航标锚链腐蚀相关数据采集分析及应用

常淼

摘 要：2017年2月，交通运输部办公厅发布关于《推进智慧交通发展行动计划》的通知，明确了近期我国智慧交通发展的工作思路，特别是在智能化方面，提出要全面提升基于数据的决策和监管水平。《海事航海保障“十三五”发展规划》也提出到2020年，我国将基本建成覆盖全面、管理高效、服务优质、保障及时的综合航海保障体系。着力推广数据综合应用，实现综合航海保障现代化，提升航海保障服务社会民生的综合能力和水平。航标锚链数据采集分析及应用正是符合以上文件精神的要求。

关键词：航标保养 锚链 腐蚀 数据采集

1.沿海航标锚链维护和故障处理现状

航标是引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志，为各种水上活动提供安全信息的设施或系统。设于通航水域或其附近岸边，以标示航道、锚地、滩险及其他碍航物的位置，指挥狭窄水道的交通。永久性航标载入各国出版的航标表和海图。

一直以来，由于锚链磨损断裂而引起的航标漂失时有发生，其主要原因是长期处于海洋腐蚀环境中的锚链环受到复杂环境作用而发生腐蚀、磨损，致使链环断裂。目前，对于航标保养，主要是根据经验对辖区航标每1至2年为一个周期进行吊换，缺乏科学研究和预测，无法对锚链局部损伤做出预判。对于航标故障，航标维护人员通过日常航标遥测遥控数据、来往船舶报告或者现场的日常巡检发现航标异常。这样只能是航标出现异常工作情况了以后再进行维护处理，甚至需要启动应急反应程序，这就必然会使航标有一段时间是处于异常工作状态，不能发挥助航作用。

建立航標所处海域水文气象数据采集分析，可为锚链累积损伤做出科学预测和评估，使航标设置更加科学，航标吊换保养更加经济高效，减少航标漂失，进而使船舶、人员和经费使用更加合理，是提高航标效能，消除安全隐患，化解维护数量与维护质量矛盾的关键因素。

2.航标数据分析的现状

以湛江航标处为例，在东海岛灯船安装水文气象实时监测（传输）系统通过GPRS实时传输监测数据，可监测所在水域海洋环境因素，如水温、潮流、流向、水位、风力、风向等。使用无线数据传输完成实时系统监控和数据传输，实现了远程现场数据查看。在湛江港D1、D2号灯浮标安装了实时图传视频监控设备，可用于海况实时监测和历史数据查看。但目前这些数据只对航标所在辖区水文气象的实时状态数据进行监测，并简单记录，数据孤立，数据记录存储后，未对监测数据进行图表可视化，没有充分对监测数据进行关联、分析和应用。

3.影响腐蚀速率的水文气象数据

国外学者通过研究，提出了影响锚链腐蚀的因素和腐蚀速率的预估公式。其中影响腐蚀速率的主要因素有：海水温度、盐度、pH值、溶解氧、海水流速以及表面粗糙度。并通过计算以上各因素的影响，确定海水温度、溶解氧和海水流速是锚链腐蚀的主要影响因素。且随着材质腐蚀，年限的增加，锚链的腐蚀深度随之分散，造成平均腐蚀速率逐渐减小。

（1）海水温度

湛江沿海年平均水温呈南高北低，近岸低外海高特征。年平均水温变化在23.7℃～24.9℃之间。东部海区等温线大体与岸线平行，沿岸水温在24.0℃左右，中深海区25.0℃，深海区26.0℃。

通过国外学者实际研究，海水温度每上升10℃，腐蚀速率即增加一倍。根据Arrhenius定律，海水温度对腐蚀速率影响在数学模型上表现为一种指数关系：

（2）溶解氧浓度

海水中溶解氧浓度是一个重要的变量，湛江海域溶解氧浓度为6.23～10.34mg/L。锚链钢材的腐蚀速率由钢材表面海水中氧扩散速率影响。腐蚀速率r0随t时刻的电流密度i的变化关系：

其中，n为钢中氧化电子数目，F为法拉第常数，D是海水中溶解氧扩散系数，C是锚链表面和海水中的溶解氧浓度差，δ为钢材界面上溶解氧厚度。

（3）海水流速

湛江海区东部潮流受地形影响，由北向南快速递增，在硇洲岛一带海域，最大流速略大于2节；至外罗门水道附近最大流速达5节。琼州海峡大潮时流速达5节；在琼州海峡东西口的狭窄处，落潮潮流最大流速可达6节以上。雷州西部沿海全日潮最大潮汐流速0.8节。

流速对腐蚀速率的影响可依据国内学者的实验数据，最初的腐蚀速率和水流速度可近似看做是线性关系：

4.航标锚链分析系统的建立

通过对航标所在水域水文气象数据进行采集、关联分析，得到航标锚链可能发生异常工作的条件或指标。从而设计和建立一个统一的数据采集技术体系，能够支持系统对航标异常工作分析的数据需求，系统通过内部局域网从不同的数据服务器或者接口获取相关数据，然后统一在系统服务器数据库中进行分析处理最后将分析结果反馈到用户端，并对航标锚链异常工作风险向用户进行风险提示。

5.结语

数据隐含着巨大的深度价值。经过多年的航标信息化建设，航标系统积累了大量的航标以及与水文气象有关的数据，每天还在产生大量的实时数据。研究和挖掘这些数据，利用信息化的手段对航标异常工作提前进行风险提示，并借助先进的图形化手段，发挥其在航保服务、航标管理、航标维护和应急中的作用，对提高航标养护效率、及时发现问题、科学辅助决策、完善导航服务效能等方面将具有重要的意义。

参考文献：

[1]郭锦宝.化学海洋学[M].厦门：厦门大学出版社，1997.156.

[2]Robert E. Melchers，“Modeling of marine immersion corrosion for mild and low-alloy steels”， [J].Part 1：phenomenological model， Corrosion 59：319-334，2003.

[3] Robert E. Melchers， “The marine corrosion of structural steels in brackish and fresh water”. [J].Struct Infrastruct Eng 2（1）：53-61，2006.endprint