漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

李 納，王 靖，梁建生，諶志新，張 怡

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092）

漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

李 納，王 靖，梁建生，諶志新，張 怡

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092）

建立拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為拖網(wǎng)漁船標(biāo)準(zhǔn)化研究提供數(shù)據(jù)支撐。選擇適合拖網(wǎng)漁船的有效馬力估算經(jīng)驗公式，對拖網(wǎng)漁船的主機(jī)功率進(jìn)行預(yù)估和核算，建立拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，形成拖網(wǎng)漁船推進(jìn)性能分析報告，提高拖網(wǎng)漁船設(shè)計和管理的科研支撐。

漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫；主機(jī)功率估算；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；主機(jī)功率特性匹配

0 引言

我國是一個漁業(yè)大國，漁船數(shù)量居全球之首。但是我國漁船發(fā)展存在諸多問題，船齡老化，船型雜亂，漁船標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)滯后。由于缺乏科研支撐，不合理船型比例高，漁船阻力性能差，船機(jī)槳參數(shù)匹配不合理，推進(jìn)效率低。因此，建立漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開展標(biāo)準(zhǔn)化漁船設(shè)計，完善漁船管理和控制體系，已成為我國漁船發(fā)展的首要任務(wù)[1]。

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[2]是為拖網(wǎng)漁船設(shè)計和管理服務(wù)的系統(tǒng)平臺，它具備數(shù)據(jù)存儲、查詢和計算、輔助決策的功能。系統(tǒng)擁有一個數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確、檢索方便的船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，能夠完整、及時地提供設(shè)計及管理中需要的數(shù)據(jù)；系統(tǒng)還擁有一個性能評估模塊，通過前臺交互界面的操作和后臺的程序運(yùn)算，向用戶提供可靠的分析報告，提高拖網(wǎng)漁船設(shè)計和管理的科研支撐。

1 拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)能對拖網(wǎng)漁船的各項基本信息進(jìn)行詳細(xì)描述，為船舶設(shè)計中各項技術(shù)、性能的評估分析提供全面的數(shù)據(jù)資料。由于船舶信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)量龐大，而船舶信息數(shù)據(jù)的存儲方式又直接影響到數(shù)據(jù)庫在船舶設(shè)計過程中的作用效果，所以拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫必須做到數(shù)據(jù)完整、結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定。

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要包括以下內(nèi)容[3]：需求分析、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計）、安全性設(shè)計、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)維護(hù)。

船型參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是關(guān)系結(jié)構(gòu)，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲時，按記錄之間的關(guān)系來體現(xiàn)船型參數(shù)之間的關(guān)系。拖網(wǎng)漁船數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 拖網(wǎng)漁船數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系圖

1.1 拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫需求分析

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫是在對收集的拖網(wǎng)漁船信息資料整理、分析的基礎(chǔ)上建立的。描述一艘船舶的全部特性，需要數(shù)十個甚至更多的屬性信息，信息瑣碎，數(shù)據(jù)量大，因此在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時需要進(jìn)行船舶信息數(shù)據(jù)需求分析，包括數(shù)據(jù)內(nèi)容分析、數(shù)據(jù)格式分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析保證拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確、檢索方便[4]。

1.2 拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1）數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是在對拖網(wǎng)漁船船舶設(shè)計任務(wù)需求分析基礎(chǔ)上完成的。根據(jù)拖網(wǎng)漁船船舶設(shè)計的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫需要涵蓋以下主要內(nèi)容：基本信息（船舶主要尺度及主要參數(shù)、設(shè)計要求等）、動力裝置信息（主機(jī)型號）、船體性能指標(biāo)信息（航速、自持力、續(xù)航力）、航行設(shè)備信息（雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航儀）、甲板機(jī)械設(shè)備信息（錨、絞綱機(jī)）、船體重量分布信息（燃油量、淡水量等）、用戶信息（用戶權(quán)限）。

2）數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

硬件環(huán)境基本配置為：

2.0Ghz/2GRAM/320GHD；

系統(tǒng)環(huán)境基本配置為：

WinXP32bit，OFFICE2003；

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：有多臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與Internet網(wǎng)連接，保證帶寬在2Mb以上；

數(shù)據(jù)庫訪問方式：采用用戶名+口令的SQL Server2008身份驗證方式訪問數(shù)據(jù)庫。

2 建立拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不僅包括船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，還包括信息管理與性能評估軟件。系統(tǒng)涵蓋全部的可結(jié)構(gòu)化存儲的數(shù)據(jù)資料條目，可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、查詢等操作；能夠進(jìn)行拖網(wǎng)漁船的船型性能分析，形成主流船型主尺度參數(shù)與主機(jī)功率特性匹配的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計參考方案[4]。

拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是對船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫的二次開發(fā)和利用。在一定的硬件平臺上，應(yīng)用數(shù)據(jù)訪問技術(shù)ADO.NET和開發(fā)工具Visual Studio.NET完成具體的程序編寫工作。整個系統(tǒng)按照功能模塊主要分為信息管理模塊、性能評估模塊，其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 信息管理模塊

信息管理模塊主要是對數(shù)據(jù)庫中的船舶信息進(jìn)行管理，包括添加、刪除、修改、查詢等功能。

1）系統(tǒng)具有方便、準(zhǔn)確的查詢功能。包括多字段組合的精確查詢、多字段組合的模糊查詢。允許用戶自定義查詢方式，可以同時定義多個查詢條件，包括船型特點(diǎn)查詢、船舶作業(yè)方式查詢、船舶建造時間查詢。

2）系統(tǒng)具有編輯功能，提供面向?qū)ο蟮慕换ソ缑妫鐖D3所示。特權(quán)賬戶可以通過軟件界面對數(shù)據(jù)執(zhí)行“添加/刪除/修改”功能，系統(tǒng)自動在后臺完成數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)信息的修改。

圖3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)信息查詢交互界面

2.2 性能評估模塊

性能評估模塊主要是提供主機(jī)匹配預(yù)報功能。依據(jù)船型參數(shù)估算主機(jī)功率，并根據(jù)估算出的主機(jī)功率對主機(jī)進(jìn)行機(jī)型選擇，提高船—機(jī)—槳匹配的可靠性，并對現(xiàn)有船舶的主機(jī)額定功率進(jìn)行校核，避免出現(xiàn)“大機(jī)小標(biāo)”現(xiàn)象。本系統(tǒng)提供兩種方法實(shí)現(xiàn)主機(jī)功率的預(yù)測。一種是通過漁船有效馬力估算經(jīng)驗公式——土屋孟公式估算主機(jī)功率[5]，另一種是利用回歸公式估算主機(jī)功率。

1）土屋孟公式估算法

土屋孟公式[6]是依據(jù)模型水池試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出來的漁船有效馬力估算經(jīng)驗公式，其核心思想是通過換算成排水量為300噸船的總阻力系數(shù)r300計算任意排水量下實(shí)船的有效馬力EHP。土屋孟公式的船型要素有一定的限制范圍，其速度范圍為

式中：L為設(shè)計水線長，m；B為船寬，m；T吃水，m；▽為排水體積，m3；Δ為排水量，t；Fn▽為體積傅汝德數(shù)；CM為中橫剖面系數(shù)；螺旋槳的推進(jìn)系數(shù)為0.5～0.7。

EHP=0.5～0.7MHP (4)

2）回歸公式估算法

主機(jī)估算公式[7]通過三次完全式以逐步回歸逆推算法求得。完全式回歸保證規(guī)定階次下諸變量全部交互項和乘方中重要項無一遺漏；逆推算法則使逐步回歸過程中的存儲和計算大為縮減。

式中：L為設(shè)計水線長，m；B為船寬，m；T為吃水，m；Cb為方形系數(shù)；V為設(shè)計航速，kn；n為螺旋槳轉(zhuǎn)速，r/min。

2.3 計算實(shí)例

以江蘇省的一艘近海拖網(wǎng)漁船為例，計算其主尺度和船型要素如下：

Δ=373.80 t，L=34.98 m，B=6.8 m，T=3.2 m，L/▽1/3=4.856，Cm=0.935，Cp=0.677，LCB=-2.87%，1/2αe=22°，1/2αr=85°，αBS=16°，t/L=0.024，α/Amax= 0，V=10 kn，n=252.5 r/min。經(jīng)漁船有效馬力估算經(jīng)驗公式，土屋孟公式計算得出的結(jié)果如圖4所示。

圖4 土屋孟公式計算結(jié)果顯示界面

由圖可見當(dāng)設(shè)計航速V=10 kn時，漁船有效功率EHP=126.8 kW，主機(jī)功率MHP=181.14～253.60 kW。

經(jīng)回歸公式估算得出主機(jī)功率MHP=238.66 kW。

實(shí)船的主機(jī)功率為220 kW，土屋孟公式計算正誤差為15.3%，回歸公式計算誤差為8.5%。

表1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主機(jī)功率預(yù)估計算結(jié)果

應(yīng)用本系統(tǒng)對表1中的30艘漁船的主機(jī)功率進(jìn)行估算，并將系統(tǒng)中兩種公式計算出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行誤差分析，發(fā)現(xiàn)利用土屋孟公式預(yù)估得到的主機(jī)功率誤差在20%以內(nèi)，利用回歸公式預(yù)估得到的主機(jī)功率誤差也在20%以內(nèi)?？梢姳鞠到y(tǒng)的兩種主機(jī)功率估算方法能夠在工程誤差20%以內(nèi)為主機(jī)選型提供依據(jù)。

3 結(jié)論

本文針對現(xiàn)行拖網(wǎng)漁船管理體制中存在的問題，建立了拖網(wǎng)漁船船型參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過選擇適合拖網(wǎng)漁船的有效馬力估算經(jīng)驗公式，對拖網(wǎng)漁船的主機(jī)功率進(jìn)行了有效的預(yù)估和核算，有利于拖網(wǎng)漁船的規(guī)范化管理，減少了“大機(jī)小標(biāo)”現(xiàn)象的發(fā)生。

[1] 趙福波. 我國漁船標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]. 中國水產(chǎn),2007(11):65-67.

[2] 歐陽. 胡明漁業(yè)船舶管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].船舶工程,2006(4):56-59.

[3] 賈躍. 船舶信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連:大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2005.

[4] 彭義健. 船舶低速機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及軟件開發(fā)[J].艦船科學(xué)知識,2012(10):53-56.

[5] 土屋孟. 漁船船型の有効馬力に関する統(tǒng)計解析[J].昭和47年10月日本造船學(xué)會秋季講演會において講演): 70-72.

[6] 張怡. 基于土屋孟公式的漁船有效馬力估算軟件設(shè)計[J]. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師, 2013(1): 34-37.

[7] 梁建生. 小型船舶航速回歸的參數(shù)研究和模式研究[J]. 中國造船, 1987(3): 25-33.

Construction and Application of Management System of Hull Parameters Database for Fishing Vessel

Li Na, Wang Jing, Liang Jian-Sheng, Shen Zhi-Xin, Zhang Yi
(Fishery Machinery and Instrument Research Institute of China Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092, China)

The trawler hull parameter database is established to provide data support for the standardization of the trawler. The suitable effective horse power estimate empirical formula for the trawler is selected to estimate the main engine power of trawlers. The management system of the hull parameter database for the trawler is established. The analysis report is gained to analyze the propulsion performance of the trawler, which improves the scientific research support of the design and management for trawlers.

trawler hull parameter database; effective horse power estimate; database management system; engine power performance matching

U674.4

A

10.14141/j.31-1981.2015.03.011

李納（1987-），女，工程師，研究方向：漁業(yè)船舶設(shè)計。