基于imo新规范的散货船主尺度回归模型.pdf

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编号:20181111064046596221    类型:共享资源    大小:216.41KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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第24卷第4期(总第142期) 2013年8月 船 舶 SHIP&BOAT V01.24 No.4 August,2013 [计算机技术与应用] 基于IMO新规范的散货船主尺度回归模型 刘 洋· 张明霞t 赵昱昊2 (1.大连理工大学船舶工程学院 大连116024; 2.南开大学经济学院 天津300071) [摘要】在近十年间IMO标准不断改变的前提下,对期间的科研、设计论文中出现的用作设计母型的散货船资料进行整理, 利用经济学上常用的统计原理建立散货船主尺度数学模型。计算结果表明:该模型可用于基于IMO新标准设计的散货船主尺 度要素的初步设计,也可用于成本估计与经济船型论证,为设计方案的主尺度诸要素选择提供一定的参考。 [关键词]散货船;主尺度;数学模型;IMO新规范 [中图分类号]U665.261 [文献标志码]A 【文章编号]t001—9855(2013)04—0078—04 1~ ■ 1 ’ n ● ■ l 1● ● n ■ ■● ● ReRression monel or-orincioal dimensions 10r DUlK carriers based on new IM0 regulation LIU Yan91 ZHANG Ming—xial ZHA0 Yu—ha02 (1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 1 1 6024,China; 2.Sehool of Economy,Nankai University,Tianjin 300071,China) Abstract:With the continuous changes of the IMO rules in recent ten years,this paper arranges data of parent bulk carries design from researches and literatures during this period.It establishes mathematical model of principal dimensions for bulk carriers through statistics theory which is commonly used in economics.The results show that this model can be used in preliminary design of principle dimensions for bulk carriers based on the new IMO rule.cost estimation and economic evaluation.It provides certain referenee for selection of principle dimensions factors of design scheme. Keywords:bulk carriers;principal dimension;mathematical model;new IMO regulation O 引 言 散货船自20世纪50年代中期出现以来,总体 上保持着强劲的增长势头。在国际航运中,散货船 运输占货物运输的30%以上…,在当今海运中起着 举足轻重的作用。 78 目前的散货船回归方程模型,多是对以往建造 的散货船进行回归统计得到的。尽管含有2000年 以后建造符合IMO新要求的散货船统计模型,但也 含有1980年。2000年的散货船数据[2],因此已不太 适用于2000年以后新建的散货船主尺度选取和优 化:同时,由于IMO标准多次改变…,仅仅统计现在 营运中的船舶数据,同样会受到之前所建不符合新 [基金项目]大连理T大学大学生创新性计划项目(2009800)。 [收稿日期]2012—12—04;[修回日期]2013—01—10 [作者简介]刘 洋(1991一),男,研究方向:船舶与海洋工程。 张明霞(1969一),女,博士,副教授,研究方向:船舶设计、船舶稳性及海上安全作业智能系统。 赵昱吴(1992一),男,研究方向:经济学。 万方数据 刘 洋.等:基于IMO新规范的散货船主尺度回归模型 IMO要求的散货船数据干扰。 为了给基于最新规范要求的船舶设计提供一定 的参考和依据,本文以2002年~2012年在科研设计 中作为研究母型的散货船数据,对散货船主尺度进 行拟合,建立船舶主尺度的数学模型。 1拟合的数据范围及模型适用范围 由2002年不同载重吨位散货船分布的统计数 据…(见图1)可以看出,主流散货船的载重吨依旧是 从10 000。100000t。同时由于科研设计中使用的 散货船模型多为10 000—115 000 t之间。所以本文 选取10 000~1 15 000 t的散货船数据作为统计对象. 建立的模型也适用于该范围内的船舶主尺度分析。 2000 琏 0 2—3 5 3 5l一5.999 6--8.999 9-19.999 20 D彤“104t 2002年不同载重吨位散货船分布 拟合的数据包括船舶的主参数(主要涉及相对 变化较小的重要尺度):垂线间长k、型宽B、型深 D、吃水礴主尺度要素与载重量DW陀间的关系。 2主尺度数学模型的建立 文中所选船舶是2002~2012年间国内外散货 船相关研究论文中出现的66条散货船的数据,我们 以此小样本回归统计结果为基础,建立单变量回归 模型。数学模型建立的步骤如下:运用计量经济学 中建立小样本回归的经济学模型的方法。首先将船 型数据资料列成表格、分析比较、剔除明显不合理的 数据;然后参考其他类型船舶经验公式,利用计算程 序画出变量之间的散点图,以确定数学模型的表达 形式;再从现有的回归方法中挑出比较成熟的科学 方法…,进行数学模型的回归:最后再进行数学模型 的验证。 建模采用Minitabl6软件,该软件常用于质量 管理学和统计学之中。与统计中常用的软件Excel 相比,其具有统计精度高,回归拟合显著性优异、适 于小样本回归的特点,在其经济学、管理学等相关学 科运用极广。这里以载重量D形r和垂线间长£。的 模型为例,说明建立回归公式的过程。 由于载重量DWT的数量级相比于垂线间长较 大.不利于回归公式的选择.我们将载货量取对数后 得到新的统计量“lnDWT”:然后参考现有的回归公 式,运用多种回归公式进行拟合,包括线性、指数、对 数及多项式等模型.从得到的结果中选择相关系数 R2最高的方程作为结果;最终可得到回归方程。 将总体结果进行F检验。F检验是对模型整体 回归显著性的检验,检验结果如表1所示。 表1 F检验相关数据及结果 表1中的数据为对总离差平方和的分解以及最 终求得的结果,回归为计算来自回归的离差平方和 RSS的过程.误差为计算来自误差的离差平方和 ESS的过程。合计为总的离差平方和TSS,三者关系 为TSS=RSS+E驰。其中S5为离差平方和,肘S为均 方,MS=SS/自由度。F为样本统计量值,P为计算出 的置信水平,在P小于置信度0.05的时候,统计结 果才被认为是显著的,予以保留。 统计学中,自由度厂指计算某一统计量时,取值 不受限制的变量个数。通常自由度f=-n—k,其中n为 样本含量,k为被限制的条件数或变量个数,或计算 某一统计量时用到其他独立统计量的个数。自由度 通常用于抽样分布中.样本统计量值不同于样本统 计数.样本统计数指所统计样本的数目,一般为整 数:而样本统计量值是,检验和t检验计算过程中 的过程量,非样本数目的意义,一般非整数。 下面分别对载重量DWT取ln的每个幂次进行 t检验,见表2。可以看出,P值远远小于置信度 0.05,所以该模型整体可解释这两个变量间的关系。 表2 t检验相关数据及结果 79 万方数据 第24卷第4期(总第142期) 2013年8月 船 舶 SHIP&BOAT V01.24 No.4 August,2013 说明:t检验是对单个解释变量的回归显著性 的检验。若回归系数估计值未通过t检验,则相应解 释变量应从模型中剔除。表中数据为对所得拟合公 式的每一个解释变量的检验结果。线性为对一次项 lnDWT的检验.二次为对二次方项(InDWT)z的检 验,立方为对三次方项(1nDWT),的检验。可以看到 每个幂次的P值都小于置信度0.05.因此每个幂次 都予以保留。该公式满足统计精度要求。根据上述 2过程,对lnDWT与L,。的关系进行回归拟合。 3主要船型参数拟合图形及数学模型 3.1垂线间长k与载重量DYO“的回归模型 回归公式为: lnDWTIt 图2 DWT与k的拟合曲线图 Lpp=一19 341+5 598 InDWT一538.5(1nDWT)2+ 17.37(1nDWT)3 (1) 式中:相关系数Rz:93.8%.两者的拟合曲线图如图 2所示。 3.2型宽曰与载重量DWT的回归模型 回归公式为: B=87.19—20.04 lnDIVT+1.370(1nDWT)2 (2) 式中:相关系数R:=91.6%,两者的拟合曲线图如图 3所示。 3.3型深D与载重量D胛的回归模型 回归公式为: D=21.33—5.996 lI圆形r+0.5 168(1nDWT)2 (3) 式中:相关系数R2=96.6%。两者的拟合曲线图如图 4所示。 InO旷TIt 图3 DWT与B的拟合曲线图 3.4设计吃水T与载重量DWF的回归模型 回归公式为: T=-16.78+2.6 000 lnD形r (4) 式中:相关系数R2=85.2%,两者的拟合曲线图见 图5。 lnDⅣT,t 图5 DWT与r的拟合曲线图 4用实船数据对回归模型的验证 基于该回归模型的应用范围。从2002—2012年 lnD形T,I 图4 DWT与D的拟合曲线图 期间新建的各个吨位的散货船中选取样本对该回归 模型进行检验;同时,也将文献[4]中散货船的回归 模型计算所得的结果相对比。可以看出,该公式的 计算值与原始数据的误差很小.同时计算结果也在 某种程度上优于文献[4]拟合的数学模型所得到的 结果。因此,本文得到的回归模型可用于基于最新 的IMO规范的散货船的主尺度选择优化及船型经 济论证。有的散货船设计,由于受到航道、航区等多 方面因素的影响,应用该模型得到的结果可能会有 一些偏差,不过依旧可以提供一定程度的参考。 设7艘实船的载重量D形r为已知参数,分别 采用本文回归公式与文献[4]中回归公式计算其主 要尺度:垂线间长£。型宽日、型深D、吃水丁。计算 结果见下页表3,其中实船数据即为建造船舶的实 际尺度[5-s]。本文数据为本文模型的计算结果,文献 [4]中数据为该文献所拟合的数学模型的计算结果。 为便于核查对照,本文列出文献[4]的回归公式: £。=66.274×lnDWT一523.05 (5) 万方数据 刘 洋,等:基于IMO新规范的散货船主尺度回归模型 B=7×DWT3x10一16—5×DWT2×10—10+ 2×DWT×10一+21.037 (6) D=5.6 721 X lnD形丁一44.286 (7) T=4.3 281×lnD彤丁一34.635 (8) 式(4)~式(7)中各符号含义参见式(1)~式(3)。 5 结 论 本文针对IMO标准不断改变的现状。对近十几 年来设计中出现的散货船母型资料进行整理,利用 经济学中常用的统计方法建立散货船主尺度数学模 型。通过对近几年新建实船数据的比较.以及同其 他文献中回归公式的计算结果比较。可以看出本文 建立的散货船载质量与主尺度要素的单变量模型具 有较好的参考价值;并且,文中所采用的经济学统计 方法也适用于小样本数据统计。应用该模型,可以 在确定散货船的载重吨位之后,迅速得到船舶的某 些主尺度数据,从而为10 000~115 000 t散货船的 初步设计、成本估算以及船型系数优化和经济论证 提供基础。 [参考文献] [1]王运龙,纪卓尚,林焰.散货船现状及其发展趋势[J]. 船舶工程,2006,28(1):58—61. [2]金平仲,容焕宗.船舶主尺度的回归分析[J].船舶工 程,2004,26(5):8-18. [3] 陈爱平.国际海事组织海上安全委员会第87届会议概 况[J].中国海事,2010(7):26—29. [4] 王运龙,纪卓尚,林焰.基于单变量散货船数学模型建 立[J].中国造船,2007,48(1):1一10. [5] 2006年上海建造完工交船万吨以上主要民用船舶主尺 度要素表[J].上海造船,2007(1):75—76. [6]2007年上海建造完工交船万吨以上主要民用船舶主尺 度要素表[J].上海造船2008(1):80—81. [7]2010年上海建造完工交船万吨以上主要民用船舶主尺 度要素表[J].上海造船,201l(1):80一83. [8]2011年上海建造完工交船万吨以上主要民用船舶主尺 度要素表[J].上海造船,2012(1):101—103. 8】 万方数据
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