马晓波，张　杰，戴　冉

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)



基于AIS数据的油船压载吃水的确定

马晓波，张杰，戴冉

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

考虑到油船压载吃水在压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计等工作中是十分重要的参数，但在港口工程中尚无完善的计算方法，现行规范和相关标准的船型资料中亦未提及，通过对大量油船船载AIS数据中压载吃水值的统计分析，得到不同吨级油船不同累计频率下的压载吃水值。将得到的统计结果与国内外几种油船压载吃水计算方法得到的计算结果进行比对分析，为船舶压载吃水的取值和规范修订提供参考。

油船；压载吃水；AIS；累计频率

港口工程现行规范和相关标准的船型资料中给出了基于一定保证率的船舶满载吃水，但对船舶压载吃水并未提及[1]。而这一参数对于压载工况下的系泊船舶作用力计算、桥梁净空高度设计有重要的意义[2]。船载自动识别系统(automatic identification system，AIS)是在甚高频海上移动频段，采用时分多址接入技术，可自动广播和接收船舶航次相关信息的系统[3]。SOLAS公约第V章规定，航行于国际航线的300总吨以上船舶和公约国航行于国内航线的500总吨以上的船舶，从2002年7月1日起至2008年7月1日止，分段执行配备AIS船载设备[4]。AIS应用广泛，几乎所有船舶配备AIS设备[5-6]。因此，尝试收集船舶AIS提供的压载吃水数据，通过研究1 000余艘油船的压载吃水数据，给出不同吨级油船基于一定保证率的船舶压载吃水值。为解决船舶压载吃水的取值问题提供一种新的解决思路。

1　船舶压载吃水取值研究现状

1.1国内研究现状

1)经验公式。根据海运经验，船舶空船压载后的吃水，至少应该达到夏季满载吃水的50%，冬季航行因为风浪较大，应使其达到夏季满载吃水的55%以上[7]。该参考数据是船舶驾驶员在生产实践中的经验总结，也是航海类图书资料中给出的指导参数。但是该参数取值较粗糙，对不同的船型未区别对待。

2)依据船舶横、纵向受风面积AXW、AYW进行分析。有学者根据照片与实物比尺相似原理[8]，依据受风面积对港口系泊船舶受风高度进行了分析。同理，也可通过收集不同吨级的油船的图片，并进行统计分析，再结合AXW对船舶压载吃水取值进行分析。然而，船舶纵轴向断面尺寸较复杂，并且不同船型的断面尺寸变化较大，因而很难找到合适并且统一的AXW=f(h)函数[2]。

(1)

该方法相对于依据船舶横向受风面积AXW进行分析的方法来说，可行性更强、精确度更高。但是该方法在实际的计算过程中，往往只是选取了船舶在一种载态下的数据进行分析。而在船舶的实际运营过程中，随着外部自然环境和水域环境的不同，船舶的载态是不尽相同的。因此该方法的计算结果具有一定的局限性。

1.2国外研究现状

1)国际海事组织(IMO)公式。船舶空载航行时最小平均吃水

(2)

式中：Tmin——船舶最小平均吃水；

Lbp——船舶垂线间长。

该公式计算较为简便,但仅涉及船舶垂线间长一个参数，对不同类型的船舶未进行区别计算，在港口工程设计中具有一定的局限性[1]。

2)日本港口研究所(PHRI)公式。船舶压载吃水与最大吃水的关系式为

(3)

式中:TB——船舶压载吃水；

Tmax——船舶最大吃水，取满载吃水；

α、β——为系数。

该公式考虑了不同货种和船舶吨位，对港口工程及相关研究具有重要意义。

2　船载AIS压载吃水数据统计分析

2.1压载吃水数据的收集

为了确保船舶压载吃水选取值与实际相符，按照油船的不同吨位统计了大量当前营运船舶实际压载吃水情况。数据收集的方法主要通过船载AIS数据收集，船务公司数据收集和引航部门数据收集作为补充。

采用AIS数据的原因：首先，AIS设备提供船舶的航次相关信息，该信息由驾驶员手动输入，随航次的不同而更新，其中包括船舶吃水。因此，AIS数据中的船舶吃水数据可以真实反映出船舶的压载状态。其次，AIS在船舶上的应用极为广泛，为扩大压载吃水数据收集样本提供了便利。

船务公司通常需要了解其管辖船舶的航次信息，其中就包括船舶吃水信息。同样，船舶申请引航时需提供船舶相关信息，其中也包括船舶实际吃水，以便引航部门做出引航任务决策和相关安排。因此，选择船务公司数据收集和引航部门数据收集作为必要的补充。

2.2压载吃水数据的处理分析

通过船载AIS数据收集、船务公司数据收集和引航部门数据收集3种数据收集方法得到的各吨级油船的统计数量见表1。

共收集得到1 078艘各吨级油船的压载吃水数据。研究主要针对较大型船舶，50 000 t级及由图1可知，不同保证率下的船舶压载吃水值在载重量为10 000～30 000，30 000～80 000，80 000～120 000，120 000～300 000 t时变化规律基本一致。不同保证率下的船舶压载吃水值在载重量为10 000～30 000 t时变化较快，在30 000～300 000 t时变化较慢。

表1　各吨级油船统计数量表

以上的船舶数量占到了统计总量的91.2%。

利用SPSS统计分析收集到的处于压载状态的各种吨级油船的吃水值数据，得出不同保证率下的压载吃水值，见图1。

图1　各吨级油船不同保证率下压载吃水对比

3　对比分析

综合分析船舶压载吃水取值的国内外研究现状，考虑到依据船舶横向受风面积AXW进行分析以及依据船舶纵向受风面积AYW进行分析2种方法都存在一定的局限性，故选取行业认可度较高且应用较为广泛的海运经验公式(以下简称“50%T公式”)、国际海事组织(IMO)公式(以下简称“IMO公式”)、日本港口研究所(PHRI)公式(以下简称“PHRI公式”)3种计算方法与船舶压载吃水实测值进行对比分析。

收集《海港总体设计规范》[10]中的设计船型尺度数据，利用50%T公式、IMO公式、PHRI公式对各吨级船型数据进行计算，计算结果见图2。

图2　各吨级油船压载吃水不同算法结果对比

在海运经验公式的计算中取满载吃水的50%作为压载吃水计算值。在国际海事组织(IMO)公式的计算中，本文以总长近似代替垂线间长代入计算获得压载吃水计算值。在日本港口研究所(PHRI)公式的计算中，油船的α、β分别取0.548、0.966计算压载吃水值。

比较分析50%保证率、50%T公式、IMO公式、PHRI公式计算值，结果见图2。

分析图2的计算数据，可以看出：

1)50%保证率的曲线位于50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线的上方，即实测压载吃水数据的50%保证率取值基本涵盖了50%T公式、IMO公式、PHRI公式计算值的取值范围。实际统计值普遍大于公式计算值。但在小于30 000 t级时，IMO公式的取值要大于50%保证率的取值；在大于300 000 t级时，50%T公式及PHRI公式的取值要大于50%保证率的取值。

2)50%、80%、85%、90%、95%的保证率曲线均位于50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线上方。认为50%T公式、IMO公式、PHRI公式曲线给出了船舶压载吃水的理论计算取值下限，在船舶的实际生产运营中，根据实际情况的不同，船舶的压载吃水值大于给定的理论计算取值下限。

3)50%T公式与PHRI公式曲线基本重合，IMO公式与50%T公式及PHRI公式曲线偏差较大。且船型越大，偏差越明显。这说明50%T公式及PHRI公式的取值比IMO公式的取值更保守。IMO公式曲线与50%保证率的曲线相比，也存在船型越大偏差越明显的现象。这说明船舶在实际的生产和运营过程中，从保证船舶营运安全的角度考虑，压载吃水的取值也比较保守。

4　结论

1)IMO公式给出的船舶压载吃水是保证船舶航行安全的最低要求，船舶在实际营运过程中，船舶压载吃水的取值要大于该要求，且船型越大，船舶压载吃水的取值越保守。

2)本文中各吨级船舶的压载吃水样本数据包括了船舶的各种载态情况，相比于依据船舶纵向受风面积AYW进行分析的方法更具有一般性和代表性。

3)本文收集的船舶压载吃水数据真实有效，是船舶生产和营运过程中压载吃水的真实反映。通过对船载AIS数据的统计分析，得到不同保证率下(50%、80%、85%、90%、95%)的压载吃水值，可以为生产实践中的船舶压载吃水取值研究提供参考，在港口工程设计等工作中具有较强的实际应用价值。

4)以油船为例，通过统计分析大量的AIS数据，给出了油船压载吃水的取值。为解决船舶压载吃水的取值问题提供一种新的解决思路。在今后的研究中，可以借鉴该思路，按照杂货船、散货船、集装箱船等不同船舶类型、不同吨级收集AIS数据，统计分析得出压载吃水取值。

5)对于各船型船舶压载吃水，相关规范和标准中尚未进行统计研究。在将来规范和标准的编写过程中，可以借鉴本文提出的研究方案。

[1] 杜安民,陈志强.船舶压载吃水估算方法探讨[J].中国港湾建设,2015,35(6)：38-40.

[2] 刘胜.港口系泊船舶压载吃水取值研究[J].交通科学与工程,2013,29(3)：63-66.

[3] 胡菠.船舶自动识别系统技术特性的新要求[J].航海技术,2010(6) ：37-39.

[4] 关政军,刘彤.航海仪器[M].大连：大连海事大学出版社,2009：145-146.

[5] 蔡新梅.AIS应用与发展[J].机电设备,2011(2)：28-30.

[6] 刘志刚.船舶自动识别系统在船舶交通管理系统中的应用[J].船海工程,2007(2)：123-125.

[7] 杜嘉立,姜华.船舶原理[M].大连：大连海事大学出版社,2011.

[8] 刘胜.港口系泊船舶受风高度取值问题研究[J].水运工程,2013(6)：46-48.

[9] 港口工程荷载规范JTS144-1-2010[S].北京:人民交通出版社,2010.

[10] 海港总体设计规范JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

Determining the Tankers’ Ballast Draft Based on AIS Data

MA Xiao-bo, ZHANG Jie, DAI Ran

(Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian Liaoning 116026, China)

Considering the tanker ballast draft is a very important parameter in the ship mooring force calculation under ballast condition as well as clearance height of bridge design. But in port engineering, there is no perfect calculation method. Ship type information of the current specifications and relevant standards also does not mention. Through statistical analysis of ballast draft values from tankers carrying AIS, ballast draft values of different ton tankers under different cumulative frequency are gotten. The statistical results are compared with the calculated results of several domestic and foreign methods. It can provide a reference for the study of ballast draft and modification of codes.

tanker; ballast draft; AIS; cumulative frequency

2016-03-18

2016-04-03

交通运输部水运局海轮船舶水上高度调查分析专题研究([2012]404号)；中央高校基本科研业务费专项资金(3132013016)

马晓波(1990—)，男，硕士生

U674.13；U662.3

A

1671-7953(2016)04-0064-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.016

研究方向:船舶智能化

E-mail:dmu_mxb@163.com