航標(biāo)錨鏈腐蝕相關(guān)數(shù)據(jù)采集分析及應(yīng)用

常淼

摘 要：2017年2月，交通運(yùn)輸部辦公廳發(fā)布關(guān)于《推進(jìn)智慧交通發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》的通知，明確了近期我國智慧交通發(fā)展的工作思路，特別是在智能化方面，提出要全面提升基于數(shù)據(jù)的決策和監(jiān)管水平。《海事航海保障“十三五”發(fā)展規(guī)劃》也提出到2020年，我國將基本建成覆蓋全面、管理高效、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、保障及時(shí)的綜合航海保障體系。著力推廣數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綜合航海保障現(xiàn)代化，提升航海保障服務(wù)社會(huì)民生的綜合能力和水平。航標(biāo)錨鏈數(shù)據(jù)采集分析及應(yīng)用正是符合以上文件精神的要求。

關(guān)鍵詞：航標(biāo)保養(yǎng) 錨鏈 腐蝕 數(shù)據(jù)采集

1.沿海航標(biāo)錨鏈維護(hù)和故障處理現(xiàn)狀

航標(biāo)是引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物與表示警告的人工標(biāo)志，為各種水上活動(dòng)提供安全信息的設(shè)施或系統(tǒng)。設(shè)于通航水域或其附近岸邊，以標(biāo)示航道、錨地、灘險(xiǎn)及其他礙航物的位置，指揮狹窄水道的交通。永久性航標(biāo)載入各國出版的航標(biāo)表和海圖。

一直以來，由于錨鏈磨損斷裂而引起的航標(biāo)漂失時(shí)有發(fā)生，其主要原因是長(zhǎng)期處于海洋腐蝕環(huán)境中的錨鏈環(huán)受到復(fù)雜環(huán)境作用而發(fā)生腐蝕、磨損，致使鏈環(huán)斷裂。目前，對(duì)于航標(biāo)保養(yǎng)，主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)轄區(qū)航標(biāo)每1至2年為一個(gè)周期進(jìn)行吊換，缺乏科學(xué)研究和預(yù)測(cè)，無法對(duì)錨鏈局部損傷做出預(yù)判。對(duì)于航標(biāo)故障，航標(biāo)維護(hù)人員通過日常航標(biāo)遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)、來往船舶報(bào)告或者現(xiàn)場(chǎng)的日常巡檢發(fā)現(xiàn)航標(biāo)異常。這樣只能是航標(biāo)出現(xiàn)異常工作情況了以后再進(jìn)行維護(hù)處理，甚至需要啟動(dòng)應(yīng)急反應(yīng)程序，這就必然會(huì)使航標(biāo)有一段時(shí)間是處于異常工作狀態(tài)，不能發(fā)揮助航作用。

建立航標(biāo)所處海域水文氣象數(shù)據(jù)采集分析，可為錨鏈累積損傷做出科學(xué)預(yù)測(cè)和評(píng)估，使航標(biāo)設(shè)置更加科學(xué)，航標(biāo)吊換保養(yǎng)更加經(jīng)濟(jì)高效，減少航標(biāo)漂失，進(jìn)而使船舶、人員和經(jīng)費(fèi)使用更加合理，是提高航標(biāo)效能，消除安全隱患，化解維護(hù)數(shù)量與維護(hù)質(zhì)量矛盾的關(guān)鍵因素。

2.航標(biāo)數(shù)據(jù)分析的現(xiàn)狀

以湛江航標(biāo)處為例，在東海島燈船安裝水文氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（傳輸）系統(tǒng)通過GPRS實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可監(jiān)測(cè)所在水域海洋環(huán)境因素，如水溫、潮流、流向、水位、風(fēng)力、風(fēng)向等。使用無線數(shù)據(jù)傳輸完成實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)查看。在湛江港D1、D2號(hào)燈浮標(biāo)安裝了實(shí)時(shí)圖傳視頻監(jiān)控設(shè)備，可用于海況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)查看。但目前這些數(shù)據(jù)只對(duì)航標(biāo)所在轄區(qū)水文氣象的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并簡(jiǎn)單記錄，數(shù)據(jù)孤立，數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)后，未對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表可視化，沒有充分對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析和應(yīng)用。

3.影響腐蝕速率的水文氣象數(shù)據(jù)

國外學(xué)者通過研究，提出了影響錨鏈腐蝕的因素和腐蝕速率的預(yù)估公式。其中影響腐蝕速率的主要因素有：海水溫度、鹽度、pH值、溶解氧、海水流速以及表面粗糙度。并通過計(jì)算以上各因素的影響，確定海水溫度、溶解氧和海水流速是錨鏈腐蝕的主要影響因素。且隨著材質(zhì)腐蝕，年限的增加，錨鏈的腐蝕深度隨之分散，造成平均腐蝕速率逐漸減小。

（1）海水溫度

湛江沿海年平均水溫呈南高北低，近岸低外海高特征。年平均水溫變化在23.7℃～24.9℃之間。東部海區(qū)等溫線大體與岸線平行，沿岸水溫在24.0℃左右，中深海區(qū)25.0℃，深海區(qū)26.0℃。

通過國外學(xué)者實(shí)際研究，海水溫度每上升10℃，腐蝕速率即增加一倍。根據(jù)Arrhenius定律，海水溫度對(duì)腐蝕速率影響在數(shù)學(xué)模型上表現(xiàn)為一種指數(shù)關(guān)系：

（2）溶解氧濃度

海水中溶解氧濃度是一個(gè)重要的變量，湛江海域溶解氧濃度為6.23～10.34mg/L。錨鏈鋼材的腐蝕速率由鋼材表面海水中氧擴(kuò)散速率影響。腐蝕速率r0隨t時(shí)刻的電流密度i的變化關(guān)系：

其中，n為鋼中氧化電子數(shù)目，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，D是海水中溶解氧擴(kuò)散系數(shù)，C是錨鏈表面和海水中的溶解氧濃度差，δ為鋼材界面上溶解氧厚度。

（3）海水流速

湛江海區(qū)東部潮流受地形影響，由北向南快速遞增，在硇洲島一帶海域，最大流速略大于2節(jié)；至外羅門水道附近最大流速達(dá)5節(jié)。瓊州海峽大潮時(shí)流速達(dá)5節(jié)；在瓊州海峽東西口的狹窄處，落潮潮流最大流速可達(dá)6節(jié)以上。雷州西部沿海全日潮最大潮汐流速0.8節(jié)。

流速對(duì)腐蝕速率的影響可依據(jù)國內(nèi)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最初的腐蝕速率和水流速度可近似看做是線性關(guān)系：

4.航標(biāo)錨鏈分析系統(tǒng)的建立

通過對(duì)航標(biāo)所在水域水文氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、關(guān)聯(lián)分析，得到航標(biāo)錨鏈可能發(fā)生異常工作的條件或指標(biāo)。從而設(shè)計(jì)和建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集技術(shù)體系，能夠支持系統(tǒng)對(duì)航標(biāo)異常工作分析的數(shù)據(jù)需求，系統(tǒng)通過內(nèi)部局域網(wǎng)從不同的數(shù)據(jù)服務(wù)器或者接口獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)一在系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行分析處理最后將分析結(jié)果反饋到用戶端，并對(duì)航標(biāo)錨鏈異常工作風(fēng)險(xiǎn)向用戶進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示。

5.結(jié)語

數(shù)據(jù)隱含著巨大的深度價(jià)值。經(jīng)過多年的航標(biāo)信息化建設(shè)，航標(biāo)系統(tǒng)積累了大量的航標(biāo)以及與水文氣象有關(guān)的數(shù)據(jù)，每天還在產(chǎn)生大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。研究和挖掘這些數(shù)據(jù)，利用信息化的手段對(duì)航標(biāo)異常工作提前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示，并借助先進(jìn)的圖形化手段，發(fā)揮其在航保服務(wù)、航標(biāo)管理、航標(biāo)維護(hù)和應(yīng)急中的作用，對(duì)提高航標(biāo)養(yǎng)護(hù)效率、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、科學(xué)輔助決策、完善導(dǎo)航服務(wù)效能等方面將具有重要的意義。

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