中国海域海况数据库查询系统在船舶及海洋工程领域的应用

Posted 2021-05-01 中国船检

中国船级社中国海域海况数据库查询系统是中国船级社自主研发的用于中国海域的海洋环境数据查询、显示及分析计算软件，该软件可为各类海洋工程装备、国内航行船舶等提供全生命周期的海洋环境数据服务。

考虑到海洋环境是直接关系到海洋工程装备生命安全的核心要素，中国船级社于2011年着手对中国海域海洋环境条件进行研究和分析。经过近7年的研究，已建立完善渤海、黄海、东海、南海及东南亚海域范围内包括风、浪、流在内的长时间序列海况数据库；该数据库基于数值后报方法建立，经过了传感器、浮标、卫星实测数据验证，具有精确度高、时间跨度长、覆盖范围广的特点，为海洋工程装备及国内船舶全生命周期的海洋环境参数需求提供了完备的数据保障。此外，中国船级社根据《Petroleum and natural gas industries-Specific requirements for offshore structures-Part 1: Metocean design and operating considerations》ISO19901-1、《Derivation of Metocean Design And Operating Conditions》API RP 2MET的最新版规范，研发出一套适用于中国海域的风、浪、流极值计算方法。目前中国船级社正与国家海洋局、山东科技大学合作开发 “中国海域海况数据库查询系统”，其中《南海海况数据查询系统》已获得国家版权局颁发的软件著作权登记证书。

图1：软件著作权登记证书

1、中国船级社海洋环境数据库介绍

已建立了渤海、黄海、东海、南海及东南亚海域长期风、浪、流海况数据库，数据库范围具体如下图2：

图2：中国船级社海况数据库范围

该数据库包括五部分。具体信息如下：

1）渤海、黄海、东海细网格区域风、浪、流数据库：

该部分数据库范围如下图3。包括45年内以1小时为间隔的风、浪、流数据，网格大小5.5Km×5.5Km（1/20°）。具体参数有： 

● 水位：天文潮、风暴增水；

● 风：1小时平均风速及风向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、谱峰周期、波向、波陡、波浪谱；

● 流：流速及流向（从海面至海底分10层）；

图3：渤海、黄海、东海细网格近岸数据库（图中黑色阴影）

2）渤海、黄海、东海粗网格区域风、浪、流数据库：

数据库范围如下图4。包括45年内以1小时为间隔的风、浪、流数据，网格大小13.5Km×13.5Km。具体参数有：

 

● 水位：天文潮、风暴增水；

● 风：1小时平均风速及风向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、谱峰周期、波向、波陡、波浪谱；

● 流：流速及流向（从海面至海底分10层）；

图4：渤海、黄海、东海粗网格数据库（图中黑色阴影）

3）南海北部及北部湾第一套数据库：

数据库范围如下图5。包括45年内以1小时为间隔的风、浪、流数据，网格大小27.5Km×27.5Km。具体参数有：

● 水位：天文潮、风暴增水；

● 风：1小时平均风速及风向；

● 浪：有效波高、平均周期、跨零周期、谱峰周期、波向、波陡、波浪谱；

● 流：流速及流向（从海面至海底分10层）；

图5：南海北部及北部湾第一套数据库

4）南海北部及北部湾第二套数据库：

数据库范围如下图6。包括59年内以1小时为间隔的风、浪数据，采用嵌套式网格：5.5km&27.5km。具体参数有：

● 风：1小时平均风速及风向；

● 浪：有效波高、谱峰周期、平均波向、波浪方向分布系数、波浪谱；

图6：南海北部及北部湾第二套数据库

5）南海南部及东南亚海域数据库：

数据库范围如下图7。包括59年内以1小时为间隔的风、浪数据和20年期间的流数据，采用嵌套式网格：5.5km&27.5km。具体参数有：

● 水位：天文潮、风暴增水；

● 风：1小时平均风速及风向；

● 浪：有效波高、谱峰周期、平均波向、波浪方向分布系数、波浪谱；

● 流：流速及流向（从海面至海底分30层）；

● 其他：温度及盐度（从海面至海底分30层）。

图7：南海南部及东南亚海域数据库

2、中国海域海况数据库查询系统

通过中国船级社自主研发的“中国海域海况数据库查询系统”，可提供：

● 各网格为单元的海况数据查询；

● PoT样本提取、年（月、季度）极值样本提取功能；

● 重现期极值计算，各重现期风速、有效波高、流速及水位计算；

● 波浪散布图、风速风向分布等二维统计，包括：HS-TP/Tz, HS-方向,风速-风向，流速-流向等统计;

● 区域散布图、航道散布图统计；

● 台风路径及参数的查询功能及台风动态演示；

● 水深查询；

● 波高等高线查询；

● 波浪谱查询。

该查询系统作为海洋数据图形显示及计算分析的大型专业软件，可以连接中国船级社建立的数据库范围内各个海域的海洋环境数据，该系统主界面见下图8。其后处理功能中的台风动态显示、单点（航线、区域）散布图统计、波浪谱以及极值分析是海上设施和船舶设计评估的基础。该软件弥补了该领域国内空白，其集成的数据后处理功能可对海洋数据进行快捷高效的计算，只需简单操作便可得到目的参数，减少了人为操作产生误差的环节。

3、中国海域海况数据库查询系统应用前景

随着新型海洋经济的带动和产业多样化发展，除了传统的海洋油气和船舶工业外，海洋渔业、电力业、旅游业发展势头迅猛。新型海洋工程装备，例如：海上养鱼平台、海上风电项目及海上旅游装置等产业快速增长，保持了良好的发展势头。这些装备布设在我国沿海的各个海域，经受着海洋中的风、浪、流的长期作用，海洋环境条件对其安全性和经济性至关重要。中国船级社建立的中国海域海洋环境数据库及查询系统，可为这些海洋装备提供全生命周期的，包括：设计、安装、拖航、运营各阶段，全面周到的海洋环境数据服务，为传统船舶、油气设施，以及各种新型装备保驾护航。

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