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船舶操纵与控制技术 船舶操纵与控制是航海技术的重要组成部分。就航海本身而言，主要有两个基本任务：其一是导航，即定位，航海者要完成航海任务必须掌握船舶的位置；其二就是操船，航海者利用本身的技能将船舶驾驶到希望到达的位置。显然，航海活动离不开船舶操纵，离不开船舶操纵技术，从有航海活动之日起就有船舶操纵技术的存在和对其发展的需求。随着经济的发展和科技进步，航海活动领域和范围也在不断拓展，船舶操纵逐步由专门技能蜕变为科学技术，由定性的经验总结上升为定量的理论研究与实践。在本章中，我们将从船舶操纵技术的基本概念入手，简要回顾船舶操纵与控制技术的发展过程，总结目前船舶操纵与控制技术的现状，展望未来的发展方向。 3.1 船舶操纵与控制技术的回顾 在我国，将船舶操纵与控制技术作为独立的学科从船艺中分离出来也仅仅是最近20多年的事[1]。以往船舶操纵是作为一门实践性很强的技艺来看待的。只是随着现代科学技术的发展，经济发展对航海要求的提高，人们对航海技术的定量化研究的深入，船舶操纵才得以发展成为一门兼具实践性、理论性自成体系的独立学科，取得了“船舶操纵与控制技术”的名称。为了加深对此的理解，有必要从船舶操纵、船舶操纵性等的概念入手。 3.1.1 船舶操纵的基本概念 1 船舶操纵 关于船舶操纵的定义有多种说法。Horck【2】认为，船舶操纵是船长职业技能的一部分，“在船长过去长期海上经历中，他会发现经常会遇到许多不可预见的事，这就需要操船者知道特定船舶在不同指令下的反应”。在这里主要强调的是船舶操纵是一种技能和知识。 Petersen[7]把船舶操纵看作是“通过给船舶施加控制力来控制船舶运动” 的活动。在这里，控制成了船舶操纵的中心。 苏[3]给船舶操纵所下的定义是这样的：“在船舶航行的过程中，为了尽快到达目的地和减少燃料消耗，驾驶者总是力求使船舶以一定的速度沿直线运动。而当在预定的航线上发现障碍物或其他船舶时，为了避免碰撞，驾驶者又要使船舶及时改变航速或航向。在这两种情况下，驾驶者所采取的操作，称为对船舶的操纵。”这里，船舶操纵被看着操船者对船舶操作。 古【4】在解释船舶操纵的含义时是这样讲的：“船舶在营运过程中，为达到一定的目的，常需要船长或引水员根据一定的外界环境如风、流、浪涌、受限水域等条件的影响，根据船舶实际操纵性能，通过某些操纵器或操纵手段，如舵、推进器、锚、缆，乃至拖轮的运用，以保持或改变船舶的运动状态。駕引人员为保持或改变船舶运动状态所进行的必要的观察、分析、评价、判断、下达指令乃至实施控制的总过程即船舶操纵，简称为操船。”在该定义中，船舶操纵被称作操船者对船舶实施控制的总过程。 比较而言，几种定义有共同的地方，但古的定义涉及的面更广。古的定义涉及到船（操纵性能、运动状态）、环境（风、流、浪涌、受限水域）、操纵手段（舵、推进器、锚、缆、拖轮）以及人（駕引人员及其所做的观察、分析、判断、下达指令），把操船当作一个系统看待。 由此我们可以引出狭义的船舶操纵与广义的船舶操纵的概念。如果将狭义船舶操纵定义为操船者对船舶实施控制的过程，则广义的船舶操纵可以定义为：船舶操纵是一个系统行为，输入一个航海目标后，由船舶、操船者、操船装置、操船环境组成的操船系统通过信息传输与反馈而进行运转、控制及反控制，最终到达或达不到预期的目标，完成一次操船行为。在该系统的行为中，人起关键作用。为了避免与狭义的船舶操纵概念相混淆，我们把广义的船舶操纵称为“船舶操纵与控制”，其技术也称为“船舶操纵与控制技术”。 船舶操纵与控制技术的进步不仅体现在操船者操船技能的提高和操船知识的积累，还包括船舶操纵性能的改善，新技术在船舶操纵设备上的应用，以及操船环境的改善。我们在总结船舶操纵和控制技术的现状、探讨发展趋势时，将从这几个方面分别论述。 图3.1 船舶操纵与控制系统 2 船舶操纵性 船舶操纵性常被与船舶操纵的概念混淆起来。按照广义的概念，船舶操纵是一个系统的行为，而船舶操纵性则是该系统中船舶这一元素的表现能力。从狭义的概念出发，如果说船舶操纵是指操船者人对船舶所实施的操作，那么船舶操纵性则是船舶对这一操作的响应能力。 苏【3】和古【4】都将船舶操纵性定义为“船舶对驾驶者操纵的反映能力”，陆【6】则更详细地说明船舶操纵性是“船体、螺旋桨和舵在水中运动所产生的水动力，使船舶保存和改变运动状态的性能。” 把船舶操纵性看成是船舶对人的操纵的响应能力似无争议，但是关于船舶操纵性究竟应包括那些内容则有不同看法。Davidson[9]从运动稳定性的理论出发，认为船舶操纵性应包括稳定性和机动性，而藤井、野本[10][等则从船舶使用的要求出发提出船舶操纵性应包括小角度的航向保持性、中等转舵角的航向机动性和大舵角的紧急规避性。野本等的提法也未能包括船舶操纵性的全部内容, 因为,船舶并非都