航海技术与海洋工程作业指导书

航海技术与海洋工程作业指导书TOC\o"1-2"\h\u15596第一章航海技术与海洋工程概述 3111441.1航海技术与海洋工程简介 3208761.2航海技术与海洋工程的发展历程 310611.2.1航海技术的发展历程 3204421.2.2海洋工程的发展历程 33565第二章船舶设计与建造 4197262.1船舶设计原理 4196652.2船舶建造工艺 4231722.3船舶功能优化 432037第三章航海导航技术 566623.1航海导航基本原理 5156853.1.1地理坐标系统 534083.1.2航向和航速 5147313.1.3天文导航 5170783.1.4磁导航 553273.1.5声波导航 5205133.2现代导航系统 6230473.2.1全球定位系统（GPS） 6221953.2.2GLONASS 6265603.2.3北斗导航系统 6237683.2.4电子海图 632063.2.5雷达 6311163.3导航设备的使用与维护 68913.3.1使用 6253713.3.2维护 615015第四章船舶动力系统 7175804.1船舶动力系统概述 7227314.2主机与辅机 764854.2.1主机 7262954.2.2辅机 71304.3动力系统故障诊断与维修 7246984.3.1故障诊断 8243174.3.2故障维修 821728第五章海洋工程结构设计 8309435.1海洋工程结构设计原理 8118075.2海洋工程结构材料 9215325.3结构设计案例分析 921661第六章海洋工程建造技术 10288316.1海洋工程建造方法 1095276.2海洋工程建造设备 1025696.3海洋工程建造安全与环保 1015985第七章航海通信技术 11308597.1航海通信基本原理 1111437.1.1概述 11126637.1.2通信方式 11311937.1.3通信信号 11116467.1.4通信信道 11152017.2现代通信系统 12270587.2.1概述 1280637.2.2卫星通信系统 1286477.2.3无线电通信系统 12158947.2.4海底电缆通信系统 1254147.3通信设备的使用与维护 1229927.3.1无线电通信设备 12301597.3.2卫星通信设备 12193077.3.3海底电缆通信设备 1322305第八章海洋资源开发技术 13299688.1海洋资源概述 13255968.2海洋资源勘探技术 13228468.3海洋资源开发与管理 137898第九章航海安全与环保 14234379.1航海安全基本知识 14173649.1.1航海安全概述 1469239.1.2船舶构造与安全 14255219.1.3航海仪器与安全 14254899.1.4航海规则与安全 14185349.1.5船舶操纵与安全 15222029.1.6应急处理与安全 15303929.2航海预防与处理 15290529.2.1航海类型与原因 15322299.2.2航海预防措施 15316759.2.3航海处理方法 1534439.3海洋环保技术 1564819.3.1海洋污染概述 15190959.3.2海洋环保技术概述 15123739.3.3船舶污染防治技术 15271009.3.4海洋资源保护技术 15139999.3.5海洋环境监测技术 1630445第十章航海技术与海洋工程发展趋势 161874710.1航海技术发展趋势 161732210.2海洋工程技术发展趋势 161664410.3产业政策与市场前景分析 17第一章航海技术与海洋工程概述1.1航海技术与海洋工程简介航海技术是指在海洋环境中，为实现船舶安全、高效航行和海洋资源开发所采用的技术手段和方法。其主要内容包括船舶导航、船舶操纵、船舶动力系统、通信与信息处理、海洋环境保护等方面。航海技术的发展对保障船舶安全、提高运输效率、促进海洋经济发展具有重要意义。海洋工程则是指利用现代科学技术，对海洋资源进行勘探、开发、利用和保护的一门综合技术。海洋工程涉及的范围广泛，包括海洋油气开发、海洋渔业、海洋能源、海洋矿物资源、海洋环境保护等。海洋工程的发展对维护国家海洋权益、促进海洋经济可持续发展具有关键作用。1.2航海技术与海洋工程的发展历程1.2.1航海技术的发展历程航海技术的历史悠久，可追溯至远古时期。以下是航海技术发展的几个阶段：（1）古代航海：古代航海技术以天文导航、地文导航为主，如利用太阳、月亮、星辰等自然现象来确定船舶位置。古代航海家还根据海岸线、地形、风向等自然条件进行导航。（2）中世纪航海：中世纪时期，航海技术得到了进一步发展。出现了指南针、航海图、航海日志等航海工具，为航海提供了更为精确的导航手段。（3）现代航海：20世纪以来，航海技术进入了一个新的阶段。电子导航技术的出现，如卫星导航、无线电导航等，使航海精度大大提高。船舶动力系统、通信与信息处理技术的进步，也为航海技术的发展提供了有力支持。1.2.2海洋工程的发展历程海洋工程的发展历程可分为以下几个阶段：（1）初期海洋工程：早期海洋工程以沿海地区的港口建设、渔业捕捞等为主。这一阶段的海洋工程主要依靠人力和简单工具进行。（2）中期海洋工程：工业革命的推进，海洋工程得到了快速发展。出现了海洋油气开发、海洋能源利用等新兴领域。这一阶段的海洋工程以机械化和自动化技术为主。（3）现代海洋工程：20世纪末以来，海洋工程进入了一个新的发展阶段。海洋工程领域不断扩大，涉及海洋资源勘探、开发、利用和保护等多个方面。现代海洋工程以高科技、智能化、绿色环保为特点，为我国海洋经济的发展提供了有力支撑。第二章船舶设计与建造2.1船舶设计原理船舶设计是航海技术与海洋工程领域的重要组成部分，其设计原理涉及流体力学、结构力学、材料力学等多学科知识。船舶设计原理主要包括以下几个方面：（1）船体几何形状设计：根据船舶的使用需求和功能要求，设计合理的船体几何形状，以满足船舶的浮力、稳性和耐波性等要求。（2）船体结构设计：船体结构设计需要考虑船舶在航行过程中所承受的各种载荷，包括静载荷、动载荷和冲击载荷等。结构设计应保证船体具有足够的强度、刚度和稳定性。（3）船舶动力系统设计：船舶动力系统设计包括主机、辅机和传动装置的选择与匹配，以满足船舶的航速、续航力和燃油消耗等功能要求。（4）船舶舾装设计：船舶舾装设计包括船舶内部装饰、设备安装和系统布局等，以满足船舶的使用功能和美观需求。2.2船舶建造工艺船舶建造工艺是航海技术与海洋工程领域的核心技术之一，主要包括以下几个环节：（1）钢材预处理：对钢材进行预处理，包括切割、除锈、喷漆等，以保证钢材的质量和施工效率。（2）分段制作：根据船舶设计图纸，将船体分成若干个分段，进行焊接、装配等施工。（3）船体合拢：将各个分段按照设计要求进行合拢，形成完整的船体结构。（4）舾装施工：在船体合拢后，进行船舶内部装饰、设备安装和系统布局等施工。（5）下水试验：完成船舶建造后，进行下水试验，检查船舶的功能和结构安全。2.3船舶功能优化船舶功能优化是航海技术与海洋工程领域的研究重点，主要包括以下几个方面：（1）船体线型优化：通过调整船体线型，降低船舶阻力，提高航速和燃油效率。（2）船舶结构优化：通过优化船舶结构设计，减轻船舶重量，提高承载能力和稳定性。（3）船舶动力系统优化：通过改进动力系统设计，提高主机效率和燃油消耗率，降低环境污染。（4）船舶能效管理：通过实施能效管理措施，降低船舶能耗，提高能源利用效率。（5）船舶智能化：利用现代信息技术，实现船舶的智能监控与控制，提高船舶安全性和运营效率。第三章航海导航技术3.1航海导航基本原理航海导航是船舶安全航行的重要保障，其基本原理主要包括以下几个方面：3.1.1地理坐标系统地理坐标系统是航海导航的基础，包括经度、纬度和高度三个坐标。通过确定船舶在地球表面的位置，为航海导航提供依据。3.1.2航向和航速航向是指船舶前进的方向，通常用角度表示。航速是指船舶在单位时间内行驶的距离，通常用节表示。航向和航速是航海导航中重要的参数，用于计算船舶的航迹。3.1.3天文导航天文导航是利用天体（如太阳、月亮、星星等）进行导航的方法。通过观测天体的高度和方位角，可以计算出船舶的位置。3.1.4磁导航磁导航是利用地球磁场的特性进行导航的方法。船舶上安装磁罗经，根据磁针的指向确定船舶的航向。3.1.5声波导航声波导航是利用声波在水中的传播特性进行导航的方法。通过测量声波在水中的传播速度和方向，可以确定船舶的位置。3.2现代导航系统科技的发展，现代导航系统逐渐取代了传统的导航方法，主要包括以下几种：3.2.1全球定位系统（GPS）全球定位系统是美国研发的一种卫星导航系统，具有全球覆盖、高精度、实时导航的特点。船舶通过接收卫星信号，实时获取自身的位置、速度和时间信息。3.2.2GLONASSGLONASS是俄罗斯研发的卫星导航系统，与GPS类似，具有全球覆盖、高精度的特点。3.2.3北斗导航系统北斗导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，已实现全球覆盖。船舶通过接收北斗卫星信号，获取位置、速度和时间信息。3.2.4电子海图电子海图是一种数字化的航海地图，集成了航海导航、航线规划、航行警告等功能，为船舶提供直观、便捷的导航信息。3.2.5雷达雷达是一种利用电磁波进行导航的设备，可以探测船舶周围的目标，如岛屿、礁石、其他船舶等，为船舶提供实时、准确的导航信息。3.3导航设备的使用与维护为保证航海导航的安全和准确，导航设备的使用与维护。3.3.1使用在使用导航设备时，操作人员应熟练掌握设备的使用方法，按照操作规程进行操作。同时要关注设备的运行状态，发觉异常及时处理。3.3.2维护导航设备的维护主要包括以下几个方面：（1）定期检查设备，保证设备功能良好；（2）保持设备清洁，防止灰尘、油污等影响设备功能；（3）检查设备连接线，保证连接可靠；（4）定期更新设备软件，提高设备功能；（5）遵循设备制造商的建议，进行定期保养和维修。通过以上措施，可以保证导航设备的正常运行，为船舶航海导航提供有力保障。第四章船舶动力系统4.1船舶动力系统概述船舶动力系统是船舶的核心组成部分，其主要功能是为船舶提供推进力和电力。动力系统的功能直接影响着船舶的航行功能、经济性和安全性。船舶动力系统主要包括主机、辅机、传动装置、推进装置和辅助设备等。船舶动力系统的设计需要遵循以下原则：（1）可靠性：动力系统应能在各种工况下稳定运行，保证船舶安全航行。（2）经济性：动力系统应具有较高的燃油经济性，降低运营成本。（3）环保性：动力系统应满足环保要求，减少对海洋环境的污染。（4）灵活性：动力系统应具有较强的适应性，满足不同船舶类型和工况的需求。4.2主机与辅机4.2.1主机主机是船舶动力系统的核心部分，负责提供船舶的主要推进力。根据燃料类型和工作原理的不同，主机可分为以下几种：（1）蒸汽轮机主机：采用蒸汽作为工作介质，具有结构简单、运行稳定的特点。（2）内燃机主机：采用燃油作为燃料，具有热效率高、体积小的特点。（3）燃气轮机主机：采用天然气或液体燃料，具有热效率高、启动快的优点。4.2.2辅机辅机是船舶动力系统的辅助设备，主要包括发电机、空调、泵等。辅机的主要作用是为船舶提供电力、空调、消防、排水等功能。辅机的选择应根据船舶的具体需求来确定。4.3动力系统故障诊断与维修动力系统故障诊断与维修是船舶运营过程中的一环。以下为动力系统故障诊断与维修的几个方面：4.3.1故障诊断故障诊断是指对动力系统运行过程中出现的异常情况进行检测、分析、判断，找出故障原因。故障诊断方法主要包括：（1）听觉诊断：通过听主机和辅机的声音，判断设备运行是否正常。（2）视觉诊断：通过观察设备的外观，检查是否存在泄漏、磨损等问题。（3）温度诊断：通过测量设备温度，判断是否存在过热、冷却不足等问题。（4）振动诊断：通过测量设备振动，分析振动原因，判断是否存在故障。4.3.2故障维修故障维修是指针对动力系统故障，采取相应的措施进行修复。故障维修主要包括以下步骤：（1）查找故障原因：根据故障诊断结果，查找故障原因。（2）制定维修方案：根据故障原因，制定合理的维修方案。（3）实施维修：按照维修方案，进行设备维修。（4）验收维修效果：维修完成后，对设备进行验收，保证维修效果达到预期目标。在动力系统故障诊断与维修过程中，应遵循以下原则：（1）及时性：发觉故障后，应及时进行处理，避免故障扩大。（2）安全性：维修过程中，保证人员安全和设备安全。（3）科学性：采用科学的方法和手段进行故障诊断与维修。（4）经济性：在保证维修质量的前提下，降低维修成本。第五章海洋工程结构设计5.1海洋工程结构设计原理海洋工程结构设计原理是海洋工程结构设计的基础。其主要包括结构力学原理、海洋环境因素影响原理以及结构安全可靠性原理等。结构力学原理是海洋工程结构设计的核心，涉及到结构分析、稳定性和强度计算等方面。在结构力学原理的指导下，设计者能够保证海洋工程结构在复杂的海洋环境下保持稳定性和安全性。海洋环境因素影响原理是海洋工程结构设计必须考虑的因素。这包括海浪、海流、海冰等自然因素以及海洋腐蚀、生物附着等影响。在设计过程中，需要对各种环境因素进行充分评估和分析，以保证结构在恶劣的海洋环境中能够正常运行。结构安全可靠性原理是海洋工程结构设计的重要原则。在设计过程中，要充分考虑结构的耐久性、安全系数和风险控制等方面，保证结构在整个生命周期内具有较高的安全可靠性。5.2海洋工程结构材料海洋工程结构材料的选择和使用直接关系到结构的安全性和使用寿命。以下为几种常用的海洋工程结构材料：（1）钢材：钢材具有较高的强度和良好的可焊接性，是海洋工程结构中最常用的材料之一。在选用钢材时，需考虑其耐腐蚀功能和力学功能。（2）铸铁：铸铁具有良好的耐磨性和抗压功能，适用于承受较大压力的海洋工程结构。（3）高强度混凝土：高强度混凝土具有较高的抗压强度和耐久性，适用于海洋工程中的重力结构。（4）复合材料：复合材料具有较高的强度和刚度，同时具有优良的耐腐蚀功能，适用于海洋工程中的柔性结构。（5）木材：木材具有良好的保温功能和耐腐蚀功能，适用于部分海洋工程结构。5.3结构设计案例分析以下是两个典型的海洋工程结构设计案例：案例一：某深海油气平台结构设计该油气平台位于水深3000米的海域，设计寿命为20年。在设计过程中，主要考虑了以下因素：（1）结构形式：采用重力式平台，以降低成本和施工难度。（2）材料选择：选用高强度混凝土和钢材，以提高结构的耐腐蚀功能和力学功能。（3）结构分析：采用有限元分析方法，对平台在各种海洋环境下的稳定性、强度和安全性进行评估。案例二：某跨海大桥结构设计该跨海大桥连接两岸，全长10公里。在设计过程中，主要考虑了以下因素：（1）结构形式：采用悬索桥，以适应复杂的海洋环境。（2）材料选择：选用高强度钢材和复合材料，以提高结构的强度和耐久性。（3）结构分析：采用结构动力学分析方法，对桥梁在各种海洋环境下的稳定性、强度和安全性进行评估。第六章海洋工程建造技术6.1海洋工程建造方法海洋工程建造方法是指在海洋环境下进行各类工程建设的施工技术。我国海洋经济的快速发展，海洋工程建造方法不断创新，主要包括以下几种：（1）重力式建造方法：该方法主要依靠结构自重维持稳定，适用于浅水区及软土地基。重力式建造结构包括重力式码头、重力式防波堤等。（2）桩基式建造方法：该方法以桩为基础，适用于深水区和硬土地基。桩基式建造结构包括桩基式码头、桩基式平台等。（3）浮式建造方法：该方法利用浮力原理，适用于深水区及移动式海洋工程。浮式建造结构包括浮式码头、浮式平台等。（4）悬索式建造方法：该方法以悬索为支撑，适用于跨海大桥等大型工程。6.2海洋工程建造设备海洋工程建造设备是指在海洋环境下进行施工的专用设备，主要包括以下几种：（1）船舶：包括工程船舶、运输船舶和辅助船舶。工程船舶主要用于海洋工程建设的施工，如打桩船、挖泥船、铺管船等；运输船舶用于运输建筑材料和施工设备；辅助船舶用于提供施工所需的生活、物资等支持。（2）海洋工程专用设备：如桩基施工设备、防波堤施工设备、海底管道铺设设备等。（3）海洋工程通用设备：如挖掘机、装载机、推土机等。（4）海洋工程检测设备：如水下检测、声纳系统等。6.3海洋工程建造安全与环保海洋工程建造安全与环保是海洋工程建设的重要环节，应遵循以下原则：（1）安全第一：在施工过程中，要严格遵守安全生产法规，保证施工人员的人身安全和设备安全。（2）环保优先：在施工过程中，要充分考虑环境保护，减少对海洋环境的污染。具体措施如下：（1）建立健全安全生产责任制，明确各岗位的安全职责。（2）制定详细的施工方案和安全操作规程，保证施工过程中的安全。（3）加强施工现场的安全管理，对施工人员进行安全教育和培训。（4）采用先进的施工技术和设备，提高施工效率，降低风险。（5）加强环境保护，严格控制施工过程中的污染物排放。（6）开展海洋环境监测，及时发觉和处理环境污染问题。通过以上措施，保证海洋工程建造过程的安全与环保，为我国海洋经济的可持续发展提供有力保障。第七章航海通信技术7.1航海通信基本原理7.1.1概述航海通信技术是航海领域中不可或缺的一部分，主要用于船舶之间、船舶与岸基之间以及船舶与卫星之间的信息传递。航海通信基本原理涉及信息的产生、传输、接收与处理等过程。7.1.2通信方式航海通信方式包括无线通信和有线通信两种。无线通信是指利用无线电波在空间中传播来实现信息的传输，如无线电报、无线电电话等。有线通信是指通过电缆、光纤等传输介质来实现信息的传输，如海底电缆通信。7.1.3通信信号航海通信信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号是指连续变化的信号，如声音、图像等。数字信号是指离散的信号，由一系列的二进制代码组成，如计算机数据、数字电话等。7.1.4通信信道通信信道是指信号传输的通道，包括无线电波传播、电缆传输、光纤传输等。信道的选择取决于通信距离、通信速度、通信质量等因素。7.2现代通信系统7.2.1概述现代通信系统是指采用现代通信技术构建的通信网络，包括卫星通信系统、无线电通信系统、海底电缆通信系统等。7.2.2卫星通信系统卫星通信系统利用地球同步轨道上的通信卫星作为中继站，实现全球范围内的通信。卫星通信具有覆盖范围广、通信质量好、传输速度快等优点。7.2.3无线电通信系统无线电通信系统包括甚高频（VHF）通信、中频（MF）通信、高频（HF）通信等。无线电通信系统具有通信距离远、通信速度快、设备简单等优点。7.2.4海底电缆通信系统海底电缆通信系统是指通过铺设在海底的电缆进行通信的系统。海底电缆通信具有通信距离长、通信质量稳定、不易受到外界干扰等优点。7.3通信设备的使用与维护7.3.1无线电通信设备无线电通信设备包括无线电发射机、无线电接收机、天线等。在使用过程中，应注意以下几点：（1）正确连接发射机和接收机，保证通信设备正常工作；（2）根据通信距离和通信质量选择合适的频率；（3）定期检查和维修天线，保证通信效果；（4）遵守无线电通信规则，避免干扰其他通信设备。7.3.2卫星通信设备卫星通信设备包括卫星天线、卫星通信终端等。在使用过程中，应注意以下几点：（1）保证卫星天线对准卫星；（2）正确设置卫星通信终端的参数，如频率、符号率等；（3）定期检查和维修卫星天线和通信终端，保证通信效果；（4）遵守卫星通信规则，避免干扰其他通信设备。7.3.3海底电缆通信设备海底电缆通信设备包括电缆终端设备、中继器等。在使用过程中，应注意以下几点：（1）保证电缆终端设备与电缆连接良好；（2）定期检查和维护中继器，保证通信质量；（3）遵守海底电缆通信规则，避免干扰其他通信设备；（4）注意海底电缆的防护，防止电缆损坏。第八章海洋资源开发技术8.1海洋资源概述海洋资源是指存在于海洋中的各种自然资源的总称，包括生物资源、非生物资源、可再生能源和不可再生能源等。海洋资源具有种类繁多、分布广泛、开发潜力巨大等特点。我国拥有丰富的海洋资源，沿海地区经济发展和人民生活水平不断提高，对海洋资源的开发和利用提出了更高的要求。8.2海洋资源勘探技术海洋资源勘探技术是指利用现代科技手段对海洋资源进行查找、评估和预测的技术。主要包括以下几种：（1）地质勘探技术：通过对海洋地质、地球物理、地球化学等特征的研究，查明海底矿产资源分布、品位和储量。（2）生物勘探技术：通过对海洋生物种类、数量、分布和生态环境的调查，评估海洋生物资源的开发潜力。（3）海洋遥感技术：利用卫星遥感、航空遥感等手段，获取海洋资源信息，为海洋资源开发提供数据支持。（4）海洋工程技术：包括海洋工程地质、海洋工程设计、海洋工程建造等方面的技术，为海洋资源开发提供技术保障。8.3海洋资源开发与管理海洋资源开发与管理是指在充分了解海洋资源状况的基础上，合理利用和有效保护海洋资源，实现海洋资源的可持续开发。（1）海洋资源开发：根据海洋资源的特点和市场需求，采用先进的技术手段，对海洋资源进行开发。主要包括海洋渔业、海洋油气、海洋矿业、海洋生物制药、海洋可再生能源等领域的开发。（2）海洋资源管理：建立健全海洋资源管理制度，加强海洋资源调查、评估、监测和预警，制定海洋资源开发规划，合理分配海洋资源开发权，保证海洋资源的合理利用和可持续发展。在海洋资源开发与管理过程中，应遵循以下原则：（1）科学规划，有序开发：根据海洋资源特点和区域经济发展需求，制定科学合理的开发规划，有序推进海洋资源开发。（2）保护优先，协调发展：在开发过程中，充分考虑生态环境保护，实现海洋资源开发与生态环境保护的协调发展。（3）科技创新，提高效益：加大科技创新力度，提高海洋资源开发的技术水平，降低开发成本，提高资源利用效益。（4）公平竞争，规范市场：加强海洋资源市场管理，营造公平竞争的市场环境，规范市场秩序。（5）国际合作，共同发展：积极参与国际海洋资源开发与合作，共同应对全球海洋资源开发与保护的挑战。第九章航海安全与环保9.1航海安全基本知识9.1.1航海安全概述航海安全是航海活动中的一环，涉及船舶、船员、货物及海洋环境的安全。航海安全基本知识主要包括船舶构造、航海仪器、航海规则、船舶操纵、应急处理等方面。9.1.2船舶构造与安全船舶构造是航海安全的基础，船体结构、船用设备、船舶动力系统等均需满足安全标准。船舶构造的安全主要包括船体强度、稳性、防火、救生设备等方面。9.1.3航海仪器与安全航海仪器是船舶航行的重要辅助工具，包括导航仪器、通信设备、气象观测设备等。航海仪器的正确使用和维护对航海安全。9.1.4航海规则与安全航海规则是船舶在海上航行必须遵守的法律法规，包括国际海上避碰规则、国际海上通信规则等。遵守航海规则是保证航海安全的重要措施。9.1.5船舶操纵与安全船舶操纵是航海安全的关键环节，包括船舶驾驶、船舶操纵功能、船舶航行计划等。掌握船舶操纵技巧，保证船舶在复杂海况下的安全航行。9.1.6应急处理与安全船舶在航行过程中可能遇到各种突发情况，如火灾、碰撞、触礁等。应急处理能力是航海安全的重要组成部分，船员应掌握相应的应急处理知识。9.2航海预防与处理9.2.1航海类型与原因航海类型包括火灾、碰撞、触礁、沉没等。原因有船舶设备故障、船员操作失误、恶劣天气、海上交通等。9.2.2航海预防措施预防航海的措施主要包括加强船舶设备维护、提高船员素质、制定合理的航行计划、加强船舶安全管理等。9.2.3航海处理方法航海处理方法包括现场救援、调查、善后处理等。船员应掌握处理的基本程序和方法，保证得到妥善处理。9.3海洋环保技术9.3.1海洋污染概述海洋污染是指人类活动产生的有害物质进入海洋，导致海洋环境质量恶化、生态系统破坏的现象。海洋污染的主要来源有船舶排放、海洋工程、沿海工业等。9.3