何建春++王立岷++趙筠++祝海東

摘 要：本文對(duì)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）與激光傳感器對(duì)船舶的側(cè)掃技術(shù)的融合做出了有益的探索。在AIS獲得在航船舶身份信息的同時(shí)，通過(guò)激光傳感器還可獲取船舶的長(zhǎng)寬、干舷高度、超載超限等信息，可為內(nèi)河航道的海事監(jiān)管工作提供有效的動(dòng)態(tài)船舶管理數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：AIS 船舶身份 激光傳感器船舶掃測(cè) 融合

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System簡(jiǎn)稱(chēng)AIS系統(tǒng)），由岸基（基站）設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。

AIS配合全球定位系統(tǒng)（GPS）可提供包含船舶的名稱(chēng)、呼號(hào)、九位碼（MMSI）、船舶類(lèi)型、船長(zhǎng)、船寬等船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)；船舶的經(jīng)度、緯度、船首向、航跡、航速等船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。目前，在京杭運(yùn)河流域航行的內(nèi)河船舶已有90%以上安裝了AIS的B型終端系統(tǒng)。內(nèi)河船舶AIS的安裝，可為海事管理提供直觀的船舶定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢(xún)及歷史軌跡追蹤等服務(wù)，解決了內(nèi)河海事管理多年的困擾，對(duì)船舶交通管理具有一定的監(jiān)督能力，在海事管理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

激光傳感器的船舶交通量觀測(cè)系統(tǒng)是一種基于岸基對(duì)船舶進(jìn)行主動(dòng)式激光掃描的檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)激光傳感器對(duì)船舶進(jìn)行的不間斷的掃描檢測(cè)，得到船舶的長(zhǎng)寬、形深、干舷高度等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河航道的船舶交通量的全天候的自動(dòng)監(jiān)管。但是，該系統(tǒng)也存在一定的局限性，無(wú)法獲得船舶的身份信息。

AIS與激光傳感數(shù)據(jù)的融合，既可以獲得船舶的身份信息，又可以獲取船舶的航向、長(zhǎng)寬、干舷高度、空重載等動(dòng)靜態(tài)信息，通過(guò)與船舶AIS數(shù)據(jù)庫(kù)中信息的比對(duì)，可判別出船舶的超載超限等違章行為，為海事的安全監(jiān)管提供了實(shí)時(shí)、有效的管理數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)原理

1、系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源

AIS數(shù)據(jù)來(lái)源：船訊網(wǎng)AIS數(shù)據(jù)；杭州新世紀(jì)船舶AIS數(shù)據(jù)庫(kù)。

激光傳感器數(shù)據(jù)：由安裝在嘉興京杭運(yùn)河思古橋的船舶激光掃測(cè)系統(tǒng)獲取。

2、系統(tǒng)原理

AIS信息的獲取及匹配：在船訊網(wǎng)的GIS圖上，凡是安裝了

AIS并開(kāi)機(jī)的船舶均有實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)船舶航行至思古橋觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)激光器傳感器對(duì)其進(jìn)行掃描獲取船舶的航向、長(zhǎng)寬、干舷、空重載信息，同時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)查看船訊網(wǎng)和杭州新世紀(jì)GIS后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，得到船舶的名稱(chēng)、長(zhǎng)寬、吃水、航向、航速、經(jīng)緯度等動(dòng)靜態(tài)信息并進(jìn)行匹配。

實(shí)驗(yàn)方法

1、船訊網(wǎng)AIS信息與嘉興港航局AIS數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì)

以船訊網(wǎng)AIS信息為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比系統(tǒng)數(shù)庫(kù)中采集到的船舶信息，包括船舶九位碼、船名船號(hào)、經(jīng)度和緯度等信息。例如：

圖1為2014年11月18日15：33：36船訊網(wǎng)中某船舶的瞬時(shí)信息：其中船名為ZHONGWEIJI0888，呼號(hào)為空，九位碼：413765687，IMO為空，類(lèi)型：貨船，狀態(tài)：靠船帆提供動(dòng)力，船長(zhǎng)50米，船寬10米，吃水3米，船艏向179度，航跡向179.5度，航速4.7節(jié)，緯度30-49.858N，經(jīng)度120-33.261E，目的地：0，預(yù)到時(shí)間：0，最后時(shí)間：2014-11-18 15：33：36。

圖 1 船訊網(wǎng)船舶信息

圖2為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中該船舶的詳細(xì)信息，有船名船號(hào)：中偉機(jī)0888，AIS識(shí)別號(hào)：413765687，船舶登記號(hào)：2010H2100218，船檢登記號(hào)：2010H2100218，船籍港名稱(chēng)：泰州，船舶類(lèi)型：貨船，總噸位：541噸，凈噸位：302噸，參考載貨量：800噸，總長(zhǎng)：49.8米，船廠0米，量噸甲板長(zhǎng)49.3米，船寬10米，型深3.55米，船員總數(shù)0人，乘客總數(shù)0人，船舶所有人為空，船舶經(jīng)營(yíng)人為空，所有人聯(lián)系電話為空，經(jīng)營(yíng)人聯(lián)系電話為空。

系統(tǒng)同時(shí)在嘉興港航局AIS數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的船舶動(dòng)態(tài)AIS信息為：{"aissbh"："413765687"，"cbmc"："中偉機(jī)0888"，"fx"：179，"jd"：120.55435666666666，"sd"：4.7，"sj"："2014-11-18 15：34：18"，"wd"：30.830971666666667，"zt"：1}。九位碼：413765687，船名船號(hào)：中偉機(jī)0888，航向：179，經(jīng)度120.55435666666666E，速度：4.7米/每秒，時(shí)間2014-11-18 15：34：18，緯度：30.830971666666667N，狀態(tài)：1。

通過(guò)二者的比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn)：船舶的九位碼、船名船號(hào)、船舶長(zhǎng)、寬、經(jīng)緯度、航速、船艏等基本信息均為一致（船訊網(wǎng)為拼音）。

2、AIS開(kāi)機(jī)率測(cè)試

AIS開(kāi)機(jī)率的測(cè)試：以實(shí)際通過(guò)京杭運(yùn)河嘉興段思古橋觀測(cè)點(diǎn)的船舶數(shù)量作為基準(zhǔn)，在測(cè)試時(shí)間段的AIS開(kāi)機(jī)率如下：

由上述數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)果：

3、單船情景AIS信息的匹配

單船定義：在船舶通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)附近上下游方向各500米范圍內(nèi)，只有一條船舶，此情景為單船。

以2014年11月19日14：27～16：09時(shí)間段為例，當(dāng)船舶在船訊網(wǎng)的GIS圖中，距思古橋500米附近并駛向觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，查看觀測(cè)點(diǎn)的視頻，當(dāng)船舶通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，確認(rèn)在視頻中和船訊網(wǎng)中同時(shí)均只有一條船舶（單船情景），記錄船訊網(wǎng)的船舶九位碼，進(jìn)行匹配。

依照上述方法進(jìn)行匹配測(cè)試，對(duì)11月24日至25日船訊網(wǎng)的AIS數(shù)據(jù)匹配后得到如下結(jié)果：

4、多船情景AIS信息的匹配

多船定義：在船舶通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)附近上下游方向各500米范圍內(nèi)，只有多條船舶，此情景為多船。

多船情景下，通常有以下幾種情況：①船舶行駛方向相同；②船舶行駛方向相反；③船舶的行駛速度差異明顯；④船舶的行駛速度無(wú)明顯差異；⑤船舶大小有明顯差異；⑥船舶大小無(wú)明顯差異；

上述情景中，除船舶行駛方向相同，大小、航速無(wú)明顯差異情況外，其余均可通過(guò)對(duì)船舶的行駛方向、航速、大小等條件分別進(jìn)行匹配。

對(duì)于行駛方向相同，大小、航速無(wú)明顯差異船舶的區(qū)分，則需通過(guò)對(duì)船舶在觀測(cè)點(diǎn)附近航道中GPS相對(duì)的位置信息，進(jìn)行精確計(jì)算后加以區(qū)分并匹配。

依照上述方法，在嘉興新運(yùn)橋觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行匹配測(cè)試，對(duì)2015年3月23日至27日的多船情景下的AIS數(shù)據(jù)匹配后得到如下結(jié)果：

測(cè)試結(jié)論

本次測(cè)試結(jié)果表明：

利用AIS與激光傳感技術(shù)的融合，可對(duì)船舶身份進(jìn)行識(shí)別。在單船情景下，匹配率可達(dá)100%，在多船情景下，匹配率也可達(dá)到80%以上。

在測(cè)試期間，嘉興區(qū)域內(nèi)航行船舶AIS的開(kāi)機(jī)率在30%以?xún)?nèi)。

本測(cè)試數(shù)據(jù)初步表明，船訊網(wǎng)和嘉興環(huán)境AIS系統(tǒng)對(duì)船舶AIS的開(kāi)機(jī)檢測(cè)率均可達(dá)到85%以上。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)激光傳感器觸發(fā)獲取船舶的AIS信息，并與激光船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，可將船舶身份與船舶的激光掃描數(shù)據(jù)融合，對(duì)在航船舶的身份進(jìn)行識(shí)別的同時(shí)，還可得到該船的實(shí)際長(zhǎng)寬、干舷高度、空重載、超載超限等動(dòng)態(tài)信息，特別是在交通部取消船舶報(bào)港制度后，可為內(nèi)河航道的海事監(jiān)管提供有效的動(dòng)態(tài)船舶管理數(shù)據(jù)。

我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展和海事部門(mén)監(jiān)管力度的加強(qiáng)，AIS開(kāi)機(jī)率將不斷提高，AIS的數(shù)據(jù)將會(huì)得到更加廣泛的利用，在海事的日常監(jiān)管工作中發(fā)揮更大的作用。 （第一作者單位：嘉興市港航管理局）