基于AIS数据的海上测风塔选址优化应用

◎ 陈鹏鹏 福州新洋海事咨询服务有限公司

1.引言

近年来，随着福建省风电场建设的快速发展，越来越多的海上风电工程陆续开工建设。数目繁多的在建海上风电场以及新规划风电场与海上通航安全间的矛盾越来越突出，对于新设立的风电场在前期选址时，就必须充分考虑其建设对将来海上交通带来的影响，需要对工程通航安全进行研究，并结合分析结果给出优化后的选址就显得尤为重要。

本文就平潭大练二期海上测风塔选址，采用基于AIS数据对拟选址水域的通航安全进行研究，并对船舶交通流数据进行交通调查，以图文并茂、逼真直观的方式展示，为本工程的合理优化选址方案提供科学佐证材料。

2.交通流分析来源数据——AIS概述

船舶自动识别系统（AIS），是由船载设备和岸基设施这两部分所组成的，AIS静态信息包括：长度，宽度，AIS天线到船首距离和左右舷距离等；AIS中的动态信息包括：发出信息的时刻，当前时刻船舶经、纬度值，航向，船首向等等。AIS数据主要来源包括岸基天线收到的AIS与低轨卫星收到的AIS数据。

3.项目拟计划位置交通流分析

3.1 拟计划的项目位置

根据《平潭大练风电场风电场二期海上测风塔项目海域使用论证报告表》，本测风塔项目的地理概位坐标是(25°43’48.769”N,119°49’35.034”E)，拟建位置是大练岛东北侧。

3.2 交通流采用的分析方法

为考察研究海域的船舶交通状况及通航安全风险，本报告参照国际航标协会（IALA）推荐的航道风险分析方法，即《IALA Guideline 1123:The Use of IALA Waterway Risk Assessment Programme(IWRAPMkII)》（2017年6月出版）：

（1）收集拟建位置及附近海域的交通流数据，采用船舶AIS历史轨迹数据，绘制出研究海域船舶交通流密度图；

（2）基于全年船舶交通流密度图，勾勒出拟建位置内部及其周边海域的船舶习惯航路（routes）、关键转向点（waypoints）、分支航段（legs）；每个分支航段，可以根据需要，划定出与之相应的截面门线（Lateral Gateline）；

（3）对于任一分支航段的交通流特征，可通过其截面门线上交通流分布图（Traffic Lateral Distribution oneachleg）来表征，具体图示方法有直方图或拟合曲线。

3.3 目标水域交通流组成

针对本测风塔项目，从2019年船舶交通流数据库中可以抽取出穿越目标水域的航迹分布，如图1所示。

在图1可以看到，穿越目标水域的商船航迹广泛分布于平潭岛北侧和东侧，包括松下湾、牛头湾、海坛海峡和台湾海峡位于平潭岛东侧等。

图1 穿越本测风塔项目目标水域的商船航迹分布（2019年）

图2 穿越本测风塔项目目标水域的东西走交通流组成部分及核密度图（2019年）

图3 全年松下港进出港商船的轨迹及核密度图（2019年）

针对图1的船舶航迹数据，进一步检索出东西走向的航次（数据重采样），可得到图2所示的穿越目标水域的商船交通核密度图。由图可以发现穿越目标水域的东西向航次主要由以下四股交通流组成：

（1）经由福清湾一期航道的航次，也称“松下港区的进出航次”；图2标记为深红色的交通流；

（2）经由鼓屿门水道的航次；图2标记为蓝色的小股交通流；

（3）经由北东口水道的航次；图2标记为桃红色的小股交通流；

（4）经由大小练水道的航次；图2标记为绿色的小股交通流；

针对船舶航迹数据，可进一步做核密度分析，最终得到穿越目标水域东西向商船轨迹核密度图。穿越目标水域的东西向航次中，受到测风塔规划选址较大影响对象是“经由福清湾一期航道的航次”，即“松下港区的进出航次”。

3.4 松下港区的进出港交通流

从2019年船舶交通流数据库中可以抽取出松下港区进出港航迹分布及核密度图，如图3所示，松下港区进出港航次可以分为以下五类：

（1）取道海坛海峡的航次；

（2）经由猪头礁水道的航次；

（3）沿福清湾一期航道的航次；

（4）沿福清湾一期航道北侧的习惯航路；

（5）沿福清湾一期航道（南侧）延伸线的航次：包括沿内航路北上抄近路进福清一期航道、福清一期航道出口抄近路往内航路的南下船；

上述此五类松下港区的进出港航次中，受到测风塔规划选址较大影响对象是“沿福清湾一期航道延伸线的航次”。

3.5 测风塔旧址的通航合理性评价

从交通流分析情况上来看，本工程对进出福清湾口外海域的船舶产生一定影响，测风塔原规划址需重新调整，以满足通航安全的需要。所以，对风电场测风塔位置进行进一步优化调整是必要的。

4.优化后新位置选址分析

4.1 本测风塔项目位置优化方案的设计

根据本测风塔项目规划原址，及其周边推荐航路、进出港推荐航法分布情况，根据业主提出的若干备选位置（坐标如表1，视为概念设计初步方案），进行评价分析对船舶通航环境的影响；这个概设方案主要是考虑需要“避开测风塔原规划位置周边海域的小股东西向习惯航路情况。

4.2 概设方案与习惯航路间距分析

根据第三节分析，受到测风塔规划选址较大影响对象是“经由福清湾一期航道的航次”，即“松下港区的进出航次”，因此进行针对性的分析。

表1 概念设计中的测风塔备选位置坐标

图4 本测风塔项目备选位置的商船交通流密度分布图

图5 本测风塔项目备选位置与 “90%区间连线”相对位置关系图

图6 优化后选址示意图

4.2.1概设方案周边交通流季节分析见图4。

①备选位置1（紫色三角形图标）和2（青色三角形图标），由于所在纬度较低，在一年四季中，都不会对“沿福清湾一期航道（南侧）延伸线的航次”产生影响；

②拟建位置（橙色三角形图标）和备选位置3（蓝色三角形图标），由于所在纬度较高，在一年四季中，仅有第二季度看到与“沿福清湾一期航道（南侧）延伸线的航次”最南若干航次（东西走向的交通流）略有存在空间并存。

总体而言，从一年四季的交通流密度分布图来看，四个测风塔备选位置已基本避开“沿福清湾一期航道（南侧）延伸线的航次”。

4.2.2概设方案与松下港区航次分析

根据《闽海事[2019]11号指南》条款7.1“确定航迹带分布宽度保证率90%条件下的航路边界”的方法，分析四个备选位置与“90%区间连线”的间隔距离，来衡量对松下进出港航次的影响程度；这些距离的具体量测方法如图5所示。

5.结论

由于测风塔属于单个水上构筑物，建设单位考虑桩基地质问题，避免单个位置因地质问题无法施工，因此在结合如上交通流分析及综合通航安全角度考虑，建议优先采用备选1位置进行施工，当所选建设地址的底质无法满足建设要求时，则依次按照备选3、备选2、拟建位置的顺序进行选址施工，详见图6。