小型拖网渔船主要参数统计分析(终稿).doc

.小型拖网渔船主要参数统计分析*基金项目：辽宁省海洋与渔业厅资助项目（辽海渔发2007172号）作者简介：任玉清（1971 -），男，河北万全人，副教授，硕士，从事渔船航海技术、渔船安全管理方面的研究。TelE-mail：任玉清1，孙文志1，董 晖2，耿希军3，姚 杰1（1. 大连水产学院海洋工程学院，辽宁 大连，116023；2. 辽宁渔港监督局，辽宁 大连，116015；3. 大连中山渔港监督，辽宁 大连，116015）摘要：主要参数分析是渔船设计过程中最重要的工作之一。本文对收集到的45艘钢质渔船和38艘木质渔船的主要参数进行了回归分析，得到了各种参数与船长的数学关系，并得出了渔船主要参数的估算公式，可供相关部门在渔船设计和船型论证工作中参考。关键词：拖网渔船，主要参数，回归分析，估算公式中图分类号： 文献标识码：引言船舶主要参数包括主尺度、总吨位、排水量等，是表示船舶的大小并以此作为船舶性能计算和校核的参数。合理地选择和确定这些参数是船舶总体设计中最重要的工作之一，也是开展各项具体设计工作的基础。关于船舶主要参数的分析，国内外的学者做了大量卓有成效的研究工作1-6，其中渔船主尺度分析只涉及到大、中型渔船7-9，而对于小型拖网渔船，特别是小型木质拖网渔船的主要参数分析较少。多年来，在我国海洋渔业中，拖网渔船一直是海洋捕捞生产渔船中的骨干力量，其中船长L（一般指垂线间长Lpp）小于40m的小型拖网渔船占绝大多数。作者在力所能及条件下, 收集到我国近百艘小型海洋渔船的主要参数资料，总结分析我国小型拖网渔船各主要参数与船长之间数学关系，在此基础上，得到渔船主要参数的估算公式。1 回归分析方法回归分析是一种研究因变量对自变量的依赖关系的一种统计分析方法10，其目的之一是确定几个特定变量之间是否存在相关关系，如存在，则找出它们之间合适的数学表达式。1.1 一元线性回归模型设自变量x的观测点为xi，i=1，n，相应的因变量yi，i=1，n。假定观测是独立进行的，则用一元线性回归模型 （1）对观测数据进行回归分析，其中b0、b1为回归系数，e为独立随机误差，服从分布。根据最小二乘法原理，要使 （2）达到最小值，回归系数b0、b1的估计值、应满足方程组 （3）其中， （4）解此方程组即可得到回归系数、。则，得到估计回归方程 （5）估计回归方程（5）对于样本数据拟合的紧密程度用相关指数， （6）来度量，R2越接近于1，表明估计的回归方程对样本数据拟合的效果越好；相反，R2越接近于0，表明拟合的效果越差。变量x与y之间线性相关的密切程度用相关系数， （7）来度量，r的绝对值越接近于1，表明x与y线性关系越强；相反，r的绝对值越接近于0，表明x与y线性关系越弱。1.2 可化成线性回归的曲线回归在实际问题中，有时两个变量之间的内在关系并不是线性关系，这时选择恰当类型的曲线比配直线更符合实际情况。通常，对于无法推知变量之间关系的函数类型，需要根据样本数据，从散点图的分布形状及特点选择恰当（R2值较大）的曲线来拟合样本数据11。2 样本数据的收集我国的海洋捕捞渔船，主要是小型钢质和木质渔船，特别是在群众渔业中，木质渔船占有相当大的比重。作者主要选择我国小型海洋渔船中的代表船型，共收集到百余艘小型钢质拖网渔船和40余艘小型木质拖网渔船的船型资料12-14，基本涵盖了从北方到南方地区所有沿海省市的主要船型，并且剔除了双甲板渔船等船型差异较大的样本，样本渔船的主要参数见表1和表2。3 主要参数统计分析拖网渔船的船型较小、设备较多，同时因为其作业特点的要求，需要较大的渔捞作业甲板面积，并且具备良好的稳性、快速性和耐波性。因此，在选取船型主要参数时，必须将各参数联系起来，综合考虑各参数之间相互关系。作者主要分析船舶主尺度中型宽、型深、吃水和船长的关系，以及船长与总吨位和满载排水量的关系，回归出其相关规律，同时也对主尺度比值进行了分析。表1钢质拖网渔船主要参数Table 1 Main parameters of steel trawlers序号GTLoa(m)Lpp(m)B(m)D(m)d(m)(t)序号GTLoa(m)Lpp(m)B(m)D(m)d(m)(t)12519.4016.504.201.551.1551.602411232.1527.506.202.702.10192.0022619.9516.603.901.501.1042.152511932.3027.606.422.702.00196.0034523.5020.504.802.001.5091.432614532.6028.006.303.302.60282.2647527.4922.005.602.151.80132.002714532.5028.006.303.202.42253.1455525.0922.004.651.701.3570.002811732.7028.006.302.852.10203.8068827.6824.005.722.402.00154.162917236.8330.007.003.102.45307.0078727.4824.005.722.402.00154.003016635.6031.007.003.102.50334.8789028.0024.205.802.401.90137.353119036.9031.006.903.802.90336.0098828.5524.505.962.451.80149.653218837.9032.007.003.302.40305.00109629.4824.505125.503319838.3032.007.303.702.80366.80119628.5524.506.102.451.80151.003423539.5033.007.403.702.90426.10128529.0025.005.802.501.90147.003524541.0035.007.203.702.90395.001312430.0025.505.903.052.25195.903624741.0035.007.203.702.80375.00148829.5026.005.702.301.85150.003724342.6536.007.303.702.90415.80158629.8526.005.702.451.90152.323828042.6036.607.503.702.75452.501610430.4626.005.402.501.90137.353929143.5037.007.603.802.80439.001711430.8026.006.402.601.90183.704026543.3037.007.603.802.90463.301813730.9026.406.322.552.00184.004124043.5037.167.603.802.90462.30197530.7026.505.902.601.90181.004229844.8638.007.604.003.00493.002010630.9326.506.202.551.87168.504329944.3838.007.603.752.85499.702113330.6526.606.002.902.29225.204429844.8038.207.703.852.90500.702212431.8827.006.002.702.10182.004531044.8238.607.803.852.90497.002311931.5027.006.802.602.10203.00表2 木质拖网渔船主要参数Table 2 Main parameters of wooden trawlers序号GTLoa(m)Lpp(m)B(m)D(m)d(m)(t)序号GTLoa(m)Lpp(m)B(m)D(m)d(m)(t)11315.0010.603.001.300.9519.97205826.1521.505.302.161.72107.6322015.0611.503.601.100.8020.09215526.5021.625.361.831.5799.8431814.1813.003.601.200.9023.68227626.1722.005.402.101.90124.8041616.0013.40029.06238126.6022.405.382.401.90130.6052217.2514.003.921.401.0031.80249827.0022.805.482.601.90131.3061917.5014.203.601.350.9528.00258228.9923.005.602.472.10156.2071817.2514.203.601.400.9725.80267328.5823.735.802.101.80127.8382616.8315.003.671.351.0533.212711429.3324.206.462.702.20196.3892818.4816.643.901.451.1543.80289028.7224.405.742.352.00165.80106122.5018.004.722.201.7088.50299529.3824.506.002.502.10181.84115222.5018.304.402.001.5577.003010631.7525.006.802.301.88194.75124022.3819.004.561.801.4064.68318629.6725.005.642.301.63142.53135423.2219.105.781.751.4089.00329631.4025.006.802.151.73196.60144023.1019.104.601.681.4076.57339730.3025.206.002.462.10188.60155025.4019.504.751.801.5084.873411230.5026.005.742.802.20193.80163522.6119.994.451.601.3063.233514832.4026.406.882.802.20236.03175225.2021.134.901.841.4594.173613031.4027.005.902.902.25211.40186026.0021.405.432.402.03158.133717233.6527.007.002.402.27278.80196826.0021.505.302.582.00135.503817034.3030.006.283.252.50261.823.1 船长L（垂线间长Lpp）船长是船舶主尺度中最重要的参数，其他尺度、参数需要围绕船长确定。拖网渔船的船长需要满足快速性、稳性、捕捞作业所要求的宽敞甲板作业面积及渔捞设备的布置与使用性能、耐波性等基本要求。作者探讨了L与总吨位GT和满载排水量的关系，进行了非线性回归分析，得到了估计回归方程：（1）对于钢质拖网渔船，有（2）对于木质拖网渔船，有：图1 船长与总吨位及满载排水量的关系Fig.1 The relationship between the length and gross tonnage/full loaded displacement钢质拖网渔船和木质拖网渔船船长L对总吨位GT及满载排水量相关关系的回归结果及各量的坐标离散点如图1所示。容易看出，估计的回归方程对于样本渔船的参数具有较好的拟合效果。 图2 船长与型宽及型深的关系Fig.2 The relationship between the length and moulded breadth/ moulded depth3.2 型宽B小型拖网渔船由于在甲板上有较多的捕捞机械，会导致重心较高，容易造成初稳性不足。因而，为提高船舶初稳性，需要相应的增大型宽；同时较大的型宽不仅可以满足拖网渔船对于渔捞作业甲板面积的需求，而且也改善了船员在风浪中作业的工作环境。作者运用一元线性回归模型分析了型宽B与船长L的相关性，得到如下结果：钢质拖网渔船：木质拖网渔船：图2为船长与型宽关系的回归结果及坐标离散点。3.3 型深D对于小型拖网渔船，型深不仅影响到甲板下的容积，而且也影响到船舶储备浮力的大小。所以，型深的确定首先需要有足够的干舷，改善大倾角稳性。另外，干舷也不要过高以免影响渔捞作业，同时，也使船舶的受风面积增大，对船舶稳性不利。型深D与船长L的相互关系如图2，一元线性回归方程如下：钢质拖网渔船： 木质拖网渔船：3.4 吃水d从船舶耐波性的角度考虑，拖网渔船的平均吃水宜小，从而会使纵摇周期减小，有利于减缓在风浪中的纵摇和升沉运动。但是，吃水又不可过多减小，以免引起首柱出水而产生过大的砰击现象。图3 船长与满载吃水的关系Fig.3 The relationship between the length and full loaded draft满载吃水d与船长L的相互关系如图3，一元线性回归方程如下：钢质拖网渔船： 木质拖网渔船： 船长L与型宽B、型深D和满载吃水d的相关系数r见表3。可见，L与B、D和d具有不错的线性关系；而且，对于钢质渔船，线性相关程度要好于木质渔船。表3 回归效果检验值Table 3 The correlation index of regression effectBDd钢质拖网渔船0.95410.95430.9435木质拖网渔船0.93290.90460.92863.5 主尺度比船舶主尺度比是表示船体几何形状特征的重要参数，主要有长宽比L/B、宽度吃水比B/d、型深吃水比D/d、船长型深比L/D等，其大小与船舶的航海性能有密切关系。（1）L/B，一般是指垂线间长与型宽的比值。该比值越大，船体越瘦长，其快速性和航向稳定性越好，但港内操纵不灵活。（2）B/d，一般是指型宽与型吃水的比值。该比值大，船体宽度大，船舶初稳性高度值也大；但船舶横摇固有周期小，耐波性变差，航行阻力增加。（3）D/d，是指型深与型吃水的比值。该比值大，船舶干舷高，储备浮力大，抗沉性好；但将导致船舱容积增大，重心升高，同时，受风面积也增大，对船舶稳性是不利的。（4）L/D，是指垂线间长与型深的比值。该比值大对船体强度不利。（5）L/d，一般是指垂线间长与型吃水比值。该比值大，船舶的操纵回转性变差。L/B、B/d和D/d是三个独立的主尺度比，而L/D 和L/d则可以从前三者导出。作者统计了小型拖网渔船主尺度比的取值情况，如表4。各主尺度比值与船长的关系如图4所示。表4 小型拖网渔船主尺度比Table 4 The dimension ratios of small trawlers建造材料L/BB/dD/d范围平均值范围平均值范围平均值钢质3.93-5.004.4832.38-3.652.911.19-1.381.31木质3.19-4.533.9842.61-4.673.271.06-1.441.26图4 各主尺度比船长的关系Fig.4 The relationship between the length and the dimension ratios4 讨论4.1 小型拖网渔船各参数与船长的相关程度小型拖网渔船中，钢质拖网渔船各参数与船长的相关程度均较木质拖网渔船高。究其原因，作者认为应该与小型木质海洋渔船的外部构件不够标准有关，如：“大拉”、“二拉”均是因材施建，厚度大小差异太大。另外，对主尺度的确定必然存在着较大的误差问题。因此存在着同一线型的船舶，其主尺度不同的现象。4.2 小型拖网渔船的主尺度比值与船长的关系小型拖网渔船的L/B随船长增大存在增大的趋势；D/d随船长的增大则变化不大；B/d则随船长的增大存在减小的趋势，如图4所示。而且，木质拖网渔船的B/d较钢质拖网渔船偏大。5 结束语主要参数的分析是渔船设计工作的基础。通过对收集到我国小型钢质和木质拖网渔船的主要参数进行统计分析，得到了小型拖网渔船主要参数确定的估算公式。但是，由于作者收集的样本船型资料包括还不能根据作业海区的特点进行分别统计。但是，作者的回归结果基本体现了小型拖网渔船的船型特点，对相关的船舶设计人员在实践中应用会有一定帮助。参考文献1 金平仲，荣焕宗.船舶主尺度的回归分析J. 船舶工程，2004，26（5）：8-182 吴松泉. 沿海小型货船主尺度分析J. 船舶工程，1981（5）：16-203 郭亨翔，倪家俊，张蓓玉. 当今世界优秀船型主要参数的回归分析J. 船舶设计通讯，2002（3-4）：12-154 Fung S.C.，Leibman L. Revised speed-dependent powering predictions for high-speed transom stern hull formsC. FAST 95：Third International Conference on Fast Sea Transportation, Lubeck-Travemunde, September 1995.5 杨清奕. 关于小型渔船主尺度选择的分析J. 船海工程，2001（4）：15-176 藤井弥平、卷島勉、原潔. 海上交通工学M. 东京：海文堂. 1981.127 贾复，钱鸿. 大、中型拖网渔船尺度分析及其设计特点J. 中国造船，1987年第2期8 陈龙，贾复，秦士元. 远洋拖网渔船主要参数分析J. 大连水产学院学报，1998，13（1）：63-699 陈龙，贾复，秦士元. 远洋金枪鱼延绳钓渔船主要参数分析J. 大连水产学院学报，1998，13（3）：55-6310 陆 璇. 应用统计M. 北京：清华大学出版社，1999.12：58-14111 冯 力. 回归分析方法原理及SPSS实际操作M. 北京：中国金融出版社，2004.5：58-14112 农业部水产司，渔业机械行业协会. 中国钢质海洋渔船图集Z. 北京：科学出版社，1991.1113 应光彩，蔡学廉，章可畏，伍稷芳。中国海洋机动渔船图集Z。上海交通大学出版社，1990.214 郭仁达. 现代海洋渔船M. 北京：农业出版社，1983.1Statistical analysis of main parameters