}{2}\sin \theta \pm \sqrt{\frac{1}{4}\sin {}^2\theta -\Lambda \cos {}^2\theta })\\ \Lambda ={\rm K}A{}_{\text{D}}C{}_{\text{D}}/A{}_{\text{L}}\end{array}$

式中,Λ为滑翔器性能参数;K为机翼诱导阻力系数;AL为机翼面积;负根对应于效率差,大攻角情况,本文推导和计算时均采用正根。

浮力驱动效率为

ηB=F/(1.29tanθ) (7)

同理,当不计壳体和海水压缩率差异以及穿越温越层而造成的额外能耗时,滑翔器驱动系统输入的总功为Win=2BH,这时浮力驱动效率为

ηB=F/tanθ (8)

根据式(7)、式(8)可得不同性能参数Λ下滑翔器浮力驱动效率和滑翔角关系,如图7所示。图7中虚线为不考虑额外能量损失时的情况。在不同的性能参数Λ下,滑翔器能够达到的最高浮力驱动效率是不同的,浮力驱动效率随着Λ的减小而增加。由图7可以看出,滑翔角较小时具有较高的浮力驱动效率,但能取得最大效率的滑翔角是由滑翔器的结构参数决定的。提高浮力驱动系统的效率可以通过减小Λ、减小壳体的横截面积AD和阻力系数CD、提高机翼面积AL来达到,如采用具有大机翼面积和湿面积比的滑翔翼[10]。

本文设计的滑翔器采用矩形平板机翼,机翼弦长为120mm,展弦比取10。应用流体力学计算软件fluent 6.2,在滑翔速度为0.5m/s的情况下,采用层流模型可得设计得浅海滑翔器CD=0.34[4,11],机翼诱导阻力系数K≈0.1。壳体最大横截面积AD=0.033m3,机翼面积AL=0.12m3,可知Λ约为1/100。考虑额外能量损失时,浮力驱动效率大约为59%,取得最佳的效率的滑翔角约为18°。若通过改进滑翔器的浮力驱动系统,使得额外能量损失在滑翔器下降过程得到补偿,最大可提高29%的驱动效率。

2.3 航行效率影响因素

由式(2)可知,影响滑翔器航行效率的因素有:浮力驱动机械效率ηT、浮力驱动负载占总负载的比例wB以及浮力驱动效率ηB。当机械系统确定的情况下,ηT受滑翔深度影响;wB与滑翔速度和客栈负载有关;ηB是滑翔器性能参数Λ、额外能耗以及滑翔角θ的函数。为得到本文设计的滑翔器航行效率和滑翔深度H、水平滑翔速度u以及驱动负载占总负载比例wB之间的关系,在ηB分别固定为0.59和0.73的情况下,固定wB=0.66,并将图4中压力和浮力驱动机械系统效率ηΤ的关系代入式(2),可得航行效率和滑翔深度之间的关系,如图8所示。固定客栈负载WH=7.01W,浮力驱动系统机械效率ηT=0.27,将驱动负载所占比重wB=WB/(WB+WH)、驱动负载WB代入式(2)可得航行效率和水平滑翔速度之间的关系,如图9所示。固定浮力驱动系统机械效率ηT=0.27可得航行效率和浮力驱动负载占总负载的比例wB的关系,如图10所示。

由图8可见,由于液压泵的效率随着压力的增加而提高,故水下滑翔器滑翔深度增加时,浮力驱动机械效率相应提高,最终会提高滑翔器的航行效率。本文设计的浮力驱动系统在水深400m左右时具有最高的航行效率,约为13%。本文设计的浮力驱动系统机械效率最高为27%,这是航行效率偏低的主要原因,也是下一阶段需要改进之处。

由图9可见,随着滑翔速度的增加,航行效率会相应提高,这是由于随着水平滑翔速度u的增加,驱动负载WB增大,使得驱动负载所占比重wb增大,从而提高了滑翔器的航行效率。航行效率在航行速度小于1m/s时提高迅速,但当航速度增到1m/s后航行效率提高趋势变缓。

由图10可知,减小客栈负载能耗是提高航行效率一个有效途径,这可以通过采用能耗小的控制系统和传感器以及通过对传感器采取周期性休眠等措施来达到。

另外,通过减小额外能耗可以显著的提高滑翔器的航行效率,这可以通过改进滑翔器浮力驱动系统设计以及通过改变耐压壳体的压缩率实现。

3 结论

(1)浮力驱动效率、浮力驱动负载占总负载的比例、以及浮力驱动机械效率是影响水下滑翔器航行效率的直接因素。

(2)通过改变水下滑翔器滑翔深度、滑翔速度以及改变滑翔器客栈负载的大小可以间接改变水下滑翔器的航行效率,增加滑翔深度、滑翔速度以及减小客栈负载可以提高水下滑翔器航行效率。

(3)水下滑翔器浮力驱动效率和滑翔性能参数、滑翔角以及额外能耗相关。减小滑翔器性能参数值和额外能量消耗可以提高水下滑翔器的浮力驱动效率。

参考文献

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UUV自主航行路径规划方法 篇9

水下无人航行器(underwater unmanned vehicle,UUV)在复杂海洋环境下执行各种使命时,首先要具备绕过障碍物向目标靠近的能力,即自主导航与避障能力[1]。UUV路径规划任务需要在安全航行区域内,按一定的优化准则搜索一条从指定起始点到目标点的最优路径(或次优路径)。根据对环境信息的了解程度不同,路径规划可分为两种类型:环境信息完全已知的全局路径规划,又称静态或离线路径规划;环境信息完全未知或部分未知的局部路径规划,又称动态或在线路径规划。文献[2]采用遗传算法实现了移动机器人在静态环境下的全局路径规划。文献[3]运用蚁群算法对水下潜器的全局路径规划进行了研究。文献[4]、文献[5]分别采用滚动窗口方法和基于碰撞预测的方法实现了未知环境下机器人的局部路径规划。然而,静态环境下的全局路径规划可以保证生成全局最优路径,但不能满足在线实时路径规划的需求,局部动态路径规划对动态未知环境具有良好的适应性,但由于缺乏全局环境信息,不能充分考虑全局优化指标(路径最短、耗能最低等)。

从实际应用的角度来看,由于UUV工作环境是动态变化的,很难得到全局环境的准确信息。在复杂的动态环境中,单纯使用全局静态路径规划或者局部动态路径规划都难以解决UUV在线实时路径规划的实际问题。因此,如何设计一种既能满足实时在线应用要求,又能保证路径的全局最优性或近似最优性的规划方法就成为有待进一步研究的问题。

本文通过加入“引导点”策略,提出了一种UUV自主航行路径规划方法。本文方法基本思想是结合全局离线路径规划与局部动态路径规划的优点,克服各自的不足。首先,根据已有的环境先验信息基于蚁群优化算法进行离线全局路径规划,得到初始航行路线。其次,根据地图环境、障碍物分布以及威胁区分布等信息,确定位于初始路线上的引导点。最后,UUV在引导点的导引作用下依次向目标位置航行。在两个引导点之间基于滚动窗口方法运用局部动态避障方法对动态障碍物、威胁区进行有效规避。

1 环境建模

目前电子海图在水中兵器的应用处于探索阶段,由于电子海图的复杂性,通常需要将电子海图转换成可以直接利用的海图数据环境模型。

文中采用海图信息栅格化方法对某海域的数字海图进行渲染,首先将二维规划空间均匀分解成m×n个栅格单元,以栅格单元为路径规划中的最小移动单位,栅格分辨率根据UUV的尺寸自适应调整。如果某个栅格属于碰撞区,记为1类栅格;如不属于碰撞区则记为0类栅格,以此表示海图的碰撞区信息;其次对碰撞区进行处理、合并,消除不可航行路段和陷阱路段,将碰撞区规范成多边形图形,这样构建出的数据空间包含了标识起始点、目标点、障碍区、威胁区以及航路位置信息,可方便利用算法进行路径规划。文中对环境模型作如下假设:

1)UUV可以实时获得自身以及声纳探测范围内动态障碍的位置和速度信息,规划路径的长度在UUV航程内。

2)规划环境为二维空间,将障碍物和危险区域统称为碰撞区,以不规则区域表示。

3)不考虑潮流、海流、电子干扰等其他干扰因素的影响。

本文在进行全局路径规划时采用直角坐标系,充分利用栅格化建模的优点,使规划路径简单明了、便于数学分析计算、易于实现。而在实现UUV的局部动态避障时采用极坐标系,这主要是因为UUV的障碍物探测仪器是声纳,声纳返回的数据是障碍物的相对距离和方位,而极坐标空间拥有对长度和角度敏感的特点。极坐标系和直角坐标相互转换关系如式(1)所示。

2 UUV全局离线路径规划

2.1 本文蚁群算法

本文运用蚁群优化算法(Ant Colony Optimization,ACO)[6]实现UUV在静态环境下的全局路径规划。为了使蚁群优化算法更好地适应于UUV的路径规划,本文在基本蚁群优化算法的基础上加入如下五个策略:

1)位置目标吸引策略

采用这一策略后,蚂蚁不再盲目地进行路径搜索,而是优先选择待选栅格集中离目标点最近的栅格,提高算法搜索速度,增强了蚂蚁寻优的“方向性”。

2)蚂蚁回退策略

加入蚂蚁回退策略后,保证了蚂蚁从起始节点开始安全经过每个栅格到达目标节点。蚂蚁可以自行逃脱陷讲,没有“死亡”的现象。大幅提高了算法的适应性以及鲁棒性。

3)轮盘赌选择策略

蚂蚁在路径选择时采用确定性选择和随机性选择相结合的策略,并且在搜索过程中动态地调整确定性选择概率,从而有效地加快了进化速度和克服了搜索过程中的停滞问题。

4)精英蚂蚁策略

采用锦标赛选择策略选择精英蚂蚁,使到目前为止所找出的最优解在下一循环中对蚂蚁更有吸引力,加快算法收敛速度。

5)基于优化排序的蚂蚁策略

该策略在信息素调节因子的引入下,这种信息素更新方式的变化使得搜索出的较差路径对最终结果作用不大,还能够增强较好路径的作用来提升收敛速度。

2.2 UUV离线路径规划

基于本文蚁群算法可以快速得到UUV在静态环境下的规划路径。本文采用路径平滑方法对规划路径进行优化。该方法通过将路径节点之间不必要的中间节点(尤其是拐点)去除,调整弯路使路径平滑。图2为未优化之前的UUV全局路径规划图,规划路线长度为53.36(栅格精度为单位1)。图3为采用平滑算法对路径优化以后的路线,规划路线长度为43.36。与图2的规划路线相比,路径长度大幅缩短,更具有全局优越性。

3 UUV动态环境局部避障方法

3.1 滚动窗口规划方法

在实际的UUV航行过程中,环境信息并不是完全不变的,在航路规划时需要考虑可能发生的不确定因素,例如动态障碍物以及各种突发威胁的出现。由于环境的复杂和无规律性,建立精确的避障过程数学模型非常困难,更多的目光投向了模糊逻辑控制算法。模糊逻辑控制算法的模糊控制本身所具有鲁棒性与基于生理学的感知——动作行为结合起来,为移动机器人在复杂环境中的避障导航提供了新的思路[7]。本文采用基于滚动窗口的局部路径规划方法,使得UUV能够通过滚动窗口内感知到的局部环境信息进行实时动态局部避障,提高了UUV的生存能力以及适应动态环境顺利完成任务的能力。

滚动窗口规划是根据UUV在运动过程中实时测得的局部环境信息,以滚动方式进行在线规划,实现优化与反馈的合理结合,在一定的环境约束下,能同时保证UUV的安全性和可达性。UUV根据窗口内的环境信息,依据规划的局部路径行进一步,窗口相应向前滚动。在新的滚动窗口产生后,由传感器获得最新信息,对窗口内的环境及障碍物状况进行更新,如图4所示。

图4中,OMN扇形区域为声纳可以探测的窗口范围,OPQ扇形区域为UUV向前规划一步的区域。Γ为声纳张角。

3.2 局部动态避障方法

在实际航行中,由于动态障碍物以及动态威胁的出现,UUV的规划环境为动态实时任务环境,在这种环境下对UUV进行路径规划时需要优先考虑UUV的安全性,即能够实时躲避动态障碍物。

目前,对动态障碍物的避障方法有很多,但最有效的是根据自身及动态障碍物的位置、速度信息,进行机动规避[8]。本文解决动态环境下的路径规划问题遵循的基本思路是:把动态障碍物运动的某一时刻都看成瞬时静态的,再解算此时刻需要满足的避碰条件。运用滚动窗口的方法,随着UUV的航行,窗口向前滚动,根据探测到的动态障碍物实时进行解算、判断和避障。本文以UUV的航行速度和期望航向为优化调整变量,对局部路径规划模型进行分析和必要的数学推导。

本文极坐标原点是UUV所在位置,极轴取UUV与下一导引点的连线,即建立运动的局部极坐标系。图5是动态障碍物环境下的避障建模示意图,其中UUV和障碍物都是运动的,图中vR是UUV的运动速度,v0是障碍物的运动速度。其中,α为X轴到vR的转角,表示α=∠(vR,eX),其中eX表示极轴。同理β=∠(v0,eX)为X轴到v0的转角,ϕ=∠(vR,∆v)为∆v到vR的转角,γ=∠(∆v,LRO),µ∠(LRQ,LRO)。为保证UUV能在下一时刻在安全区间内,γ应该取在(LRO-µ,LRO+µ)范围之外的角度,将此作为安全动态避障条件,通过求解γ,找到UUV速度和角度需要满足式(2)的条件。

式(2)说明了γ同UUV的∆vR和∆α存在关联,于是避障任务就转化成对UUV速度及其角度变化量∆vR和∆α的求解。而在UUV的实际航行中,因为UUV航行速度较低,所以首选改变航向的避碰方法,而很少使用改变速度的避碰方法。在这种情况下,UUV的速度变化量为常数,即∆vR=0,仅仅依靠UUV航向的改变来实现动态避碰。将其代入避碰条件不等式得到式(3)。

如果UUV航向变化量能满足不等式(3),说明UUV通过只调整前进的航向就能成功避障,从而逃离危险区(LRO-µ,LRO+µ)范围。但如果调整航向不能满足不等式(3),说明单纯调整航向大小是不够的,就要考虑降速甚至停车了。

4 UUV自主航行路径规划方法

4.1 本文自主航行路径规划方法

本文通过加入“引导点”策略,提出了一种UUV在线全局路径规划方法。本文方法基本思想是结合全局离线路径规划与局部动态避障的优点,克服各自的不足。首先,根据已有的环境先验信息进行离线全局路径规划,得到初始航行路线。其次,根据地图环境、障碍物分布以及威胁区分布等信息,确定位于初始路线上的引导点。最后,将整个路径规划贯穿于整个UUV航行过程当中。UUV从起始点出发,沿着导引点开始航行。在两个导引点之间,UUV根据自身位置、导引点位置以及动态环境信息实时进行路径规划,UUV沿着规划路线航行,经过多次循环后就可以到达目标。在航行过程中,遇到动态障碍物,UUV可以运用动态局部避障方法进行实时规避。然后根据UUV所处的新的位置和当前条件来生成进一步接近下一导引点的部分路线。这样生成的路线既考虑了全局优化指标,也可以满足在线实时应用的要求,并保证UUV最终到达目标位置。在UUV行进过程中根据局部的环境信息不断修正全局的路径,弥补了全局规划中由环境信息的偏差而造成的路径的偏差。

4.2 引导点的确定

本文提出的方法是将执行阶段与规划阶段交替进行,通过将航迹搜索与UUV运动结合在一起,可以满足在线实时规划的要求。在该方法中,引导点如何选取是个关键性问题。目前有两种可供选择的方法。一种是人工选取;另一种是智能算法自动选取。人工选取引导点可以充分发挥规划人员的经验,并利用人的高级生物智能对全局问题的把握能力,由规划人员根据具体的地形环境、障碍物分布、威胁区分布等快速确定引导点的个数和引导点在地图上的位置。人工选取引导点简单快捷,但对规划人员的经验和素质要求较高。智能算法自动选取是利用智能算法的全局搜索能力,规划出含有引导点的初始航迹,然后均匀选出引导点,智能选取的方法具有准确、客观的优点。

本文将上述两种方法相结合对引导点进行选取。首先,基于蚁群优化算法生成全局最优路线,称为初始路径。将引导点的选取限定在初始路径上,有效缩小了引导点的选取范围。然后依据环境中具体地形信息,障碍、威胁等分布情况人工在初始路径中选取引导点。选取的引导点并不一定是UUV必须经过的位置,它只对UUV在线路径规划起“导航”作用。引导点的设置比较灵活,如果UUV与某个引导点之间的距离小于设定的阈值ε,就可以直接向下一个引导点行进。

5 仿真试验及分析

为了验证本文自主航行路径规划方法的有效性和可行性,运用上述建立的环境模型进行仿真试验。本文采用VS2005设计仿真平台界面,仿真结果以直观、形象的方式显示。其中,蚁群算法使用经过试验测试的参数:蚂蚁数量m=31,迭代循环次数为NC_max=50,初始信息素Q=100,标准值q0=0.5。本文全局最优指标为规划路径长度最短。

由图3可知,UUV在航行之前可以根据已知的先验环境信息,基于蚁群优化算法快速、有效地规划出一条具有全局最优性的航行路线,为引导点的选取提供准确的条件信息。在此基础上,由人工选取若干引导点,UUV在引导点的导引作用下以滚动窗口的方法不断前行。遇到动态障碍物时,运用局部动态避障方法进行有效规避。图7为UUV在某一海域的自主航行路径规划图,红色位置代表起始点,绿色位置代表目标点。由图7可以看出,UUV在先验信息的基础上规划出的路线具有较优的全局性能指标,图中路径上的圆圈表示本文确定的引导点。

图8为UUV未加动态避障策略的局部路径规划图,由图8可知此时UUV从导引点A在前往导引点B,在E点与由G点向E点运动的动态障碍物DOb1相撞,不能有效规避动态障碍物DOb1(黄色实心圆代表动态障碍物)。图9为UUV加入动态避障策略的局部路径规划图。UUV在D点探测到声纳范围内有动态障碍物DOb1,此时根据局部动态避障方法,UUV由CDE航向改变为CDF航向,以改变航向的方式规避了动态障碍物。

由以上仿真实验可知,本文提出的UUV自主航行路径规划方法不仅能够有效躲避动态障碍物,而且规划出的路径具有较优的全局性能指标。

6 结束语

在UUV实际航行过程中,单纯使用全局离线路径规划和局部动态路径规划都难以解决UUV在复杂环境下的自主航行问题。本文通过加入“引导点”策略,提出了一种UUV自主航行路径规划方法,该方法既克服了全局规划不适应环境改变的不足,又避免了完全依赖局部规划而不能考虑全局优化指标的缺陷。仿真实验表明,该方法能够有效解决UUV自主航行路径规划问题。

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自浮力冰下航行器 篇10

AUV无论在军事上还是在国民经济中都有着广泛的应用, 国内外都对AUV给予了高度重视[1,2,3]。目前, 研究的主要领域有几个主要方面[4]:

(1) 情报搜集。在海军人员和潜艇无法进入的海域, 进行情报搜集、监视和侦查。

(2) 水雷对抗。UUV的使用极大地提高了海军的水雷对抗能力。

(3) 通信中继。利用UUV作为通信接口, 完成水面舰船和潜艇之间、指挥中心和水面舰船之间以及其它平台之间的通信。

(4) 海洋环境监测。平时对特殊海域的海洋环境和影响战术活动的因素进行监视和数据统计, 建立数据库供战时使用。

(5) 其它应用领域。比如后勤支援和深水救难等。

本文研究一种冰下倒置的自浮力自主式水下航行器, 以陆地上的车为原型, 有利于让机器获得更稳定的工作环境。用于海洋科学调查、海洋资源开发等, 有利于提高效率, 避免了冰面上积雪难以行进的缺点, 且不受冰上复杂地形的限制。

2 水下航行器结构

水下航行器的主要结构包括:前轮、后轮、前轮箱、后轮箱、连接部分。其中前轮为左、右单独驱动的形式, 在前轮箱中安装电动机、驱动器、传动机构、向上灯光等;后轮为从动轮, 后轮箱中安装各种传感器、向下灯光;中间连接部分采用柔性材料, 工作中可以具有一定的变形量, 这是为了让航行器能在不平坦的冰面上, 始终与冰面贴合稳定运行。

2.1 前轮、后轮

前轮、后轮采用铝合金齿轮外缘, 这样的结构是用于增加航行器与冰面的抓合力, 驱动航行器工作。航行器力学模型分析如图1 所示。

当航行器以速度v稳定运动时, 航行器轮半径为R, 电机到轮的传动比为i, 效率为 η。分析如下:

电机转速为

电机效率为

可根据工作环境的不同要求选择航行器电机的型号。

2.2 其他结构

前后轮箱的主要作用是安置工作仪器以及提供自浮力, 结构为六棱柱形状的密封筒。连接部分使用较为柔韧的橡胶材料, 当运动环境不稳定时具有吸震的作用, 使航行器可以在前轮与后轮之间形成一定夹角的情况下稳定运行。

3 协调控制

水下航行器的执行装置采用模块化的设计方法, 需要控制航行器的加减速、转向等运动状态, 则需设计执行机构模块及其相应的控制模块, 然后将各模块通过CAN总线与上层决策系统进行连接, 从而实现水下航行器的自动操控。本文采用两个电机分别控制左、右前轮的运动状态。

3.1 转向控制

在航行器工作中, 前轮是由无刷直流电机驱动的。改变左右轮的电压u1、u2, 使电压不同, 则改变了电机转速使得两轮速度不同, 达到转向的作用。取其中一个电机分析如下, 加在直流电机电枢回路两端的控制电压为u , 电流为i, 电机转子的转角为ω, 电机的等效电阻和电感分别为R、L, 电机的电势系数为ke, 则电枢回路的电压平衡方程:

电机轴上的等效转动惯量为J, 电机的负载力矩为Mf, 电机提供的力矩为M, k为力矩系数, 有M=ki。电机工作的力矩平衡公式为:

本文中使用电机功率小, 且电感系数L很小, 若忽略不计则:

可得电机的工作受力关系式:

可得到电机负载力矩Mf与电机转速 ω 之间的关系。

3.2 速度控制

水下航行器运动状态包括加速、减速和匀速运行, 采用转速、电流反馈控制直流调速系统, 保证运行的稳定性不受环境变换的影响。双闭环直流调速系统的稳态结构图[6]如图2 所示, 两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出先负电压U*im决定了电流给定的最大值, 电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm, 图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。

双闭环调节系统在稳态工作中, 当两个调节器都不饱和时, 各变量之间有下列关系:

转速反馈系数的计算:

电流反馈系数的计算:

两个给定电压的最大值由工作环境决定。

4 控制系统

根据实际工作要求设计航行路线, 使用人工遥控或PID控制的方法, 控制航行器的加速、减速或转向, 并且比较实际工作路线与设计路线的差别, 并通过负反馈调节路线, 控制航行器准确的达到预期的工作位置, 控制系统图如图3。达到控制效果所需要的硬件结构, 主要有定位GPS、芯片、传感器、工作电机、解码器等。

4.1 控制方法

PID控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点, 其中一个关键的问题是PID参数的整定, 传统的方法是在获取对象数学模型的基础上, 根据某一整定原则来确定参数, 实际应用中, 许多被控过程机理复杂, 具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点。针对其参数整定不良、性能欠佳, 对被控过程的适应性差等缺点采用模糊控制与自适应PID控制结合起来, 设计了模糊自适应PID控制器。利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定, 进一步完善PID控制器的性能, 提高系统的控制精度。本文采用自适应模糊PID控制, 自动整定控制参数, 能够适应被控过程参数的变化, 又具有常规PID控制器的优点。

4.2 控制系统硬件

水下航行器的控制系统硬件以MK60DN512ZVLL10芯片为核心, 硬件系统结构包括定位器、串行通信单元、传感器、解码器、电源转化单元、复位电路、数据存储单元、Can接口、驱动器;操纵控制器根据速度传感器和定位器分别输入工作时的速度和位置信息, 速度传感器把检测到的信息输入给解码器, 定位器把航行器位置通过串行通行单元输入, 芯片处理输入信息, 并通过Can接口输出信息控制速度驱动器和转向驱动器, 从而控制航行器运动状态;复位电路实现软硬件两种模式的复位;电源转化单元给硬件系统供电。

5 总结

本文研究了一种自浮力冰下航行器, 并且对力学、控制模块进行建模, 理论的推导。

参考文献

[1]马伟锋, 胡震.AUV的研究现状与发展趋势[J].火力与指挥控制, 2008, 33 (06) :10-13.

[2]胡玉梅.无人水下航行器的发展与展望[J].电子世界, 2013 (14) :71-72.

安全航行，没有任何借口 篇11

“新连云港”轮是中海集团新建造的一艘5600TEU集装箱轮，辜忠东任职两航次，历时4个月，安全航行45000多海里，安全进出、靠离远东、西欧31个港口；安全载运集装箱23669TEU／229994吨，其中危险品箱3597吨，冷藏箱78只；顺利通过了厦门SMS外审及上海ISPS外审，实现了安全生产“七无”，即无海损、无机损、无火灾、无货损货差、无工伤、无污染、PSC检查无缺陷。难能可贵的是，辜忠东船长“洋为中用”，将“没有任何借口”理念融入到船舶安全生产当中，取得了许多宝贵的经验。

安全航行，没有任何借口，首先要有高度的责任心。辜忠东船长为了确保安全航行，严肃驾驶台纪律，强化航行值班制度。他不仅熟悉航线、航道、港口、水文、气象等情况，还非常重视监督、指导驾驶员的航行值班。他要求值班人员始终保持不闭断的正规暸望，正确使用ARPA雷达，保持系统观测，谨慎驾驶，加强VHF协调，果断采取避碰措施，做到早让、宽让、驶过让清。遇到能见度不良时，他要求驾驶员必须立即备车，使用安全航速。如果这时经过通航密集水域，他马上加强监督及采取相应的其他规定，确保安全航行。

辜忠东船长针对远东——西欧航线和挂靠港口的特点，将影响航行安全的重要区域和阶段划分为若干部分，然后采取相应的对策。

当“新连云港”轮航行于中国沿海时，辜忠东船长认为此时渔船多，通航密集；况且“新连云港”轮一周要挂靠6至7个港口，进出港口频繁，而且多数是夜间进出，船员们长时间处于满负荷的工作状态，是整个航次事故易发、多发时期。这时，他总是多加监督，反复告诫驾驶员切勿进入渔船密集区，务必绕行，以策安全。

“新连云港”轮长年航行于远东——西欧航线，其中要经过新加坡海域、马六甲海峡、SUEZ湾和运河、英吉利海峡、北海以及斯里兰卡南端、亚丁湾与红海毗邻水域、阿尔及利亚海域、突尼斯北部沿海、直布罗陀海峡等。辜忠东船长能够因地制宜，因时制宜，牢牢掌握安全航行主动权，真正做到了在安全航行面前“没有任何借口”。

新加坡海域、马六甲海峡是连接印度洋和太平洋的黄金水道，是执行IMO报告制度的分道通航制区域。那里碍航物多，浅滩多，船多流急，使得可航水域严重受限，通航情况复杂多变，狭水道中频繁追越他船，航行时间却要长达10至12小时。这时还往往多雷阵雨天气，影响暸望。菲利浦航道弯曲，尤其进出新加坡海域，穿越航道船舶很多，小渔船也多，夜间灯光暗淡，白天也不易发觉，情况非常复杂，是事故多发地段。辜忠东船长遇到狭水道航行时，总是坚守在驾驶台，要求驾驶员暸望，勤核船位，备车机动航行，谨慎驾驶，加强和VIS及他船交流船舶动态。尤其当航行至菲利浦水道附近时，他总是指令提早减速航行，争取避让主动权，从不盲目追越他船。

SUEZ湾内夜间井架背景灯光很亮，影响嘹望，并且是实行分道通航制的区域，有VIS监管；SUEZ运河是连接亚欧的黄金水道，过河时间长，大约要12个小时，况且运河狭窄。每逢此时，辜忠东船长总是要求有关人员确保机电设备、助航设备等运行正常，要求在过河前认真检测主机、舵机，确保工况良好，并严格遵守运河航行规则。

“新连云港”轮航行至英吉利海峡时，一周要挂靠4个港口，进出频繁。此时，船舶过河道航行时间长，频繁交换引水，码头掉头水域受限，此海域还属高纬度地区，气象多变；特别是经过DOVER海峡时，此海域摆渡船多，通航情况复杂；北海虽属全程引水，但海引水大多年龄较大，经验丰富但精力、体力受限，辜忠东船长告诫驾驶员必须仍然保持高度戒备，加强嘹望，保持对船位和海面动态的连续跟踪，必要时提请引水注意。

另外，当“新连云港”轮航行至斯里兰卡南端、亚丁湾与红海毗邻水域、阿尔及利亚和突尼斯北部沿海、直布罗陀海峡等重点区域时，辜忠东船长总是亲临驾驶台，确保航行安全。

辜忠东船长在认真做好安全航行工作的同时，还要求相关人员认真做好货运安全、机电设备安全、人员安全、海洋环境安全、防火安全及PSC及检查工作。他经常督促、指导大副的货运业务工作，每港检查大副的预配，确认水尺、稳性、强度、弯矩、剪力等是否符合要求。关心特种箱、尤其是冷箱、危险品箱的积载、核实危险品箱的装船许可证、积载隔离要求、应急措施和有关资料，督促检查IMO标志张帖是否齐全。督促大副在装箱过程中、出港前、大风浪来临前、风浪过后以及航行中认为必要时的各个阶段，组织水手长等认真仔细地检查、加固，不留死角，消除薄弱环节。即使在航行中对待特种箱的照料、保管、检查也严格按照SMS文件执行，确保箱运安全。

对于机电设备安全，他要求船员都要认真仔细地研究设备说明书，完全熟悉设备养护和操作程序，尊重科学，依靠科学，科学管理。严格执行巡回检查缺席，加强定期维护保养。

在人员安全管理上，辜忠东船长针对大型集装箱船舶的特点，重点抓住进出港系离泊和带拖缆作业、收放舷梯、引水梯作业、码头装卸作业、高空舷作业、机器处所检修作业、密舱室作业、高温处所作业等，严格落实防工伤措施和“三不伤害”原则，坚决做到工前会布置防范措施，工作期间由兼职安全员负责督促、检查、落实。

为了维护海洋环境安全，辜忠东船长不定期组织船员学习《MSPOL73／78》公约，针对航次所涉及的特殊区域和防污染特殊要求，严格遵守垃圾处理规定，防止油类污染的作业规定及压载水管理的规定，认真、如实填写《油类记录薄》、《垃圾记录簿》、《压载水管理计划》，使得“新连云港”轮三次在欧洲接受防污染专项检查时，均获得无缺陷通过。

为了做好防火安全工作，辜忠东船长抓住重点区域，严格落实船舶防火制度。坚决执行船舶热工作制度，禁止船员不良的吸烟习惯，杜绝任何火警隐患。

为了做好PSC、FSC以及ISPS检查工作，辜忠东船长认真执行船舶抵离港前的自查制度，每航次按要求组织船员对照中海集团船舶出国前检查表和船舶安全检查项目表开展整改工作。在工作中坚持“及时发现问题、善于解决问题”的思路，船舶自身不能解决的缺陷及时上报公司，请求岸基支持，消除设备和SMS运行中的不符合项目。正是由于辜忠东船长的严格管理、奉行了安全工作“没有任何借口”的原则，使得“新连云港”轮获得了PSC、FSC及ISPS检查的一次次的无缺陷通过，赢得了船东“安全、准班、高效”的赞誉。

辜忠东船长是一名年轻的大型集装箱轮船长，他在“新连云港”轮上的工作仅仅是他服务公司，共创“中海集团世界集运之巅”的开端。但是，他所奉行的“安全航行，没有任何借口”已经在业界引起了较好的反响。

某型水下航行体长报文通信机制 篇12

“北斗一代”[1]是我国自主研发的一种新型、全天候、区域性的卫星导航定位系统。其是由空间卫星、地面中心控制系统和用户终端组成, 可在服务区域内任何时间、任何地点, 为目标用户提供位置信息。具有快速定位、短消息通信和精密授时3大功能。目前广泛运用于水下航行体领域。

当前“北斗一代”卫星导航系统的报文长度有一定的限制, 即可为水下航行体与北斗用户型指挥机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1 680 bit的短报文通讯服务[2]。通信数据数量如果超过最大报文长度, 必须分包进行发送, 且存在丢包现象, 本文在此基础上提出一种基于“北斗一代”卫星导航系统应用于水下航行器通信的长报文可靠通信机制。该机制可有效提高通信效率。

1 水下航行体与“北斗一代”工作原理

北斗用户型指挥机主要通过“北斗一代”卫星导航系统与水下航行体传递控制指令信息、系统状态信息、航行体位置信息, 如图1所示。

定位部分:“北斗一代”为有源定位方式[3], 即水下航行体用户终端通过至少2颗导航卫星向地面控制中心发出申请定位信号, 地面控制中心主控站发出测距指令, 根据无线电信号传输的时间得到水下航行体与卫星的距离, 同时主控站数据库存有地球表面各点至地球球心的距离, 通过信号可判断出用户所在球面, 根据三球交汇定位原理, 控制中心便计算出水下航行体的位置信息, 正确引导打捞水下航行体[4,5,6]。

通信部分:“北斗一代”为短报文通信方式, 即可为水下航行体与北斗用户型指挥机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1 680 bit的短报文通讯服务。流程为: (1) 短报文发送方首相将包含接收端ID号和通信内容的通信申请信号加密后通过卫星转发入站。 (2) 地面接入站接收到通信申请信号后, 经脱密和在加密后加入持续广播出站广播电文中, 经卫星广播给用户。 (3) 接收方用户机接收出站信号, 解调解密出站电文, 完成一次通信[7,8]。

2 水下航行体长报文通信协议

2.1 整体思路

目前水下航行体合段状态下各系统主要通过“北斗一代”卫星导航系统与地面保障设备之间传递各系统实时信息, 由于目前“北斗一代”主要为短报文通信方式, 当水下航行体需发送长报文时不可一次发送[4], 且存在严重的丢包问题。本文针对该问题提出一种基于北斗卫星导航系统的水下航行体长报文通信协议。

整体思路是:发送端对长报文进行压缩分解, 编号并加包头, 首包和末包分别加起始和结束标志位。处理完毕后发送端按标号顺序发送。发送端对长报文进行解压缩整合, 去包头。并对全包进行校验, 校验完毕后发送回复正确信息。若发现丢包行为, 接收方发送要求发送方启动重传机制。

2.2 长报文发送机制

一个完整的水下航行体长报文发送过程包括长报文压缩分包、加包头和校验信息、接收响应信息分析及后续响应。发送端的工作流程如图2所示。发送方需要发送长报文消息给接收方, 首先采取的策略是将长报文进行压缩, 其次将压缩包按一定规则进行分包。分别给各个分包 (编号为1~N) 添加包头并加入开始、结束标志位, 数据包格式如表1所示。

数据包格式由数据包包头、数据包分包编号、总分包数量、起始包标记、结束包标记以及航行体数据域组成。其中起始标志位TRUE为起始数据包, 结束标记位TURE为结束数据包, 否则为FALSE。

本文提出的长报文发送机制为:发送方首先将长报文进行压缩、分包、补充数据包格式。然后顺序发送完N个数据包后则进入等待接收端回复消息状态:如果收到“接收完毕”消息, 则结束本次发送;如果收到“补发数据包X”消息, 则需要发送端启动数据重传机制, 根据标号补发相应数据包。若发送端规定时间内未收到回复信息, 则发送“查询接收信息”, 若重发3次仍未收到, 则结束本次发送。

2.3 长报文接收机制

接收端的完整工作流程如图3所示, 接收端收到N或<N个数据包并对这些数据包进行拆包头。记录已收到的数据包编号、查询结束标志位。将统计信息做判断, 验证数据包完整性, 如果数据包完整, 则发送“接收完毕”消息给发送端;如果数据包个数不完整, 则发送“补发数据包X”消息。

2.4 重传机制

接收端若收到的数据包个数小于数据包总个数, 则向发送端发送“补发数据包X”消息, 此时发送方则启动消息重传机制。发送端根据“补发数据包X”消息可知本次发送存在丢包现象, 则根据读取丢包的包编号, 重新补发相应数据包, 并等待接收端回复。如果发送端接收到“补发成功”消息则结束本次补发;若未接收到该消息, 则重发相应数据包, 重发3次仍未收到则结束本次补发。重传机制如图4所示。

3 协议可靠性验证

为验证基于“北斗”卫星导航系统的长报文通信协议的可靠性, 通过“北斗”卫星导航系统向水下航行体天线接收状态下多次发送同一长报文。一种采用传统短报文通信协议, 将长报文分包顺序发送, 丢包现象严重。其次采用本文提供的长报文协议, 重传机制可有效缓解丢包现象。试验证明, 发送相同长报文, 采用了长报文通信控制协议可有效提高水下航行体通信效率。

4 结束语

基于“北斗”卫星导航系统在水下航行体领域的应用是一项庞大的系统工程, 随着水下航行体对通信长度和时间精度的要求越来越高[5], 长报文通信协议在保证其高可靠性的基础上满足时间和通信长度方面的需求, 为实现水下航行体领域的“北斗一代”卫星导航系统, 由目前“点对点”、“点对多”的通信方式发展为分布式通信方式提供技术支撑。

摘要：当前应用于水下航行体领域的“北斗一代”卫星导航系统的通信协议主要为短报文来实现“点对点”、“点对多”的通信方式, 文中在分析现状的基础上介绍了一种基于“北斗一代”卫星导航系统的长报文可靠通信机制。经验证, 该机制可有效提高水下航行体与地面保障设备的通信效率。

关键词：水下航行体,“北斗一代”卫星导航系统,通信协议,长报文

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