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(1.大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026；2.大連港口設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116026)

渤海灣航行與鉆井平臺(tái)距離的確定

許興康1,張吉平1,尹建川1，宋揚(yáng)2，謝海波1

(1.大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧 大連 116026；2.大連港口設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116026)

為給過(guò)往鉆井平臺(tái)的船舶提供既安全又經(jīng)濟(jì)的距離參考值，利用AIS數(shù)據(jù)，對(duì)大量船舶通過(guò)鉆井平臺(tái)時(shí)的距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到不同類型、不同噸位的船舶在經(jīng)過(guò)平臺(tái)時(shí)的距離。將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與目前通過(guò)公式和模型得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，給在鉆井平臺(tái)附近航行的船舶規(guī)劃航線和有關(guān)部門修訂規(guī)范提供參考。

安全距離；鉆井平臺(tái)；AIS；統(tǒng)計(jì)

目前對(duì)航線與平臺(tái)的安全距離沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)可以參考，有限的研究也都集中在計(jì)算和建模領(lǐng)域，通常將以固定式鉆井平臺(tái)為中心，500 m長(zhǎng)為半徑的范圍劃定為鉆井平臺(tái)的安全區(qū)，非作業(yè)船舶禁止入內(nèi)。渤海灣油氣資源豐富，加上油氣田的平均深度較淺，開(kāi)發(fā)相對(duì)容易，使渤海灣成為中國(guó)最主要的海上油田生產(chǎn)區(qū)。從1972年10月中國(guó)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)海上油田——埕北油田到現(xiàn)在，越來(lái)越多的油氣田被勘測(cè)并進(jìn)行開(kāi)采。隨著鉆井平臺(tái)在渤海灣水域逐漸增多，與過(guò)往船舶的交通沖突增加。因此，嘗試統(tǒng)計(jì)7個(gè)級(jí)別的散雜貨船、集裝箱船和油船過(guò)平臺(tái)的距離，并根據(jù)不同船型和不同噸位進(jìn)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(tái)共200余個(gè)，主要集中在渤海灣西部、南部和遼東灣海域[1]。

在海上開(kāi)采石油、天然氣，需建造各種海上平臺(tái)和儲(chǔ)油設(shè)施，為鉆井、采油、儲(chǔ)油設(shè)備和人員提供工作和生活場(chǎng)所。鉆井平臺(tái)上裝有鉆井、動(dòng)力、通信、導(dǎo)航等設(shè)備，鉆井平臺(tái)的周圍設(shè)有海底石油管線，油田工作船和提油船會(huì)在鉆井平臺(tái)周圍進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)高。隨著近海石油及天然氣產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鉆井平臺(tái)在沿海水域逐漸增多，油田的開(kāi)采與船舶通航安全的矛盾日益突出。船舶在渤海灣航行時(shí)應(yīng)該與平臺(tái)保持多遠(yuǎn)的距離，一直缺乏有效的統(tǒng)計(jì)。

表1 渤海灣水域船舶交通流量 艘次

2 渤海灣航行時(shí)避離鉆井平臺(tái)安全距離的統(tǒng)計(jì)分析

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS系統(tǒng)由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。AIS由艦船飛機(jī)之?dāng)澄易R(shí)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(dòng)態(tài)信息，結(jié)合船名、呼號(hào)、吃水及危險(xiǎn)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(tái)廣播，使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶之動(dòng)靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，對(duì)船舶安全有很大幫助[3]。

其中船位信息采用WGS-84坐標(biāo)系，用經(jīng)緯度表示。在船舶正常航行時(shí)，A類AIS船載設(shè)備動(dòng)態(tài)信息更新時(shí)間一般在2～10 s之間。將不斷更新的船位信息連接起來(lái)，就可得到船舶的歷史軌跡。現(xiàn)在AIS在船舶上已經(jīng)得到了極為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)查詢渤海灣海域船舶的歷史AIS數(shù)據(jù)，得到船舶在航經(jīng)鉆井平臺(tái)時(shí)的歷史軌跡，然后測(cè)得船到平臺(tái)的距離，最后利用SPSS工具軟件對(duì)取得的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)圖1。

圖1 航線距鉆井平臺(tái)距離的測(cè)量

不同船舶、不同水域、不同通航環(huán)境下，駕駛員對(duì)安全距離的判斷是不同的。3個(gè)因素中的任何一個(gè)發(fā)生改變都會(huì)對(duì)最后的通過(guò)距離產(chǎn)生影響。本文基于AIS信息統(tǒng)計(jì)通過(guò)距離，因此，選擇船舶噸位和船舶類型2種主要因素進(jìn)行分析和研究，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理，得到不同種類和不同噸位條件下船舶通過(guò)時(shí)距平臺(tái)的距離。根據(jù)前期走訪和向有相關(guān)航海經(jīng)驗(yàn)的人發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，本文認(rèn)為當(dāng)船舶在距平臺(tái)4 n mile以內(nèi)(包括4 n mile)經(jīng)過(guò)時(shí)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(shè)計(jì)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(jí)以上共7個(gè)級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.1 散雜貨船取值分析

對(duì)散雜貨船的統(tǒng)計(jì)共取得有效船舶樣本，見(jiàn)表2。利用SPSS軟件所得統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。在246個(gè)樣本數(shù)中，最遠(yuǎn)通過(guò)距離為3.77 n mile，最近通過(guò)距離為0.34 n mile，均值1.74 n mile。圖2為246個(gè)樣本數(shù)的頻率分布直方圖。由圖2可見(jiàn)，距離多數(shù)集中在1.2～2.0 n mile。

表2 各噸級(jí)散雜貨船統(tǒng)計(jì)數(shù)量表

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

表3 散雜貨船統(tǒng)計(jì)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(jí)以下散雜貨船舶航線離平臺(tái)距離最近，為1.23 n mile；100 000 t級(jí)及以上船舶航線離平臺(tái)距離最遠(yuǎn)，為2.28 n mile。隨著船舶噸級(jí)的增大，航線離平臺(tái)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(guān)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(guò)距離為因變量y進(jìn)行一元線性回歸分析。通過(guò)方差分析，回歸平方和為0.48，遠(yuǎn)大于殘差平方和0.05，證明擬合效果很好。然后進(jìn)行回歸系數(shù)估計(jì)，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(duì)油船的統(tǒng)計(jì)共取得有效船舶樣本數(shù)233艘見(jiàn)表4。表5為利用SPSS軟件所得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在233個(gè)樣本數(shù)中，最遠(yuǎn)通過(guò)距離為3.86 n mile，最近通過(guò)距離為0.52 n mile，均值1.94 n mile。圖4為233個(gè)樣本數(shù)的頻率分布直方圖。由圖4可見(jiàn)，距離多數(shù)集中在1.0～2.5 n mile。

表4 各噸級(jí)油船統(tǒng)計(jì)數(shù)量表

表5 油船船統(tǒng)計(jì)描述

圖4 油船距離分布直方圖

以油船噸級(jí)作為分類依據(jù)，作船舶航線距鉆井平臺(tái)距離均值的折線圖。從圖5中可看出：5 000 t級(jí)以下油船船舶航線離平臺(tái)距離最近，為1.38 n mile；100 000 t級(jí)及以上船舶航線離平臺(tái)距離最遠(yuǎn)，為2.44 n mile。隨著船舶噸級(jí)的增大，航線離平臺(tái)的平均距離也在不斷增加。同樣利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到油船噸位與平臺(tái)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(duì)油船的統(tǒng)計(jì)共取得有效船舶樣本數(shù)155艘見(jiàn)表6。表7為利用SPSS軟件所得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在155個(gè)樣本數(shù)中，最遠(yuǎn)通過(guò)距離為3.65 n mile，最近通過(guò)距離為0.53 n mile，均值2.21 n mile。圖6為155個(gè)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(jí)集裝箱船統(tǒng)計(jì)數(shù)量表

表7 集裝箱船統(tǒng)計(jì)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(jí)作為分類依據(jù)，作船舶航線距鉆井平臺(tái)距離均值的折線圖。從圖7中可看出：5 000 t級(jí)以下集裝箱船舶航線離平臺(tái)距離最近為0.53 n mile；100 000 t級(jí)及以上船舶航線離平臺(tái)距離最遠(yuǎn)，為3.95 n mile。隨著船舶噸級(jí)的增大，航線離平臺(tái)的平均距離也在不斷增加。同樣利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到油船噸位與平臺(tái)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(duì)比

將同等噸級(jí)的不同船型過(guò)平臺(tái)時(shí)的距離進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)3種船型距平臺(tái)距離均隨船舶噸位的增大而變大，見(jiàn)圖8。除5000 t級(jí)及以下噸級(jí)的船舶外，散雜貨船距平臺(tái)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(jí)以下噸位范圍內(nèi)，距離的差值不大，十分接近，當(dāng)船舶噸位超過(guò)50 000 t時(shí)，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(guān)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(shuō)明集裝箱船組內(nèi)差異更大，即不同噸位的船之間過(guò)平臺(tái)時(shí)的距離差異更為明顯。

圖8 3種船型距離對(duì)比

3 對(duì)比分析

海事主管機(jī)關(guān)一般將以平臺(tái)為中心的500 m范圍內(nèi)的圓形區(qū)域劃定為排它區(qū)，嚴(yán)禁其他船舶進(jìn)入。同時(shí)也會(huì)設(shè)定平臺(tái)警戒區(qū)，警戒區(qū)的范圍沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般設(shè)定為2～3 n mile。原則上船舶應(yīng)盡量避免進(jìn)入警戒區(qū)，當(dāng)必須經(jīng)入時(shí)應(yīng)向平臺(tái)報(bào)告，服從指揮。在警戒區(qū)內(nèi)禁止追越、會(huì)遇和拋錨[5]。

文獻(xiàn)對(duì)比見(jiàn)表8。

表8 不同方法結(jié)果對(duì)比

文獻(xiàn)[6]考慮船舶通過(guò)平臺(tái)時(shí)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(tái)對(duì)通航安全的影響，得到了“在規(guī)劃航路時(shí)，過(guò)往該海域船舶的航線均應(yīng)保持距各油田設(shè)施外緣2 n mile以上通過(guò)為原則”的結(jié)論[7]。

文獻(xiàn)[7]考慮人員失誤因素下，采取旋回或制動(dòng)避免碰撞事故時(shí)平臺(tái)警戒區(qū)范圍的設(shè)定。最后以“CPO AMERICA”輪經(jīng)過(guò)東海某平臺(tái)為例進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示警戒區(qū)的范圍至少為1.28 n mile[8]。

文獻(xiàn)[8]結(jié)合鉆井平臺(tái)的安全區(qū)和風(fēng)流要素，對(duì)藤井船舶領(lǐng)域模型提出修正，提出一種確定鉆井平臺(tái)與習(xí)慣航線安全距離的計(jì)算模型。經(jīng)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(tái)之間的安全距離都小于1.0 n mile，只有集裝箱與鉆井平臺(tái)之間的安全距離都略大于1.0 n mile[9]。

文獻(xiàn)[9]在已有的船舶領(lǐng)域模型的理論基礎(chǔ)上，選取藤井模型與平滑不等扇形領(lǐng)域邊界的圓形模型進(jìn)行研究，分別建立其數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)船舶與鉆井平臺(tái)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(tái)在選址時(shí)距離習(xí)慣航線的邊線的距離大于1 n mile，可以保證過(guò)往船舶的正常通航。

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

1)運(yùn)用船舶領(lǐng)域解決的是船舶正常航行時(shí)距平臺(tái)的最小安全距離，只考慮了風(fēng)流影響下的橫向漂移，沒(méi)有考慮小角度避讓、大角度避讓或旋回、緊急制動(dòng)和失速漂移等特殊情況發(fā)生時(shí)應(yīng)保持的距離；

2)現(xiàn)實(shí)中船舶航經(jīng)鉆井平臺(tái)時(shí)，船上駕駛員會(huì)承受較大的心理壓力，如果條件允許會(huì)采用較為保守的通過(guò)距離，保留足夠的安全富裕。

4 結(jié)論

1)通過(guò)公式和模型計(jì)算得出的結(jié)果是保證船舶安全通過(guò)的最低要求，船舶在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的安全距離取值一般會(huì)大于該值，噸級(jí)越大，安全距離的取值越大。集裝箱船的變化趨勢(shì)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(guò)5 000時(shí)，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(lái)分析原因，可能是因?yàn)殡S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(shì)；大型集裝箱船一般在0.7以下，且有逐漸減小的趨勢(shì)。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(guò)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，本文建議正常條件下散雜貨船通過(guò)鉆井平臺(tái)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(fēng)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(jì)實(shí)船通過(guò)平臺(tái)時(shí)的安全距離，避開(kāi)了建模過(guò)程中許多像反應(yīng)時(shí)間、操作習(xí)慣等難以量化的因素，數(shù)據(jù)真實(shí)有效，可為船舶在設(shè)計(jì)計(jì)劃航線時(shí)提供參考，也可供相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的編制提供借鑒。

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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(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)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)