基于AIS數據的海上測風塔選址優化應用

◎ 陳鵬鵬 福州新洋海事咨詢服務有限公司

1.引言

近年來，隨著福建省風電場建設的快速發展，越來越多的海上風電工程陸續開工建設。數目繁多的在建海上風電場以及新規劃風電場與海上通航安全間的矛盾越來越突出，對于新設立的風電場在前期選址時，就必須充分考慮其建設對將來海上交通帶來的影響，需要對工程通航安全進行研究，并結合分析結果給出優化后的選址就顯得尤為重要。

本文就平潭大練二期海上測風塔選址，采用基于AIS數據對擬選址水域的通航安全進行研究，并對船舶交通流數據進行交通調查，以圖文并茂、逼真直觀的方式展示，為本工程的合理優化選址方案提供科學佐證材料。

2.交通流分析來源數據——AIS概述

船舶自動識別系統（AIS），是由船載設備和岸基設施這兩部分所組成的，AIS靜態信息包括：長度，寬度，AIS天線到船首距離和左右舷距離等；AIS中的動態信息包括：發出信息的時刻，當前時刻船舶經、緯度值，航向，船首向等等。AIS數據主要來源包括岸基天線收到的AIS與低軌衛星收到的AIS數據。

3.項目擬計劃位置交通流分析

3.1 擬計劃的項目位置

根據《平潭大練風電場風電場二期海上測風塔項目海域使用論證報告表》，本測風塔項目的地理概位坐標是(25°43’48.769”N,119°49’35.034”E)，擬建位置是大練島東北側。

3.2 交通流采用的分析方法

為考察研究海域的船舶交通狀況及通航安全風險，本報告參照國際航標協會（IALA）推薦的航道風險分析方法，即《IALA Guideline 1123:The Use of IALA Waterway Risk Assessment Programme(IWRAPMkII)》（2017年6月出版）：

（1）收集擬建位置及附近海域的交通流數據，采用船舶AIS歷史軌跡數據，繪制出研究海域船舶交通流密度圖；

（2）基于全年船舶交通流密度圖，勾勒出擬建位置內部及其周邊海域的船舶習慣航路（routes）、關鍵轉向點（waypoints）、分支航段（legs）；每個分支航段，可以根據需要，劃定出與之相應的截面門線（Lateral Gateline）；

（3）對于任一分支航段的交通流特征，可通過其截面門線上交通流分布圖（Traffic Lateral Distribution oneachleg）來表征，具體圖示方法有直方圖或擬合曲線。

3.3 目標水域交通流組成

針對本測風塔項目，從2019年船舶交通流數據庫中可以抽取出穿越目標水域的航跡分布，如圖1所示。

在圖1可以看到，穿越目標水域的商船航跡廣泛分布于平潭島北側和東側，包括松下灣、牛頭灣、海壇海峽和臺灣海峽位于平潭島東側等。

圖1 穿越本測風塔項目目標水域的商船航跡分布（2019年）

圖2 穿越本測風塔項目目標水域的東西走交通流組成部分及核密度圖（2019年）

圖3 全年松下港進出港商船的軌跡及核密度圖（2019年）

針對圖1的船舶航跡數據，進一步檢索出東西走向的航次（數據重采樣），可得到圖2所示的穿越目標水域的商船交通核密度圖。由圖可以發現穿越目標水域的東西向航次主要由以下四股交通流組成：

（1）經由福清灣一期航道的航次，也稱“松下港區的進出航次”；圖2標記為深紅色的交通流；

（2）經由鼓嶼門水道的航次；圖2標記為藍色的小股交通流；

（3）經由北東口水道的航次；圖2標記為桃紅色的小股交通流；

（4）經由大小練水道的航次；圖2標記為綠色的小股交通流；

針對船舶航跡數據，可進一步做核密度分析，最終得到穿越目標水域東西向商船軌跡核密度圖。穿越目標水域的東西向航次中，受到測風塔規劃選址較大影響對象是“經由福清灣一期航道的航次”，即“松下港區的進出航次”。

3.4 松下港區的進出港交通流

從2019年船舶交通流數據庫中可以抽取出松下港區進出港航跡分布及核密度圖，如圖3所示，松下港區進出港航次可以分為以下五類：

（1）取道海壇海峽的航次；

（2）經由豬頭礁水道的航次；

（3）沿福清灣一期航道的航次；

（4）沿福清灣一期航道北側的習慣航路；

（5）沿福清灣一期航道（南側）延伸線的航次：包括沿內航路北上抄近路進福清一期航道、福清一期航道出口抄近路往內航路的南下船；

上述此五類松下港區的進出港航次中，受到測風塔規劃選址較大影響對象是“沿福清灣一期航道延伸線的航次”。

3.5 測風塔舊址的通航合理性評價

從交通流分析情況上來看，本工程對進出福清灣口外海域的船舶產生一定影響，測風塔原規劃址需重新調整，以滿足通航安全的需要。所以，對風電場測風塔位置進行進一步優化調整是必要的。

4.優化后新位置選址分析

4.1 本測風塔項目位置優化方案的設計

根據本測風塔項目規劃原址，及其周邊推薦航路、進出港推薦航法分布情況，根據業主提出的若干備選位置（坐標如表1，視為概念設計初步方案），進行評價分析對船舶通航環境的影響；這個概設方案主要是考慮需要“避開測風塔原規劃位置周邊海域的小股東西向習慣航路情況。

4.2 概設方案與習慣航路間距分析

根據第三節分析，受到測風塔規劃選址較大影響對象是“經由福清灣一期航道的航次”，即“松下港區的進出航次”，因此進行針對性的分析。

表1 概念設計中的測風塔備選位置坐標

圖4 本測風塔項目備選位置的商船交通流密度分布圖

圖5 本測風塔項目備選位置與 “90%區間連線”相對位置關系圖

圖6 優化后選址示意圖

4.2.1概設方案周邊交通流季節分析見圖4。

①備選位置1（紫色三角形圖標）和2（青色三角形圖標），由于所在緯度較低，在一年四季中，都不會對“沿福清灣一期航道（南側）延伸線的航次”產生影響；

②擬建位置（橙色三角形圖標）和備選位置3（藍色三角形圖標），由于所在緯度較高，在一年四季中，僅有第二季度看到與“沿福清灣一期航道（南側）延伸線的航次”最南若干航次（東西走向的交通流）略有存在空間并存。

總體而言，從一年四季的交通流密度分布圖來看，四個測風塔備選位置已基本避開“沿福清灣一期航道（南側）延伸線的航次”。

4.2.2概設方案與松下港區航次分析

根據《閩海事[2019]11號指南》條款7.1“確定航跡帶分布寬度保證率90%條件下的航路邊界”的方法，分析四個備選位置與“90%區間連線”的間隔距離，來衡量對松下進出港航次的影響程度；這些距離的具體量測方法如圖5所示。

5.結論

由于測風塔屬于單個水上構筑物，建設單位考慮樁基地質問題，避免單個位置因地質問題無法施工，因此在結合如上交通流分析及綜合通航安全角度考慮，建議優先采用備選1位置進行施工，當所選建設地址的底質無法滿足建設要求時，則依次按照備選3、備選2、擬建位置的順序進行選址施工，詳見圖6。