小型拖网渔船主要参数统计分析单拖渔船

小型拖网渔船主要参数统计分析单拖渔船 SHIP ENGINEERING 船 舶 工 程 V ol.32 No.3 xx 总第32卷，xx年第3期 小型拖网渔船主要参数统计分析 任玉清1,2，孙文志2，姚 杰1,2，郑中义1 （1大连海事大学 航海学院，大连 116026；2大连水产学院 海洋工程学院，大连 116023） 摘 要：主要参数分析是渔船设计过程中最重要的工作之一.通过对收集到的45艘小型钢质拖网渔船和38艘小型木质拖网渔船的主要参数进行回归分析，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 ：U674.41 文献标志码：A ：1000-6982 (xx) 03-0009-04 Statistical Analysis of Main Parameters for Small Trawlers REN Yu-qing 1,2, SUN Wen-zhi2, YAO Jie1,2, ZHENG Zhong-yi1 (1. Navigation College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China; 2. Ocean Engineering College, Dalian Fisheries University, Dalian 116023, China) Abstract : Analysis of the main parameters is one of the most important works of the design process of fishing boat. In this paper, the main parameters of fishing boat statistical analysis is made based on 45 steel trawlers and 38 wooden ones, and the relationship between the length and other parameters is studied, the formula of estimating the main parameters is proposed. The formula may be used in design and also formed foundation for technical and economical evaluation. Key words: trawler; main parameters; regression analysis; estimating formula 0 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.考虑到在我国海洋渔业中，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L pp ）小于40m 的小型拖网渔船占绝大多数，因此本文通过分析我国小型拖网渔船各主要参数与船长之间数学关系，得到小型拖网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：xx-10-30；修回日期：xx-01-04 基金项目：辽宁省海洋与渔业厅资助项目（辽海渔发xx172号） 作者简介：任玉清（1971-），男，副教授，从事渔船航海技术、渔船安全管理方面的研究. 9 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x i ，i =1, 2, , n ，相应的因变量y i ，i =1, 2, , n .假定观测是独立进行的，则用一元线性回归模型： y =b 0+b 1x +e （1） 对观测数据进行回归分析，其中b 0、b 1为回归系数；e 为独立随机误差（服从均值为0、方差为 2的正态分布N (0, 2) ）.根据最小二乘法原理，要使： Q (b 0, b 1) =(y i ?b 0?b 1x i ) 2 （2） i =1n ?、b ?应达到最小值，回归系数b 0、b 1的估计值b 01 满足方程组： ?b 0T X X ?=X T Y （3） ?b 1? x 1?y 1? ?y ?x 2?，Y =?2?，X T 表示X 的?#?#? ? x n ?y n ? ?、b ?.则，转置矩阵.解此方程组即可得到回归系数b 01 ?1 ?1 其中，X =? ?#?1 得到估计回归方程： ?+b ?x ?=b y （4） 01 估计回归方程（4）对于样本数据拟合的紧密程度用相关指数来R 2度量，R 2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，R 2越接近于0，表明拟合的效果越差. R 2= ?i ?2(y n i =1n i =1 = (y i ?2 1n y i （5） n i =1 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. 3.1 船长L （垂线间长L pp ） 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. 本文探讨了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： ?GT =0.0086L 2.8899R 2=0.9611 ?22 0.4543.123442.6190.9633=L ?L ?R =? 2）对于木质拖网渔船，有： ?GT =0.0208L 2.6334R 2=0.9227 ?22 0.59099.263143.9480.9276=L ?L +R =? 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.从图中可看出，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. 350 300250200 150 100500 10152025 30 35 40 L /m (a) 总吨位 G T *010 15 2025 30 35 40 L /m (b) 满载排水量 变量x 与y 之间线性相关的密切程度用相关系数 来r 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. r = 1n =x i （6） n i =1 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（R 2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，得到样本渔船的主要参数资料（略）. 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.本文主要分析船舶主尺度中型宽、型 图1 船长与总吨位及满载排水量的关系 3.2 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. 10 /t 本文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：B =0.1594L 1.7902 木质拖网渔船：B =0.2123L 0.7765 船长与型宽关系的坐标离散点及回归结果如图2(a)所示. 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 5 B /m 4D /m 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(b)所示，一元线性回归方程如下： 钢质拖网渔船：D =0.114L 0.3497 木质拖网渔船：D =0.1009L 0.0425 43d /m 21010 15 20 25 30 35 L /m (c) 满载吃水 40 3 2 1010 15 20 25 30 35 40 1*540 /mL /m L (a) 型宽 (b) 型深 图2 船长与型宽、型深及满载吃水的关系 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. 满载吃水d 与船长L 的相互关系如图2(c)所示，一元线性回归方程如下： 钢质拖网渔船：d =0.0848L 0.1938 木质拖网渔船：d =0.0916L 0.2553 船长L 与型宽B 、型深D 和满载吃水d 的相关系数r B 、r D 和r d 见表1.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，线性相关程度要明显好于木质渔船. 表1 回归效果检验值 r B r D r d 钢质拖网渔船木质拖网渔船船体宽度大，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.本文统计了小型拖网渔船主尺度比的取值情况，如表2.各主尺度比值与船长的关系如图3所示. 表2 小型拖网渔船主尺度比 建造材料 L /B B /d D /d 范围 平均值 范围 范围 平均值 钢质 木质 3.5 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， 平均值 4 分析结果 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，应该与小型 11 木质海洋渔船的外部构件不够标准有关，如：“大拉”、“二拉”（对木质渔船，在舷侧外板排列中位于顶端且最厚的一列外板，称为“大拉”，依次排列称为“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. L /B B /d 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3所示.而且木质拖网渔船的B/d较钢质拖网渔船偏大. 1.6D /d 1.20.80.4010 15 20 25 30 35 40 101520 25 30 35 40101520 25303540 L /m L /m L /m (a) L /B (b) B /d (c) D /d 图3 各主尺度比值与船长的关系 C/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, xx(4): 15-17. 6 藤井弥平, 卷島勉, 原潔. 海上交通工学M. 东京: 海 文堂, 1981. 7 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(2): 95-110. 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): 63-69. 9 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): 55-63. 10 陆璇. 应用统计M. 北京: 清华大学出版社, 1999. 11 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, xx. 12 农业部水产司, 渔业机械行业协会. 中国钢质海洋渔船 图集M. 北京: 科学出版社, 1991. 13 应光彩, 蔡学廉, 章可畏, 等. 中国海洋机动渔船图集 M. 上海: 上海交通大学出版社, 1990. 14 郭仁达. 现代海洋渔船M. 北京: 农业出版社, 1983. 5 结束语 通过对收集到的我国小型拖网渔船的主要参数进行统计分析，得到了总吨位、满载排水量、垂线间长、型宽、型深、满载吃水等参数确定的估算公式，其中钢质拖网渔船主要参数的估算精度要明显好于木质渔船.