应用船载气象导航软件优化船舶航线实例分析

李 翔 王 辉 郑国平

一、引言

随着数字化气象预报技术的日益成熟，由专业气象导航公司对远洋船舶进行航线指导和航行监控已经成为航运界的常规做法。气象导航公司根据对船舶航行环境因素的预报，结合船舶航次载货及船舶性能条件，应用最佳控制理论为船舶优选最佳航线，在保障船舶航行安全的前提下，为船舶提供最为经济高效的航线规划指导，提高了船舶营运的经济效益。然而，由气象导航公司提供服务也存在诸如航线跟踪修正的非实时性，在设计修正航线时具有一定局限性，以及航运信息保密性差等诸多不利因素[1]。从岸基气象导航技术的发展历史来看，其本身具有的这些局限性并没有因为科技的发展而减弱。航运业的多元化发展，给岸基气象导航服务的适用性带来了更多的挑战。

随着计算机技术和船舶卫星通信技术的高速发展，船载气象导航软件应运而生，成为保证船舶安全高效生产的有效手段。本文结合对美国气象导航公司AWT（已并入StormGeo）开发的BonVoyage System（以下简称BVS）的实船应用，对船载气象导航软件的实用性及其功能优势进行分析。

二、应运而生的船载气象导航软件

在船舶营运中，岸基气象导航服务通常为船舶承租人所购买。船舶承租人与船舶所有人对气象导航服务的价值取向各不相同。船舶承租人主要关心经济数据，目的是为了在保障和提高航次经济效益的同时，通过气象导航公司的反馈数据对船舶实际履约情况予以考核，以达到经济利益最大化。而船舶所有人则主要考虑保障船舶财产安全，更重视保障船上人命安全和环境安全[2]。为了减小因恶劣天气导致的船舶浪损乃至海难事故的风险，同时也为了能够对承租人关于航速索赔提供有力的抗辩证据，船舶所有人也希望能够获得比较经济的气象导航服务。船舶航行中，船长通常要根据未来天气情况，针对航行安全对航线进行相应调整。及时获得各类天气数据是船长能够做出正确判断的关键。为了能够赋予船长更多的主动权，在为船东节约成本的同时进一步推广气象导航技术，船载气象导航软件BVS应运而生。该软件以友好的操作界面，把基础地图、船舶航线和各种海洋气象信息以图形的方式集中呈现，在为船长提供所需的各类气象信息的同时，还可以根据不同要求提供最优化航线，并根据不断更新的气象数据对航线进行持续优化。在BVS软件的协助下，船舶自主气象导航技术不再完全依赖船员气象专业知识水平，使得船舶自主气象导航技术的推广成为可能。同时，相比岸基气象导航服务而言，BVS气象导航软件为船舶所有人提供了一项更经济实惠的船舶气象导航服务。

三、BVS软件在北太平洋航线的应用

笔者曾在一艘安装BVS软件的5万吨级散货船上担任船长，有过多次沿岸航行和跨太平洋航行的使用体验，认为该软件在及时获取最新气象信息、帮助船长判断和选择最优航路、明确气象导航公司意图等方面起到了积极作用。尽管船舶承租人为我轮购买了岸基气象导航服务，但是BVS 软件赋予船长更多的主动权，在气象导航公司推荐航路上适时提出修改意见，使得船舶航路更加优化。

2015年1月29日，我轮装载钢材自韩国浦项开航，收到气象导航公司推荐航路以及未来四天的天气形势图，如图1所示。1月31日在我轮驶出轻津海峡时将迎面遇到一个发展中的强低压。气象导航公司根据低压中心未来的发展趋势以及最短航程要求给出了沿北海道东岸向东北方向航行的规避航线。

图1 气象导航公司推荐航路

开航前，在BVS软件中设定了自日本津轻海峡至目的港曼萨尼约的航线，选择最省燃油航线优化，优化结果如图2所示，红色船位所在航线为BVS推荐航路，黄色船位所在航线为气象导航公司推荐航路，很明显两段航路差别较大。BVS推荐航路并没有对前方低气压进行过多规避，只是在大圆航路的基础上变更航线，沿狂浪海域边缘航行，以抵御恶劣海况对船舶航行的影响。说明当选择以节省燃油为主要考虑因素时，BVS软件是以最短航路为基础，仅根据系统已知的气象信息进行航线设计，需要根据后续气象信息的不断更新进行修正。

图2 BVS软件推荐航路与气象导航公司推荐航路

1月30日，我轮抵达津轻海峡再次更新气象数据信息后，使用BVS软件选择最省时间航路优化。BVS软件给出了一个规避前方低气压影响的大圆航路，与之前气象导航公司推荐航路离开海峡后的规避动作基本类似，如图3所示，红色船位所在航线即为BVS软件更新后的推荐航路。与图2中气象导航公司推荐航路（黄色）相比，BVS软件推荐的规避动作更细化，仍然是保持大圆航路的最短距离航线。从实际航行结果来看，此时气象导航软件的推荐航路与后来船舶在规避恶劣海况区域时的实际航线基本吻合，说明气象导航软件在获得及时更新的气象数据后可以对短期内的计划航线做出准确的判断。

图3 BVS软件根据最新气象信息更新的推荐航路

1月31日，收到气象导航公司的航线更改信息，如图4所示。很明显，更改后的推荐航路在规避前方强低压中心的这段航线上与BVS软件是基本相同的。说明BVS软件在船上使用时更具时效性，船长可以及时获取最新气象信息，在BVS软件的建议下适时对航线做出调整。

图4 气象导航公司1月31日更新的推荐航路

2月1日清晨， 我轮在收到BVS软件定时气象更新信息后，将气象导航公司推荐航路导入BVS系统，如图5所示红色船位所在航线，并对其进行了分析。显而易见，如果按照气象导航公司的推荐航路过早转向，会驶入5米涌浪、7米海浪的狂浪海域。虽是顺风顺浪，但是在这样恶劣的海况下，顺风顺浪不利于船舶把定航向，并且伴有严重拍底以及螺旋桨飞车的危险。这样的转向偏离大圆航线角度太大，明显会增加航程。于是向气象导航公司提出建议，修改推荐航线，沿目前航向继续向东北方向航行，待避开狂狼海域后再转向近东方向航行，既避免进入狂浪海域，又可以缩短航程。

图5 利用BVS软件对气象导航推荐航路进行分析

2月1日中午我轮收到气象导航公司回复，经慎重考虑各种可选方案，同意船长对于推荐航线修改的建议。气象导航公司更新前后的推荐航路比较图如图6所示，可以明显看出新推荐航路完全规避了7级狂浪海域。

图6 气象导航公司推荐的新旧航路比较

在实际操作中，我轮又根据不断更新的气象信息进行了微调，没有直接航行至最北点，而是适时改变航向，沿着狂浪海域边缘航行，适时转向正东航行，始终保持左后方受风、受浪，既减轻了横摇影响又提高了航速，当日航行距离比气象导航公司推荐航路节省了7海里。如图7所示，红色船位即为我轮实际规避航行线路，北边是经气象导航公司再次修正的推荐航路，南边是气象导航公司之前的推荐航路。可以看出，合理使用BVS软件，船长在航路选择上有更多的主动权，可以对气象导航公司的推荐航线进行有效分析和判断，并根据更新的气象信息适时进行调整，真正做到航线最优化。

图7 我轮实际航行航线与气象导航公司推荐航线比较

在之后的航行中，我轮还利用BVS软件判断前方海域天气情况，在高纬度地区适时变更恒向线航路为大圆航路，比计划航线又节省了11海里。

四、BVS船载气象导航软件功能优势分析

BVS软件对于充分发挥船长的指挥主动权、确保船舶航行安全和提高营运效率起到积极作用。其功能优势主要体现在以下几个方面。

（1）BVS软件提供的气象信息数据及时准确。BVS软件气象数据根据类型不同来自美国国家海洋和大气局（NOAA）、美国国家环境预报中心（NCEP）以及日本气象厅（JMA）等多家官方机构[3]，可以提供最多16天的气象预报服务，每天四次定时数据更新。及时更新的数据为船长在航行中的重要决策提供了充分的信息支持。对BVS软件提供的相关海域的风、浪、涌三项气象指标与实际观测数据进行比较，得到的结果非常令人满意。对于洋流的预报，该软件给出了非常详细的资料，具体到船位点上变化较多，使用时以总体趋势作为参考，还是比较准确的。

（2）软件所提供的气象数据类型全面，以图形化显示更加浅显易懂，可以依据需要对所需海域范围以及气象数据类型进行定制选择，节省数据流量费用。目前船舶获取气象信息的方式主要是通过分析气象传真图、接收SAFETYNET或NAVTEX气象预报和预警信息，以及气象导航公司提供的航线气象预报信息等。使用这些手段接收的气象信息覆盖面积有限，观测点少，还需花费时间进行定位分析。更重要的是对这些气象信息的领会在一定程度上取决于船上人员的相关知识和技能水平。而BVS软件覆盖全球海域，除可以提供上述全部信息外，还包括卫星云图、云层分布、降水、能见度、冰况、气温、水温、洋流、主要港口天气预报等信息，以及ECA燃油控制区域、航行限制区域、海盗区等信息。软件使用实时更新的气象数据，以不同颜色的图形对信息进行展示，使用者可以清楚了解天气系统的核心内容。该软件提供了更加完整的可视化的天气系统信息，例如对风暴系统的分析预报，能实时绘制出更具体的风暴外形以及相应的危险海浪区域，把涉及航海方面的各类气象信息汇总到一起，以图像、图形、表格等多种方式予以表达，非常直观，降低了对用户相关知识水平的要求。

（3）船舶计划航线可以直接导入软件系统，作为航线天气评估的重要依据。该软件具备航线跟踪设计功能，并可以使用四种海图投影方式显示，非常直观地把各种气象信息有选择地显示在设计好的航线上，并且可以根据这些信息提出最优航路以供参考。船长可以根据实际载货及船舶性能做出更加准确的航线选择。同时该软件还可以动画方式模拟预定范围内的航行与天气系统的相对变化情况，为选择和检验最优航路提供参考。推荐航路与气象导航公司分析结果相似，并可以根据更新的气象信息不断提出修改意见，这与岸基气象导航服务类似，但主动权在船上，所以时效性更好。

五、自主气象导航对期租下航速计算的影响

合理使用BVS气象导航软件对航线进行自主优化确实可以提高整个航次的平均航速。至于应用船载气象导航软件能否帮助船舶所有人在避免因船舶履约表现不佳而导致被承租人索赔，因气象导航公司对船舶履约航速计算方法不同而有所不同。

通常气象导航公司会根据租约中的良好天气条款，单纯对租约中规定的良好天气下的船舶航行数据进行计算，通过与租约航速进行比较，从而推断船舶在整个航次中是否达到租约规定的航速和燃油消耗标准[4]。船东是否违约完全取决于船舶在良好天气下的船速表现。因为自主气象导航主要是在规避恶劣天气航段中发挥作用，所以没有帮助。

另外一种计算方式是气象导航公司依据自己掌握的气象资料和船长报告，估计出天气系数和洋流系数，对实际航速修正后得出履约航速，再与租约航速对比来判断是否满足租约要求[5]。这种计算方法尤其适用于整个航程中并没有租约所规定的良好天气条件时。在这种情况下，船载气象导航软件的优势就得以发挥，本文的实例就是通过对推荐航路的优化，提高了整个航程的平均速度。

六、结论

本文结合常规岸基气象导航服务，对BVS船载气象导航软件的应用进行分析，总结了BVS气象导航软件的功能优势，以及对期租下履约航速计算的不同影响。BVS软件借助数字化气象预报技术和卫星通信技术为船舶提供了海域覆盖全面、数据更新及时、天气预报精准的自主性气象导航服务，可以有效地保障船舶航行安全，提高海运经济效益。