浅析航标灯浮的位置问题
陆一军 姜新园
摘要：介绍航标灯浮的结构、水下姿态、浮标位置设计及抛设施工限差要求，收集不同水域燈浮标位置数据，进行灯浮标位置偏差、位移原因分析，提出控制方法，使航海人员对航标灯浮有进一步的了解。同时，介绍航标灯浮的实用测量方法，对航标巡检人员实施灯浮标巡检定位提供指导。
关键词：灯浮标 位置 偏差 分析 测量
0 前言
航标是航海者的指路明灯，航标位置的准确性是航标发挥效能的前提。灯浮标常常因为抛设施工的误差、潮流引起的回旋、水流湍急或被撞引起的移位等情况产生偏移设计位置的情况。在用户调查中，也常有航海、疏浚作业等水工施工人员咨询此类问题。一些航标巡检作业人员在灯浮标位置测定的方法上也存在着误区。笔者就灯浮标系碇结构、位置设计、抛设施工、回旋范围及位置测量等进行阐述。
1 灯浮标结构及水下姿态
1.1灯浮标结构
以浮体直径分，灯浮标有1.2米、1.5米、1.8米、2.4米、3.0米、5.0米等规格，东海海区90%以上的灯浮标为2.4米。灯浮标的基本结构从上往下包括器材、灯架、浮体、锚链、沉石等，具体见图1。
灯浮标的系碇结构由马鞍链、锚链、沉锤及连接件组成。
根据IALA《助航指南》推荐，小于50米水深的通航水域，锚链的最小长度为该地点最大水深（最高潮位和最大波高一半之和）的2倍。东海海区规定，浮标锚链的长度取浮标设置地最高海平面时水深的3倍。实际上，航标施工单位有时为了确保灯浮标位置的稳固性，实际配置锚链长度可能会更大。在长江口水域一般灯浮标锚链实际抛设长度为2节或2.5节。
灯浮标在水中绝大部分采用沉石或铸铁沉锤固定其位置，2.4米灯浮标的沉石为约1.8米×1.8米×0.6米混凝土预制块，重量一般为5吨。对经常发生灯浮标移位的水域，可考虑采用5吨铸铁沉锤、适当增加沉石重量，或采用双沉锤的抛设工艺，确保浮标稳定性。沉石的采购成本仅为铸铁沉锤的十分之一。常用5吨沉锤（石、铸铁），见图2。
1.2灯浮标系碇结构水下姿态
弄清系碇结构的水下姿态是分析灯浮标回旋范围的前提，但难以取得其直观的视觉效果。笔者选取三个不同海域灯浮标大潮汛期间急涨、急落水时段位置资料，进行了计算分析，见表1-1。
从表1-1数据成果可以初步看出：
（1）灯浮标的根（碇点）若去除定位和抛设施工误差，大多数也不位于设计位置上，其偏移的位置大都与锚链长度、海域水流速度呈正相关，与浮标抛设时间呈负相关。
（2）灯浮标的回旋半径均远远小于理论值。根据经验分析，灯浮标抛设经过多个小潮汛以后，靠近沉石的部分锚链逐步被淤入海床中，形成地链，会使灯浮标的实际碇点发生转移，导致实际回旋的锚链长度远小于配置的锚链总长度。
2 位置设计及抛设施工限差要求
水深条件良好的开阔水域，航道的灯浮标配布比较宽裕，这里仅介绍狭窄航道或疏浚航道的一些技术要求。
对于狭窄航道或疏浚航道，一般灯浮标并不设置在航道边界上。为提高航道可用水域，东海海区航标配布规定：灯浮标位置与航道边线的横向距离应大于但不超过1.2倍其回旋半径，通常以20～50米为宜，特殊情况可适当增加，但航槽边坡较陡并为岩石底质时，浮动标志应设置在航道底边界线上。也可考虑用活节式灯桩（浮标的一种）替代灯浮标标示航道边界，以减小旋回半径。对于潮流与航道夹角偏大或狭窄航道，往往沿航道轴线交错、同侧等距设置标志灯浮标。
规范规定，灯浮标沉锤（石）的位置与设计位置的误差应小于20米。目前，借助卫星定位系统和船舶导航系统，有经验的船长指挥航标抛设作业很容易满足这一限差要求的。
3 灯浮标位置偏差分析、位移原因及控制
3.1 偏差原因分析
灯浮标实际位置偏差来源于三个方面：抛设误差、锚链回旋、位移。
抛设误差：小于20米。
锚链回旋：理论上，灯浮标的回旋半径会几乎接近于抛设锚链的长度，也是导致灯浮标位置偏差的主要因素。事实上，受到浮体大小、锚链长度、海床底质、水流速度、抛设时间等多方面因素的影响，灯浮标锚链绝大多数存在部分埋入河床之中的现象，从前面的数据分析和大量起吊锚链的状态也证实了这一点。对于水流方向与航道方向基本一致的航道，所谓锚链的“回旋”也往往主要是在顺航道方向上所做的往复运动，对航海人员直观判断航道的边界干扰不大。
位移：由于恶劣天气、大潮汛、船舶系带、碰撞等引起的灯浮标较大的位置变化，甚至发生锚链断裂，灯浮标漂失的情况。
3.2 控制
努力控制灯浮标实际位置的偏差，使其“位置准确”，是航海保障履职部门的重要工作之一。
首先，灯浮标抛设施工时，尽量提高抛设精度，在能确保稳性的前提下，尽量减小锚链长度，以减小灯浮标回旋半径；其次，提高锚链质量和卸扣等连接件之间的稳固性和耐久性，以减小锚链断裂、灯浮标漂失的可能性；航海保障履职部门和灯浮标抛设施工单位还可以通过优化航标配布，结合水域底质、流速流向及以往工作经验改进浮标抛设工艺等手段来减少灯浮标发生位移的可能性。
东海海区的公用航标100%安装了遥测终端，航海保障履职部门可以实时了解灯浮标的位置、电流、电压、明灭等信息，位置偏差超限的灯浮标会处于报警状态，履职部门会及时安排巡检或抢修。
发生灯浮标位移，航海保障履职部门或专用航标业主应在规定时限内组织修复，确保航标能效。
4 灯浮标位置的测量
灯浮标遥测终端故障、定位模块精度较差和通信不畅等，导致航标值班人员并不能每时每刻都能得到灯浮标的实际精确位置。定期进行航标效能检查，测量灯浮标位置是航标作业部门的重要职责。
灯浮标在水中的位置实际是时刻随水流等因素动态变化的，科学测量灯浮标位置的方法是：分别在涨、落潮时段测量灯浮标位置，两次测量结果的平均值即可认为是灯浮标的平均位置。要注意将每次测量的定位天线位置根据方位和估算距离归算到灯浮标位置。这是一项技术性较强的工作。
实际工作中，航标效能检查人员往往在船舶靠近灯浮标较近时，用一次测量的船舶定位天线位置代替灯浮标位置，这是不科学的，也是不准确的，测量系统误差一般会大于±20.0米。
为提高工作效率，检查人员几乎不肯采用涨、落水时段测量，再取平均数的方法测量灯浮标位置。笔者这里推荐一个折中灯浮标定位方法：先观察潮流方向，判断灯浮标锚链走向，测量船舶自灯浮标下水贴近浮筒，与潮流方向成30°夹角顶流慢速行驶，见图4-1。判断当定位天线平面位置与锚链相交时（见图示0点），进行定位，记录坐标。
还需注意，灯浮标抛设施工和测量定位应使用高精度差分GPS和差分北斗定位设备，其动态定位精度优于±3.0米；而无差分数据时，定位精度会差于±10.0米。
5 航海人员及航标作业人员注意事项
（1）发现灯浮标位置偏移、漂失和其他效能失常的情况，应及时报航标主管机关。
（2）船舶应谨慎驾驶，尽量避免碰撞灯浮标。
（3）任何船舶不可系带于灯浮标上。
摘要：介绍航标灯浮的结构、水下姿态、浮标位置设计及抛设施工限差要求，收集不同水域燈浮标位置数据，进行灯浮标位置偏差、位移原因分析，提出控制方法，使航海人员对航标灯浮有进一步的了解。同时，介绍航标灯浮的实用测量方法，对航标巡检人员实施灯浮标巡检定位提供指导。
关键词：灯浮标 位置 偏差 分析 测量
0 前言
航标是航海者的指路明灯，航标位置的准确性是航标发挥效能的前提。灯浮标常常因为抛设施工的误差、潮流引起的回旋、水流湍急或被撞引起的移位等情况产生偏移设计位置的情况。在用户调查中，也常有航海、疏浚作业等水工施工人员咨询此类问题。一些航标巡检作业人员在灯浮标位置测定的方法上也存在着误区。笔者就灯浮标系碇结构、位置设计、抛设施工、回旋范围及位置测量等进行阐述。
1 灯浮标结构及水下姿态
1.1灯浮标结构
以浮体直径分，灯浮标有1.2米、1.5米、1.8米、2.4米、3.0米、5.0米等规格，东海海区90%以上的灯浮标为2.4米。灯浮标的基本结构从上往下包括器材、灯架、浮体、锚链、沉石等，具体见图1。
灯浮标的系碇结构由马鞍链、锚链、沉锤及连接件组成。
根据IALA《助航指南》推荐，小于50米水深的通航水域，锚链的最小长度为该地点最大水深（最高潮位和最大波高一半之和）的2倍。东海海区规定，浮标锚链的长度取浮标设置地最高海平面时水深的3倍。实际上，航标施工单位有时为了确保灯浮标位置的稳固性，实际配置锚链长度可能会更大。在长江口水域一般灯浮标锚链实际抛设长度为2节或2.5节。
灯浮标在水中绝大部分采用沉石或铸铁沉锤固定其位置，2.4米灯浮标的沉石为约1.8米×1.8米×0.6米混凝土预制块，重量一般为5吨。对经常发生灯浮标移位的水域，可考虑采用5吨铸铁沉锤、适当增加沉石重量，或采用双沉锤的抛设工艺，确保浮标稳定性。沉石的采购成本仅为铸铁沉锤的十分之一。常用5吨沉锤（石、铸铁），见图2。
1.2灯浮标系碇结构水下姿态
弄清系碇结构的水下姿态是分析灯浮标回旋范围的前提，但难以取得其直观的视觉效果。笔者选取三个不同海域灯浮标大潮汛期间急涨、急落水时段位置资料，进行了计算分析，见表1-1。
从表1-1数据成果可以初步看出：
（1）灯浮标的根（碇点）若去除定位和抛设施工误差，大多数也不位于设计位置上，其偏移的位置大都与锚链长度、海域水流速度呈正相关，与浮标抛设时间呈负相关。
（2）灯浮标的回旋半径均远远小于理论值。根据经验分析，灯浮标抛设经过多个小潮汛以后，靠近沉石的部分锚链逐步被淤入海床中，形成地链，会使灯浮标的实际碇点发生转移，导致实际回旋的锚链长度远小于配置的锚链总长度。
2 位置设计及抛设施工限差要求
水深条件良好的开阔水域，航道的灯浮标配布比较宽裕，这里仅介绍狭窄航道或疏浚航道的一些技术要求。
对于狭窄航道或疏浚航道，一般灯浮标并不设置在航道边界上。为提高航道可用水域，东海海区航标配布规定：灯浮标位置与航道边线的横向距离应大于但不超过1.2倍其回旋半径，通常以20～50米为宜，特殊情况可适当增加，但航槽边坡较陡并为岩石底质时，浮动标志应设置在航道底边界线上。也可考虑用活节式灯桩（浮标的一种）替代灯浮标标示航道边界，以减小旋回半径。对于潮流与航道夹角偏大或狭窄航道，往往沿航道轴线交错、同侧等距设置标志灯浮标。
规范规定，灯浮标沉锤（石）的位置与设计位置的误差应小于20米。目前，借助卫星定位系统和船舶导航系统，有经验的船长指挥航标抛设作业很容易满足这一限差要求的。
3 灯浮标位置偏差分析、位移原因及控制
3.1 偏差原因分析
灯浮标实际位置偏差来源于三个方面：抛设误差、锚链回旋、位移。
抛设误差：小于20米。
锚链回旋：理论上，灯浮标的回旋半径会几乎接近于抛设锚链的长度，也是导致灯浮标位置偏差的主要因素。事实上，受到浮体大小、锚链长度、海床底质、水流速度、抛设时间等多方面因素的影响，灯浮标锚链绝大多数存在部分埋入河床之中的现象，从前面的数据分析和大量起吊锚链的状态也证实了这一点。对于水流方向与航道方向基本一致的航道，所谓锚链的“回旋”也往往主要是在顺航道方向上所做的往复运动，对航海人员直观判断航道的边界干扰不大。
位移：由于恶劣天气、大潮汛、船舶系带、碰撞等引起的灯浮标较大的位置变化，甚至发生锚链断裂，灯浮标漂失的情况。
3.2 控制
努力控制灯浮标实际位置的偏差，使其“位置准确”，是航海保障履职部门的重要工作之一。
首先，灯浮标抛设施工时，尽量提高抛设精度，在能确保稳性的前提下，尽量减小锚链长度，以减小灯浮标回旋半径；其次，提高锚链质量和卸扣等连接件之间的稳固性和耐久性，以减小锚链断裂、灯浮标漂失的可能性；航海保障履职部门和灯浮标抛设施工单位还可以通过优化航标配布，结合水域底质、流速流向及以往工作经验改进浮标抛设工艺等手段来减少灯浮标发生位移的可能性。
东海海区的公用航标100%安装了遥测终端，航海保障履职部门可以实时了解灯浮标的位置、电流、电压、明灭等信息，位置偏差超限的灯浮标会处于报警状态，履职部门会及时安排巡检或抢修。
发生灯浮标位移，航海保障履职部门或专用航标业主应在规定时限内组织修复，确保航标能效。
4 灯浮标位置的测量
灯浮标遥测终端故障、定位模块精度较差和通信不畅等，导致航标值班人员并不能每时每刻都能得到灯浮标的实际精确位置。定期进行航标效能检查，测量灯浮标位置是航标作业部门的重要职责。
灯浮标在水中的位置实际是时刻随水流等因素动态变化的，科学测量灯浮标位置的方法是：分别在涨、落潮时段测量灯浮标位置，两次测量结果的平均值即可认为是灯浮标的平均位置。要注意将每次测量的定位天线位置根据方位和估算距离归算到灯浮标位置。这是一项技术性较强的工作。
实际工作中，航标效能检查人员往往在船舶靠近灯浮标较近时，用一次测量的船舶定位天线位置代替灯浮标位置，这是不科学的，也是不准确的，测量系统误差一般会大于±20.0米。
为提高工作效率，检查人员几乎不肯采用涨、落水时段测量，再取平均数的方法测量灯浮标位置。笔者这里推荐一个折中灯浮标定位方法：先观察潮流方向，判断灯浮标锚链走向，测量船舶自灯浮标下水贴近浮筒，与潮流方向成30°夹角顶流慢速行驶，见图4-1。判断当定位天线平面位置与锚链相交时（见图示0点），进行定位，记录坐标。
还需注意，灯浮标抛设施工和测量定位应使用高精度差分GPS和差分北斗定位设备，其动态定位精度优于±3.0米；而无差分数据时，定位精度会差于±10.0米。
5 航海人员及航标作业人员注意事项
（1）发现灯浮标位置偏移、漂失和其他效能失常的情况，应及时报航标主管机关。
（2）船舶应谨慎驾驶，尽量避免碰撞灯浮标。
（3）任何船舶不可系带于灯浮标上。
