浅析一种提高浮标定位精度的方法

2016-08-05陈华广州航标处

珠江水运 2016年11期

◎ 陈华广州航标处

浅析一种提高浮标定位精度的方法

◎ 陈华广州航标处

摘要：浮标作业中，定位是个很重要的一环，而无论是投放、复位浮标，巡检浮标，定位都存在一定的误差，其中一部分是可以规避的，如：船上的GPS安装位置（驾驶台顶上）离浮标所在位置的距离误差。本论文简单分析一种提高浮标定位精度的方法，目的是规避上述误差。

关键词：浮标定位提高精度

1.浮标作业中的定位

1.1浮标的结构

根据《中华人民共和国航标条例》，航标是指：供船舶定位、导航或者用于其他专用目的的助航设施，包括视觉航标、无线电导航设施和音响航标。航标按照设置形态分，可分为固定航标和浮动航标（简称浮标）。对于大多数浮标，其结构如图一：

图一：浮标结构示意图

投放浮标时，沉块（也叫沉锤）沉入水底，达到固定浮标位置的作用，浮体通过锚链，以沉块为中心回旋。1.2投放、复位浮标中的定位

投放、复位浮标时，一般是通过大、中型航标船进行作业，是以沉块的投放位置为基准来进行定位（图二为大、中型航标船投放沉块作业）。其中，关于大型海洋浮标的投放作业，更是一个系统性很强的工作，考虑的因素很多：水文气象、船舶操作等，甚至拖带大型浮标进出港时，需按规定报告港口交管中心并与其保持密切联系，同时保持在相应的VHF频道值守，及时获取最新的航行警告、气象警告等信息。也正因为浮标投放时操作难度高，能以一种简单可行的方法减少浮标的投放误差，提高定位精度，更显得尤为重要。

浮标投放作业，是用大、中型航标船的驾驶台顶上的GPS天线来定位的，而实际需要测量的位置是沉块投放的位置，沉块是通过船舷边的导缆口进行投放， GPS天线位置距导缆口约有15米左右，由此可见GPS与沉块两者之间存在一定的距离误差。航标投放时，航标作业人员会根据经验，会通过经验估算，人为的剔除掉两者之间的距离误差（沉块从舷边打落如水到沉块落到河床上的过程中，会随船舶的速度前进一段距离，但其不在本论文讨论的范围之内），也因为此步骤，使操船变得相对复杂且定位不精确，并且当估算错船头的方向时，会产生另外的误差，当估算的船头方向刚好与实际船头方向相差180°时，误差最大，翻倍至30米左右。

图二：大、中型航标船沉块投放作业

1.3巡检浮标中的定位

巡检浮标时，因为看不见沉块，也因为露在水线以上的浮体才真正发挥指示航道的作用，所以，对浮标定位，是以浮体为准。

巡检浮标是通过小型航标船来进行的。小型航标船的GPS天线位置也在驾驶室顶上，而作业时，会将浮标的浮体夹在夹持装置中（见图三）。驾驶室顶上的GPS与夹持装置之间，有约7、8米的距离，所以通过船上安装的GPS定位时，也会产生误差。

图三：夹持装置结构示意图

2.提高定位精度的必要性

2.1背景知识

对于浮标，位置是很重要的一个参数，从航标的定义可以看得出来，从以下知识点也可以看得出来：

（1）航标作用：指示航道、航标定位、指示危险区。

（2）浮标的完好性可概括为“四要素”：位置准确、灯质正常、涂色鲜明、结构良好。排在第一位的是“位置准确”。

（3）南海海区的《海区航标维护质量考核标准》第4.1项，浮动航标位置与设计位置的误差要求：

人工航槽：≤回旋半径+10 米；

港内航道：≤回旋半径+15 米；

自然航道：≤回旋半径+20 米；

浮标位置误差有特殊要求的除外。

（4）从现实中也可以看得出，船舶在水域中航行，若浮标的位置不正确，会对船舶进行误导，驶入危险水域，或偏离航道等。

2.2必要性

（1）定性的看。根据以上知识，浮标对位置的要求是很高的，提高浮标定位精度是有必要的。

（2）定量的看。《海区航标维护质量考核标准》第4.1项，浮动航标位置与设计位置的误差要求，误差都在回旋半径+20米以内。而小型航标船驾驶室顶上的GPS与夹持装置的距离误差约7、8米；投放浮标时，大、中型航标船驾驶室顶上的GPS与沉块的距离估算误差最大可达30米，相对要求中的20米以内，已经是很大的误差了，是很有必要规避的。

3.其它现行定位方法中的不足

为提高定位精度，航标作业人员有时也会用手持的GPS设备到沉块、浮标附近来定位。但会受天气的影响，如下雨时，手持GPS设备容易进水损坏；另外GPS操作人员会对航标现场作业有一定的干扰，因为甲板空间有限，航标作业不可控因数较多，会对航标作业安全造成一定影响。再者，航标投放时，让船长在驾驶室操船时，实时获知手持GPS的位置，也不容易操作。

4.一种提高浮标定位的方法

本论文探讨一种方法是：在相应的位置额外安装GPS终端，通过获取这些GPS终端的位置来获取相对准确的位置数据。

4.1提高定位精度的方案

（1）针对大、中型航标船舶。大、中型航标船舶的浮标投放、浮标复位等作业时，与沉块的投放位置最近的点是船舷边投放浮标用的导缆口。这样的导缆口在船舶左、右舷各有一个，可在这两个导缆口上各安装一个GPS，通过无线（如蓝牙、WIFI等）传输到驾驶室的设备上，并在一个显示器上显示出位置数据。作业过程中，当从左舷投放浮标时，读取安装在左舷导缆口的GPS数据；当从右舷投放浮标时，读取安装在右舷导缆口的GPS数据。

（2）针对小型航标船。小型航标船进行航标巡检工作时，其中的一项任务是，核对浮标浮体的位置。作业过程中，航标船的夹持装置把浮标夹到夹持装置的两个夹持臂中间，并收紧持臂，固定好浮标的浮体。为尽量的减少误差，可在夹持装置的两侧夹持臂中间位置各安装一个GPS终端，即当夹持装置夹住灯浮标时，安装的2个GPS终端所在的位置连线，大致经过浮体水平切面的圆心。两个GPS定位得到位置数据分别为A、B，并将2个GPS的位置通过无线（如蓝牙、WIFI等）传回到驾驶室，通过计算，取两个位置的平均值：（A+B）/2，就计算出两个GPS连线的中间位置的位置坐标。

4.2能源

关于能源，因为甲板上安装电线、数据线不方便，解决方案如下：可使用小型的可拆卸的充电电池，并多备几块。为节约电量，当航标作业时，才开启GPS定位。当电池没电时，更换新的充好电的电池。