渤海湾航行与钻井平台距离的确定

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(1.大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026；2.大连港口设计研究院有限公司，辽宁 大连 116026)

渤海湾航行与钻井平台距离的确定

许兴康1,张吉平1,尹建川1，宋扬2，谢海波1

(1.大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026；2.大连港口设计研究院有限公司，辽宁 大连 116026)

为给过往钻井平台的船舶提供既安全又经济的距离参考值，利用AIS数据，对大量船舶通过钻井平台时的距离进行统计，得到不同类型、不同吨位的船舶在经过平台时的距离。将统计结果与目前通过公式和模型得到的结果进行对比分析，给在钻井平台附近航行的船舶规划航线和有关部门修订规范提供参考。

安全距离；钻井平台；AIS；统计

目前对航线与平台的安全距离没有相应的规定和标准可以参考，有限的研究也都集中在计算和建模领域，通常将以固定式钻井平台为中心，500 m长为半径的范围划定为钻井平台的安全区，非作业船舶禁止入内。渤海湾油气资源丰富，加上油气田的平均深度较浅，开发相对容易，使渤海湾成为中国最主要的海上油田生产区。从1972年10月中国发现了第一个海上油田——埕北油田到现在，越来越多的油气田被勘测并进行开采。随着钻井平台在渤海湾水域逐渐增多，与过往船舶的交通冲突增加。因此，尝试统计7个级别的散杂货船、集装箱船和油船过平台的距离，并根据不同船型和不同吨位进行归纳。

1 渤海湾油田分布和交通流现状

渤海海域现有海上油田、平台共200余个，主要集中在渤海湾西部、南部和辽东湾海域[1]。

在海上开采石油、天然气，需建造各种海上平台和储油设施，为钻井、采油、储油设备和人员提供工作和生活场所。钻井平台上装有钻井、动力、通信、导航等设备，钻井平台的周围设有海底石油管线，油田工作船和提油船会在钻井平台周围进行靠离作业。

如表1所示，渤海湾船舶通航密度大，航线交织密集，通航空间资源紧张[2]，水域交通风险高。随着近海石油及天然气产业的迅速发展，钻井平台在沿海水域逐渐增多，油田的开采与船舶通航安全的矛盾日益突出。船舶在渤海湾航行时应该与平台保持多远的距离，一直缺乏有效的统计。

表1 渤海湾水域船舶交通流量 艘次

2 渤海湾航行时避离钻井平台安全距离的统计分析

船舶自动识别系统AIS系统由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通信技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。AIS由舰船飞机之敌我识别器发展而成，配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态信息，结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助[3]。

其中船位信息采用WGS-84坐标系，用经纬度表示。在船舶正常航行时，A类AIS船载设备动态信息更新时间一般在2～10 s之间。将不断更新的船位信息连接起来，就可得到船舶的历史轨迹。现在AIS在船舶上已经得到了极为广泛的应用。通过查询渤海湾海域船舶的历史AIS数据，得到船舶在航经钻井平台时的历史轨迹，然后测得船到平台的距离，最后利用SPSS工具软件对取得的样本数据进行统计分析，见图1。

图1 航线距钻井平台距离的测量

不同船舶、不同水域、不同通航环境下，驾驶员对安全距离的判断是不同的。3个因素中的任何一个发生改变都会对最后的通过距离产生影响。本文基于AIS信息统计通过距离，因此，选择船舶吨位和船舶类型2种主要因素进行分析和研究，对得到的数据进行归类整理，得到不同种类和不同吨位条件下船舶通过时距平台的距离。根据前期走访和向有相关航海经验的人发放调查问卷，本文认为当船舶在距平台4 n mile以内(包括4 n mile)经过时即取为有效值。船型取样样本主要有散杂货船、油船和集装箱船3种船型。船舶吨位的分类主要参考《海港总体设计规范》[4]，为了方便比较，3种船型都分为5 000、10 000、20 000、30 000、50 000、100 000和100 000 t级以上共7个级别进行统计。

2.1 散杂货船取值分析

对散杂货船的统计共取得有效船舶样本，见表2。利用SPSS软件所得统计结果见表3。在246个样本数中，最远通过距离为3.77 n mile，最近通过距离为0.34 n mile，均值1.74 n mile。图2为246个样本数的频率分布直方图。由图2可见，距离多数集中在1.2～2.0 n mile。

表2 各吨级散杂货船统计数量表

以散杂货船吨级作为分类依据，作船舶航线距钻井平台距离均值的折线图,见图3。

表3 散杂货船统计描述

图2 散杂货船距离分布

图3 散杂货船距离随吨位变化

从图3可看出：5 000 t级以下散杂货船舶航线离平台距离最近，为1.23 n mile；100 000 t级及以上船舶航线离平台距离最远，为2.28 n mile。随着船舶吨级的增大，航线离平台的平均距离在不断增加。假定距离与船舶吨位之间存在线性关系，利用SPSS软件，以船舶吨位与5 000 t的比为自变量x，以通过距离为因变量y进行一元线性回归分析。通过方差分析，回归平方和为0.48，远大于残差平方和0.05，证明拟合效果很好。然后进行回归系数估计，得到一元线性回归方程：

y=0.044x+1.368 (x≤20)

式中：x=1，表示船舶吨位为5 000 t及以下；x=2，表示船舶吨位与5 000 t的比值为2，即10 000 t；……，以此类推。

2.2 油船取值分

对油船的统计共取得有效船舶样本数233艘见表4。表5为利用SPSS软件所得的统计结果。在233个样本数中，最远通过距离为3.86 n mile，最近通过距离为0.52 n mile，均值1.94 n mile。图4为233个样本数的频率分布直方图。由图4可见，距离多数集中在1.0～2.5 n mile。

表4 各吨级油船统计数量表

表5 油船船统计描述

图4 油船距离分布直方图

以油船吨级作为分类依据，作船舶航线距钻井平台距离均值的折线图。从图5中可看出：5 000 t级以下油船船舶航线离平台距离最近，为1.38 n mile；100 000 t级及以上船舶航线离平台距离最远，为2.44 n mile。随着船舶吨级的增大，航线离平台的平均距离也在不断增加。同样利用SPSS软件进行数据拟合，得到油船吨位与平台距离的线性回归方程

y=0.04x+1.645 (x≤20)

拟合效果良好。

图5 油船距离随吨位变化

2.3 集装箱船取值分析

对油船的统计共取得有效船舶样本数155艘见表6。表7为利用SPSS软件所得的统计结果。在155个样本数中，最远通过距离为3.65 n mile，最近通过距离为0.53 n mile，均值2.21 n mile。图6为155个样本数的频率分布直方图。从图中可以看出，距离分布不太集中。

表6 各吨级集装箱船统计数量表

表7 集装箱船统计描述

图6 集装箱船距离分布直方图

图7 集装箱船距离随吨位变化

以集装箱船吨级作为分类依据，作船舶航线距钻井平台距离均值的折线图。从图7中可看出：5 000 t级以下集装箱船舶航线离平台距离最近为0.53 n mile；100 000 t级及以上船舶航线离平台距离最远，为3.95 n mile。随着船舶吨级的增大，航线离平台的平均距离也在不断增加。同样利用SPSS软件进行数据拟合，得到油船吨位与平台距离的线性回归方程

y=0.091x+1.427 (x≤20)

拟合效果良好。

2.4 不同船型对比

将同等吨级的不同船型过平台时的距离进行对比分析，发现3种船型距平台距离均随船舶吨位的增大而变大，见图8。除5000 t级及以下吨级的船舶外，散杂货船距平台的距离为3种船型里的最小值。油船和集装箱船在30 000 t级以下吨位范围内，距离的差值不大，十分接近，当船舶吨位超过50 000 t时，集装箱的距离值为3种船型里的最大值。从拟合函数的相关系数分析，集装箱船的系数值为0.091，大于散杂货船的0.044，大于油船的0.04，说明集装箱船组内差异更大，即不同吨位的船之间过平台时的距离差异更为明显。

图8 3种船型距离对比

3 对比分析

海事主管机关一般将以平台为中心的500 m范围内的圆形区域划定为排它区，严禁其他船舶进入。同时也会设定平台警戒区，警戒区的范围没有统一标准，一般设定为2～3 n mile。原则上船舶应尽量避免进入警戒区，当必须经入时应向平台报告，服从指挥。在警戒区内禁止追越、会遇和抛锚[5]。

文献对比见表8。

表8 不同方法结果对比

文献[6]考虑船舶通过平台时车、舵突然失灵的情况，建立船舶失控漂移模型，分析海上平台对通航安全的影响，得到了“在规划航路时，过往该海域船舶的航线均应保持距各油田设施外缘2 n mile以上通过为原则”的结论[7]。

文献[7]考虑人员失误因素下，采取旋回或制动避免碰撞事故时平台警戒区范围的设定。最后以“CPO AMERICA”轮经过东海某平台为例进行计算，结果显示警戒区的范围至少为1.28 n mile[8]。

文献[8]结合钻井平台的安全区和风流要素，对藤井船舶领域模型提出修正，提出一种确定钻井平台与习惯航线安全距离的计算模型。经MATLAB仿真，发现杂货船、散货船、油船、液化气船和客船与钻井平台之间的安全距离都小于1.0 n mile，只有集装箱与钻井平台之间的安全距离都略大于1.0 n mile[9]。

文献[9]在已有的船舶领域模型的理论基础上，选取藤井模型与平滑不等扇形领域边界的圆形模型进行研究，分别建立其数学模型，发现船舶与钻井平台之间的最小安全距离只需保证在0.7 n mile左右即可保证船舶通航安全。因此，钻井平台在选址时距离习惯航线的边线的距离大于1 n mile，可以保证过往船舶的正常通航。

对比可以发现，文献[6]和文献[7]的结果与本文的统计结果较为相似，而文献[8]和文献[9]的结果与本文的差距较大。分析认为造成差距的原因如下。

1)运用船舶领域解决的是船舶正常航行时距平台的最小安全距离，只考虑了风流影响下的横向漂移，没有考虑小角度避让、大角度避让或旋回、紧急制动和失速漂移等特殊情况发生时应保持的距离；

2)现实中船舶航经钻井平台时，船上驾驶员会承受较大的心理压力，如果条件允许会采用较为保守的通过距离，保留足够的安全富裕。

4 结论

1)通过公式和模型计算得出的结果是保证船舶安全通过的最低要求，船舶在实际运营中的安全距离取值一般会大于该值，吨级越大，安全距离的取值越大。集装箱船的变化趋势最为明显。

2)同等吨位情况下，散杂货船取值最小，总吨位超过5 000时，集装箱船的取值比油船大一些。从船舶自身操纵性能的角度来分析原因，可能是因为随着船舶向大型化方向发展，大型油轮的方形系数一般在0.8以上，且有逐渐增大的趋势；大型集装箱船一般在0.7以下，且有逐渐减小的趋势。因此大型集装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)通过分析统计结果，本文建议正常条件下散杂货船通过钻井平台的距离为1.8 n mile，油船为2 n mile，集装箱船为2.4 n mile。

本文中样本数据包含了3种船型船舶的不同载态、不同风流条件和操纵性能等情况，更具有一般性和代表性。

本文基于渤海湾AIS数据统计实船通过平台时的安全距离，避开了建模过程中许多像反应时间、操作习惯等难以量化的因素，数据真实有效，可为船舶在设计计划航线时提供参考，也可供相关规范和标准的编制提供借鉴。

[1] 马全党.典型水域船舶航路动态规划模型及其应用研究[D].武汉：武汉理工大学,2012.

[2] 王福斋,易中立,孔晨.渤海湾水域交通安全一体化监管研究[J].中国海事,2015(5):26-28.

[3] 关政军.航海仪器[M].大连：大连海事大学出版社,2009.

[4] 海港总体设计规范JTS144—1—2010[S].北京：人民交通出版社,2010.

[5] ZENG FC, WENG JJ, ZHOU Y， Guo ZX, Study on the safe distance between offshore oil and gas fixed platform and ship customary routes[J]. Advanced Materials Research,2014,1030/1032:2296-2300.

[6] 孙海涛,李昌伟.海上平台对通航安全的影响及应对措施[J].中国水运,2009(9):30-31.

[7] 许兴康,谢海波,张吉平,等.考虑人员失误因素下海上平台警戒区范围的设定[J].中国水运,2016(10):25-26.

[8] 李国帅,章文俊,尹建川.固定式平台与习惯航线安全距离确定[J].船海工程,2016(1):186-190.

[9] 战世勋.船舶与钻井平台安全通航距离的研究:[D].大连:大连海事大学,2016.

[10] 洪碧光.航海操纵[M].大连:大连海事大学出版社,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

交通运输部应用基础研究项目

(2014329225010)

许兴康(1992—)，男，研究生

研究方向：交通信息工程及控制、航海安全保障

(卷终)