渤海灣航行與鉆井平臺距離的確定

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(1.大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026；2.大連港口設計研究院有限公司，遼寧 大連 116026)

渤海灣航行與鉆井平臺距離的確定

許興康1,張吉平1,尹建川1，宋揚2，謝海波1

(1.大連海事大學 航海學院，遼寧 大連 116026；2.大連港口設計研究院有限公司，遼寧 大連 116026)

為給過往鉆井平臺的船舶提供既安全又經濟的距離參考值，利用AIS數(shù)據(jù)，對大量船舶通過鉆井平臺時的距離進行統(tǒng)計，得到不同類型、不同噸位的船舶在經過平臺時的距離。將統(tǒng)計結果與目前通過公式和模型得到的結果進行對比分析，給在鉆井平臺附近航行的船舶規(guī)劃航線和有關部門修訂規(guī)范提供參考。

安全距離；鉆井平臺；AIS；統(tǒng)計

目前對航線與平臺的安全距離沒有相應的規(guī)定和標準可以參考，有限的研究也都集中在計算和建模領域，通常將以固定式鉆井平臺為中心，500 m長為半徑的范圍劃定為鉆井平臺的安全區(qū)，非作業(yè)船舶禁止入內。渤海灣油氣資源豐富，加上油氣田的平均深度較淺，開發(fā)相對容易，使渤海灣成為中國最主要的海上油田生產區(qū)。從1972年10月中國發(fā)現(xiàn)了第一個海上油田——埕北油田到現(xiàn)在，越來越多的油氣田被勘測并進行開采。隨著鉆井平臺在渤海灣水域逐漸增多，與過往船舶的交通沖突增加。因此，嘗試統(tǒng)計7個級別的散雜貨船、集裝箱船和油船過平臺的距離，并根據(jù)不同船型和不同噸位進行歸納。

1 渤海灣油田分布和交通流現(xiàn)狀

渤海海域現(xiàn)有海上油田、平臺共200余個，主要集中在渤海灣西部、南部和遼東灣海域[1]。

在海上開采石油、天然氣，需建造各種海上平臺和儲油設施，為鉆井、采油、儲油設備和人員提供工作和生活場所。鉆井平臺上裝有鉆井、動力、通信、導航等設備，鉆井平臺的周圍設有海底石油管線，油田工作船和提油船會在鉆井平臺周圍進行靠離作業(yè)。

如表1所示，渤海灣船舶通航密度大，航線交織密集，通航空間資源緊張[2]，水域交通風險高。隨著近海石油及天然氣產業(yè)的迅速發(fā)展，鉆井平臺在沿海水域逐漸增多，油田的開采與船舶通航安全的矛盾日益突出。船舶在渤海灣航行時應該與平臺保持多遠的距離，一直缺乏有效的統(tǒng)計。

表1 渤海灣水域船舶交通流量 艘次

2 渤海灣航行時避離鉆井平臺安全距離的統(tǒng)計分析

船舶自動識別系統(tǒng)AIS系統(tǒng)由岸基(基站)設施和船載設備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡技術、現(xiàn)代通信技術、計算機技術、電子信息顯示技術為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設備。AIS由艦船飛機之敵我識別器發(fā)展而成，配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動態(tài)信息，結合船名、呼號、吃水及危險貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近海面所有船舶之動靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調，采取必要避讓行動，對船舶安全有很大幫助[3]。

其中船位信息采用WGS-84坐標系，用經緯度表示。在船舶正常航行時，A類AIS船載設備動態(tài)信息更新時間一般在2～10 s之間。將不斷更新的船位信息連接起來，就可得到船舶的歷史軌跡?，F(xiàn)在AIS在船舶上已經得到了極為廣泛的應用。通過查詢渤海灣海域船舶的歷史AIS數(shù)據(jù)，得到船舶在航經鉆井平臺時的歷史軌跡，然后測得船到平臺的距離，最后利用SPSS工具軟件對取得的樣本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，見圖1。

圖1 航線距鉆井平臺距離的測量

不同船舶、不同水域、不同通航環(huán)境下，駕駛員對安全距離的判斷是不同的。3個因素中的任何一個發(fā)生改變都會對最后的通過距離產生影響。本文基于AIS信息統(tǒng)計通過距離，因此，選擇船舶噸位和船舶類型2種主要因素進行分析和研究，對得到的數(shù)據(jù)進行歸類整理，得到不同種類和不同噸位條件下船舶通過時距平臺的距離。根據(jù)前期走訪和向有相關航海經驗的人發(fā)放調查問卷，本文認為當船舶在距平臺4 n mile以內(包括4 n mile)經過時即取為有效值。船型取樣樣本主要有散雜貨船、油船和集裝箱船3種船型。船舶噸位的分類主要參考《海港總體設計規(guī)范》[4]，為了方便比較，3種船型都分為5 000、10 000、20 000、30 000、50 000、100 000和100 000 t級以上共7個級別進行統(tǒng)計。

2.1 散雜貨船取值分析

對散雜貨船的統(tǒng)計共取得有效船舶樣本，見表2。利用SPSS軟件所得統(tǒng)計結果見表3。在246個樣本數(shù)中，最遠通過距離為3.77 n mile，最近通過距離為0.34 n mile，均值1.74 n mile。圖2為246個樣本數(shù)的頻率分布直方圖。由圖2可見，距離多數(shù)集中在1.2～2.0 n mile。

表2 各噸級散雜貨船統(tǒng)計數(shù)量表

以散雜貨船噸級作為分類依據(jù)，作船舶航線距鉆井平臺距離均值的折線圖,見圖3。

表3 散雜貨船統(tǒng)計描述

圖2 散雜貨船距離分布

圖3 散雜貨船距離隨噸位變化

從圖3可看出：5 000 t級以下散雜貨船舶航線離平臺距離最近，為1.23 n mile；100 000 t級及以上船舶航線離平臺距離最遠，為2.28 n mile。隨著船舶噸級的增大，航線離平臺的平均距離在不斷增加。假定距離與船舶噸位之間存在線性關系，利用SPSS軟件，以船舶噸位與5 000 t的比為自變量x，以通過距離為因變量y進行一元線性回歸分析。通過方差分析，回歸平方和為0.48，遠大于殘差平方和0.05，證明擬合效果很好。然后進行回歸系數(shù)估計，得到一元線性回歸方程：

y=0.044x+1.368 (x≤20)

式中：x=1，表示船舶噸位為5 000 t及以下；x=2，表示船舶噸位與5 000 t的比值為2，即10 000 t；……，以此類推。

2.2 油船取值分

對油船的統(tǒng)計共取得有效船舶樣本數(shù)233艘見表4。表5為利用SPSS軟件所得的統(tǒng)計結果。在233個樣本數(shù)中，最遠通過距離為3.86 n mile，最近通過距離為0.52 n mile，均值1.94 n mile。圖4為233個樣本數(shù)的頻率分布直方圖。由圖4可見，距離多數(shù)集中在1.0～2.5 n mile。

表4 各噸級油船統(tǒng)計數(shù)量表

表5 油船船統(tǒng)計描述

圖4 油船距離分布直方圖

以油船噸級作為分類依據(jù)，作船舶航線距鉆井平臺距離均值的折線圖。從圖5中可看出：5 000 t級以下油船船舶航線離平臺距離最近，為1.38 n mile；100 000 t級及以上船舶航線離平臺距離最遠，為2.44 n mile。隨著船舶噸級的增大，航線離平臺的平均距離也在不斷增加。同樣利用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)擬合，得到油船噸位與平臺距離的線性回歸方程

y=0.04x+1.645 (x≤20)

擬合效果良好。

圖5 油船距離隨噸位變化

2.3 集裝箱船取值分析

對油船的統(tǒng)計共取得有效船舶樣本數(shù)155艘見表6。表7為利用SPSS軟件所得的統(tǒng)計結果。在155個樣本數(shù)中，最遠通過距離為3.65 n mile，最近通過距離為0.53 n mile，均值2.21 n mile。圖6為155個樣本數(shù)的頻率分布直方圖。從圖中可以看出，距離分布不太集中。

表6 各噸級集裝箱船統(tǒng)計數(shù)量表

表7 集裝箱船統(tǒng)計描述

圖6 集裝箱船距離分布直方圖

圖7 集裝箱船距離隨噸位變化

以集裝箱船噸級作為分類依據(jù)，作船舶航線距鉆井平臺距離均值的折線圖。從圖7中可看出：5 000 t級以下集裝箱船舶航線離平臺距離最近為0.53 n mile；100 000 t級及以上船舶航線離平臺距離最遠，為3.95 n mile。隨著船舶噸級的增大，航線離平臺的平均距離也在不斷增加。同樣利用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)擬合，得到油船噸位與平臺距離的線性回歸方程

y=0.091x+1.427 (x≤20)

擬合效果良好。

2.4 不同船型對比

將同等噸級的不同船型過平臺時的距離進行對比分析，發(fā)現(xiàn)3種船型距平臺距離均隨船舶噸位的增大而變大，見圖8。除5000 t級及以下噸級的船舶外，散雜貨船距平臺的距離為3種船型里的最小值。油船和集裝箱船在30 000 t級以下噸位范圍內，距離的差值不大，十分接近，當船舶噸位超過50 000 t時，集裝箱的距離值為3種船型里的最大值。從擬合函數(shù)的相關系數(shù)分析，集裝箱船的系數(shù)值為0.091，大于散雜貨船的0.044，大于油船的0.04，說明集裝箱船組內差異更大，即不同噸位的船之間過平臺時的距離差異更為明顯。

圖8 3種船型距離對比

3 對比分析

海事主管機關一般將以平臺為中心的500 m范圍內的圓形區(qū)域劃定為排它區(qū)，嚴禁其他船舶進入。同時也會設定平臺警戒區(qū)，警戒區(qū)的范圍沒有統(tǒng)一標準，一般設定為2～3 n mile。原則上船舶應盡量避免進入警戒區(qū)，當必須經入時應向平臺報告，服從指揮。在警戒區(qū)內禁止追越、會遇和拋錨[5]。

文獻對比見表8。

表8 不同方法結果對比

文獻[6]考慮船舶通過平臺時車、舵突然失靈的情況，建立船舶失控漂移模型，分析海上平臺對通航安全的影響，得到了“在規(guī)劃航路時，過往該海域船舶的航線均應保持距各油田設施外緣2 n mile以上通過為原則”的結論[7]。

文獻[7]考慮人員失誤因素下，采取旋回或制動避免碰撞事故時平臺警戒區(qū)范圍的設定。最后以“CPO AMERICA”輪經過東海某平臺為例進行計算，結果顯示警戒區(qū)的范圍至少為1.28 n mile[8]。

文獻[8]結合鉆井平臺的安全區(qū)和風流要素，對藤井船舶領域模型提出修正，提出一種確定鉆井平臺與習慣航線安全距離的計算模型。經MATLAB仿真，發(fā)現(xiàn)雜貨船、散貨船、油船、液化氣船和客船與鉆井平臺之間的安全距離都小于1.0 n mile，只有集裝箱與鉆井平臺之間的安全距離都略大于1.0 n mile[9]。

文獻[9]在已有的船舶領域模型的理論基礎上，選取藤井模型與平滑不等扇形領域邊界的圓形模型進行研究，分別建立其數(shù)學模型，發(fā)現(xiàn)船舶與鉆井平臺之間的最小安全距離只需保證在0.7 n mile左右即可保證船舶通航安全。因此，鉆井平臺在選址時距離習慣航線的邊線的距離大于1 n mile，可以保證過往船舶的正常通航。

對比可以發(fā)現(xiàn)，文獻[6]和文獻[7]的結果與本文的統(tǒng)計結果較為相似，而文獻[8]和文獻[9]的結果與本文的差距較大。分析認為造成差距的原因如下。

1)運用船舶領域解決的是船舶正常航行時距平臺的最小安全距離，只考慮了風流影響下的橫向漂移，沒有考慮小角度避讓、大角度避讓或旋回、緊急制動和失速漂移等特殊情況發(fā)生時應保持的距離；

2)現(xiàn)實中船舶航經鉆井平臺時，船上駕駛員會承受較大的心理壓力，如果條件允許會采用較為保守的通過距離，保留足夠的安全富裕。

4 結論

1)通過公式和模型計算得出的結果是保證船舶安全通過的最低要求，船舶在實際運營中的安全距離取值一般會大于該值，噸級越大，安全距離的取值越大。集裝箱船的變化趨勢最為明顯。

2)同等噸位情況下，散雜貨船取值最小，總噸位超過5 000時，集裝箱船的取值比油船大一些。從船舶自身操縱性能的角度來分析原因，可能是因為隨著船舶向大型化方向發(fā)展，大型油輪的方形系數(shù)一般在0.8以上，且有逐漸增大的趨勢；大型集裝箱船一般在0.7以下，且有逐漸減小的趨勢。因此大型集裝箱船比大型油船的旋回性能要差，需要保留更充足的安全余量[10]。

3)通過分析統(tǒng)計結果，本文建議正常條件下散雜貨船通過鉆井平臺的距離為1.8 n mile，油船為2 n mile，集裝箱船為2.4 n mile。

本文中樣本數(shù)據(jù)包含了3種船型船舶的不同載態(tài)、不同風流條件和操縱性能等情況，更具有一般性和代表性。

本文基于渤海灣AIS數(shù)據(jù)統(tǒng)計實船通過平臺時的安全距離，避開了建模過程中許多像反應時間、操作習慣等難以量化的因素，數(shù)據(jù)真實有效，可為船舶在設計計劃航線時提供參考，也可供相關規(guī)范和標準的編制提供借鑒。

[1] 馬全黨.典型水域船舶航路動態(tài)規(guī)劃模型及其應用研究[D].武漢：武漢理工大學,2012.

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[10] 洪碧光.航海操縱[M].大連:大連海事大學出版社,2008.

On the Distance of Ship from the Drilling Platform in the Bohai Bay

XUXing-kang1,ZHANGJi-ping1,YINJian-chuan1,SONGYang2,XIEHai-bo1

(1.Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China;2.Dalian Port Design & Research Company, Dalian Liaoning 116026, China)

The proper distance should be maintained when the ship passes through the drilling platform so as to consider both the safety and economy. By using the AIS data, the distance of a large number of ships passing through the drilling platform was calculated, and the distances of different types and different tonnage ships passing through the platform were obtained. The statistic results were compared with the results obtained by formulas and models, to provide reference for the ship sailing near the platform, ensuring the safe operation of the drilling platform and the operation of the ship.

safe distance; drilling platform; AIS; statistics

U676.1

A

1671-7953(2017)06-0196-05

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.044

2017-04-01

2017-04-22

交通運輸部應用基礎研究項目

(2014329225010)

許興康(1992—)，男，研究生

研究方向：交通信息工程及控制、航海安全保障

(卷終)