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现代航海知识

更新时间:2015年05月26日

 

   1、前言

  地球的表面70%是蓝色的海洋,地球上的生物约有80%在海洋之中。海洋为人类的生存和发展提供了丰富的宝藏和无穷的资源。航海是人类认识、利用、开发海洋的基础和前提。不论是从事海洋捕捞和养殖,还是在海上从事旅客与货物运输,在海洋中开展国防和军事活动,对海洋进行科学考察,开发海底石油和矿藏等资源,在海上进行体育运动和休闲活动,从古到今,人类在海洋中的一切活动都离不开航海,即人驾驶船在海上航行、停泊和作业。

  在我国正式开始举办纪念我国伟大的航海家郑和下西洋600周年系列活动之际,回顾中国航海历史的发展和航海科学技术的进步,展示中国航海和航海科学技术的现状和前景,弘扬爱国主义和科学精神,激励我们为中国从海洋大国、航海大国、海运大国转变为海洋强国、航海强国、海运强国而努力奋斗,有其重要的现实意义。

  2、航海历史的发展

  中国航海历史悠久。早在距今7000年前的新石器时代晚期,中华民族的祖先已能用火与石斧“刳木为舟,剡木为楫”。到春秋战国时期,随着木帆船的逐步诞生,出现了较大规模的海上运输与海上战争。到秦汉时代,出现了秦代徐福船队东渡日本和西汉海船远航印度洋的壮举。在三国、两晋、南北朝时期,东吴船队巡航台湾和南洋,法显从印度航海归国,中国船队远航到了波斯湾。从随唐五代到宋元时期,中国航海业全面繁荣、海上丝绸之路远届红海与东非之滨。由于以罗盘导航为标志的航海技术取得重大突破,中国领先西方进入“定量航海”时期。到明代永乐至宣德年间,伟大的中国航海家郑和率领远洋船队,先后七次下西洋,遍访亚非各国。这一航海盛举,不但将中国古代航海业推向顶峰,而且在整个人类航海史上,竖起了一座永垂史册的丰碑。然而,随着中国晚期封建主义逐渐保守与僵化,严重阻碍了中国航海业的进一步发展和航海科学技术的不断进步,中国航海业从而进入由盛转衰的时期。虽有晚清搞洋务运动,于1865年创设江南制造局以发展民族造船业,于1873年成立轮船招商局以发展民族航运业,于1909年在高等实业学堂设立船政科以培养民族高级航海专门人才,终难成大势。

  回顾世界的航海史,早在公元前2500年以前,古埃及就有人驾驶帆桨船沿地中海东航至黎巴嫩,古希腊人毕菲在公元前4世纪在海上探险中发现了不列颠群岛。中国发明的罗盘(指南针)在14世纪前后,分别由阿拉伯人和埃及人传入欧洲,欧洲海洋国家的航海活动取得了伟大的成果。在郑和下西洋之后87年、92年、114年,1492年意大利人哥伦布横渡大西洋到达美洲,1497年葡萄牙人达·伽马绕过好望角远航印度,1519年葡萄牙人麦哲伦向西作环球航行,也载入世界航海史册。

  3、航海科学技术的进步

  中国古代航海史的辉煌依赖于中国古代航海科学技术的进步。据《汉书·尧文志》介绍,西汉时的导航占星书籍已有《海中星占验》等136卷,表明天文导航术已有发展。北宋宣和元年(1119年)《萍州可谈》中说:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”,这比1180年英国《论物质本性》中提到航海者利用水浮磁针指北,要早61年。明代《海道经》中保存了一卷据元人底稿而绘成的《海道指南图》,这是迄今所能见到的中国当代航海图中最早的一幅。到了明初,郑和七下西洋是中国古代先进航海科学技术之集大成。郑和航海术,主要记录在《郑和航海图》中。该图原名《自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图》,一部最早的远洋航用航图。其中图文记载反映了当时处于世界先进水平的中国地文航海和天文航海科学技术。据航海史学者研究表明,郑和船队中的大型海船叫“宝船”,其“大者长四十四丈四尺,阔一十八丈”;有九桅,张十二帆;足见中国明代造船业的强盛。

  在人类社会发展的进程中,欧洲国家率先从封建主义时代进入资本主义时代,各门类科学技术取得突飞猛进的发展。新的材料、机械、电气、电子、控制、信息技术逐步应用于航海,形成了近代和现代航海科学技术。18世纪炼铁业的发展导致1787年制造出第一艘铁木船,1841年建造出第一艘铁质船;1858年出现了钢,1866年开始用钢造船。就船舶动力而言,1769年研制成双向蒸汽机,1783年则制成蒸汽动力明轮船;1876年研制成功内燃机,1903年则制成内燃机船。18世纪机械制造业发展与天文学结合,致使1730年发明航用六分仪,1888年发现电磁波,1895年发明无线电报,尔后船舶采用无线电通信;1935年发明雷达,随即于1937年开始用于船舶探测目标、定位、导航与避碰;1957年发射第一颗人造地球卫星,1964年就研制出卫星导航系统,航海科学技术的不断进步,使航海从技艺逐步发展成为科学技术,从帆船时代进入机动船时代,从地文航海和天文航海时代进入电子航海时代。

  在近代和现代史中,中国航海科学技术落后于西方发达国家。新中国成立后,特别是改革开放以来,航海事业有了很大的发展。然而,在航海科学技术方面,则主要是学习、借鉴、引进、消化、吸收西方发达国家的航海科学技术成果,为我所用。我国原创性的航海科技成果较少,这一状况与我国海洋运输业和船舶制造业在规模上名列世界前列的状况还不相适应。邓小平同志指出“科学技术是第一生产力”。江泽民同志指出“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力”,因此,我们要深刻认识到,拥有自主发展的先进航海科学技术,中国才能真正成为世界航海强国。

  4、当代航海科学技术

  20世纪下半叶,伴随整个科学技术的迅猛发展,航海科学技术的进步日新月异,其重要标志如下。

  1) 船舶大型化

  在20世纪60年代,1万载重吨的船就可称为“万吨巨轮”,2000年末世界上拥有10万载重吨的超大型油轮(VLCC)数百艘,还有50万载重吨的特大型(ULCC)油轮。目前最大的散货船为30多万载重吨。集装箱船近年来也越来越大,从几百到1000、3000、5000标准箱的集装箱船已有许多;我国已有8500标准箱的集装箱船投入运营,而1万标准箱(TEU)左右的超大型集装箱船正在开发建造中。大型豪华客轮达到14万总吨级。

  2) 船舶专业化

  过去的海洋运输船舶主要是客船、普通货船和油船。近20年来,集装箱船、滚装船(Roll-Roll)、液化气船(LNG、LPG)等专业化特种船舶迅速增多。

  3) 船舶高速化

  为了与高速公路、高速铁路运输竞争,近20年来,30节(1节为每小时航行1海里,1海里等于1.852公里)以上的小型高速气垫船、水翼船、水动力船、喷气推进船快速研制并大量投入使用。当前的集装箱船速度可达25-30节,大约比过去的普通货船快一倍。

  4) 船舶自动化

  20世纪70年代计算机在船上广泛应用,从船舶在机舱设置集中控制室到出现无人值班机舱和驾驶台对主机遥控遥测,船舶机舱自动化成为趋势。随后驾驶台的自动化仪器设备不断研发和应用近10年来建造的新型船舶基本上都可称之为驾机合一的自动化船舶,其中一部分自动化程度高的船舶被称之为“高技术船舶”。

  5) 导航定位电子化

  当前,传统的陆标定位、天文定位方法已成为特殊情况下的补充手段,无线电导航定位方法经过了无线电测向仪(1921)、雷达(1935)、罗兰A(1943)、罗兰C(1958)、卫星导航系统(1964)、全球定位系统(1993)的发展历程,进入高精度卫星导航定位时代。全球定位系统(GPS)可在全球范围内全天候为海上、陆上、空中和空间用户提供连续的、高精度的三维定位、速度和时间信息,使船舶、飞机和汽车等运载工具的导航与定位发生了划时代的变革。

  6) 避碰自动化

  为在能见度不良情况下发现来船而进行避碰,船用雷达发挥很大作用。20世纪70年代研制出的自动雷达标绘装置(APPA)和雷达的结合被称之为自动避碰系统。该系统可自动采取和跟踪目标,以及自动显示来船的位置、航向、航速、相对运动和碰撞危险数据。避碰自动化进一步得到发展是20世纪末开发了船舶自动识别系统(AIS),可连续向其他船舶传送船舶自身数据,并可连续接收其他船舶的数据,有利于减少因船舶识别和避碰决策失误引起的船舶碰撞事故。

  7) 海图电子化

  传统的纸质印刷海图已不适应船舶自动化和航海智能化的发展要求,电子海图显示与信息系统在近十几年研发成功并不断完善。该系统不但能很好地提供纸质印刷海图的有用信息,而且取代了传统的手工海图作业,综合了GPS、APPA、AIS等各种现代化的导航设备所获得的信息,成为一种集成式的航海信息系统,被称为是航海领域的一场技术革命。

  8) 航海资料数字化

  航海所需的各种图书资料原都采用纸质印刷形式。随着计算机技术和互联网技术的发展,航海通告潮汐表、灯标表等出现了电子版和网络版。海员可购买光盘或在网上查询与下载。这有利于航海图书资料中内容的迅速更新,避免了海员对纸质图书资料的手工更正,使用也更加方便。

  9) 通信自动化

  无线电报、无线电话、电传和传真在船上采用,比船舶采用手旗与灯光进行通信已是很大的进步。1957年第一颗人造卫星升空,拉开了卫星通信的序幕。1979年国际海事卫星组织(Inmarsat)宣告成立,1982年开始提供全球海事卫星通信服务,Inmarsat可以为海陆空提供电话、电传、传真、数据、国际互联网及多媒体通信业务。船舶通信自动化的另一重要标志是船舶使用了全球海上遇险与安全系统(GMDSS),使船与船、船与岸台全方位和全天候即时沟通信息。一旦发生海上事故时,岸上搜救当局及遇难船或其附近船舶能够迅速地获得报警,GMDSS还能提供紧急与安全通信业务和海上安全信息的播发,以及进行常规通信。GDMSS在船上的使用导致了驾驶与通信合一,传统的船舶报务员已被取消。

  10) 航行记录自动化

  为了在船舶发生海上事故后查明事故原因,从中吸取教训,采取针对性防范措施,原由海员手工记录的航海日志、车钟记录簿等,现正被俗称为船舶“黑匣子”的航行数据记录仪(Voyage Data Recorder,VDR)代替。VDR系统由主机、传感器、数据存储器、专用备用电源和回放再现系统等构成。船上有了VDR,就大大有利于海上事故原因分析。

  5、航海服务与支持系统

  自从无线电报开始用于船岸之间的通信,船公司、岸基航海服务机构和管理部门就开始通过无线电通信影响、协助和控制船舶的航海活动。

  1) 无线电航行警告系统(Radio Navigational Warning)

  航行警告系统和航行通告,是将有关海区和水域内发生的或将要发生的,可能影响航行和作业安全的任何情况变化,及时准确地通知所有船舶,使之采取适当措施或保持戒备,以确保船舶航行和作业安全。各国海上安全主管部门专设的海岸电台用无线电发布这类公告称为无线电航行警告。1977年国际海事组织(IMO)正式建立了世界无线电航行警告系统。该系统将全球分成16个播发航行警告的区域。每个区域由一个国家作为协调人,负责将搜集到的资料进行核对、整理和编辑,再播整个区域的航行警告。

  2) 船舶定线制(Ship Routing)

  在过去上千年的航海实践中,船舶的航行路线都是由船长自行确定的。为防止船舶在雾中碰撞,1859年世界上实行了第一个分道通航制,1875年又采用了躲避浮冰的船舶定线制。到目前全世界已有100多个船舶定线制。定线制旨在减少海难事故的单航路或多航路和或定线措施,它包括分道通航制、双向航路、推荐航线、避航区、沿岸通航带、环行道、警戒区和深水航路,这些定线措施可根据实际情况结合起来使用。

  3) 船舶报告系统(Ship Report System)

  全球性的船舶动态报告制度是在18世纪初由英国劳埃德首先在全球重要地点建立的通讯网,搜集船舶动态资料。自1930年起,有些船公司规定,出海船舶必须定时向公司报告其船位、航向和航速。1958年美国海岸警卫队发起建立商船自动报告制以改进船舶搜寻和救助。现行的船舶报告系统是由IMO采用的,要求船舶通过无线电报告提供、搜集或交换信息,用于搜救、交通服务、天气预报和防止海上污染等目的。

  4) 船舶交通服务(Vessel Traffic Services)

  船舶交通服务(VTS)是负责增进海上交通安全、提高交通效率及保护海洋环境的主管机关所实施的服务系统,其范围从向船舶提供简单的信息到广泛管理一个港口或水道的船舶交通,其功能包括数据搜集、数据评估、信息服务、协助航行、组织交通和支持联合行动等。

  6、海上人命安全与防止船舶污染海洋

  由于海洋气象和海况恶劣,航行环境复杂与船舶条件受限,加上海员疏忽和失误,海难事故频繁发生,往往造成海上人命和财产重大损失以及海洋环境严重污染。就20世纪发生的特大海难事故来说,众所周知的是1912年4月15日英国泰坦尼克(Titanic)号豪华客轮在北大西洋撞上冰山后沉没,1500多人遇难。在20世纪,导致1000人以上丧生的海难事故还有十余起。从20世纪中叶起,海上运输石油和化学品的船舶数目越来越多,尺度越来越大,发生海难而严重污染海洋环境和生态系统的事件逐渐增多。1978年3月利比里亚籍超大型油轮Amoco Cadiz号在英吉利海峡靠法国一侧航行时遇强风偏航导致触礁沉没,泄漏23万吨石油而污染整个海面和法国海岸事故,引起全世界严重关注。

  专门负责海上技术事务的联合国机构--国际海事组织(IMO)的宗旨和工作目标是 “航运更安全、海洋更清洁(Safer Shiping,Cleaner Ocean)”。该组织通过制定国际法规和技术标准以及采取各种措施,在增进海上安全的同时,致力于防止船舶污染海洋。最主要的国际公约有国际海上人命安全公约(SOLAS)、国际海上避碰规则公约(COLREG)、国际载重线公约(LL)、海员培训、发证和值班标准国际公约(STCW)、国际搜寻和救助公约(SAR),以及为防止船舶污染海洋而主持制定的国际防止船舶造成污染公约(MARPOL)、国际油污防备、反应和合作公约(OPRC)等。

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