韓佳彤 李鵬宇 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州航標(biāo)處

1.前言

AIS（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）作為一種新型導(dǎo)航系統(tǒng)，開辟了水上交通監(jiān)控的新紀(jì)元。A IS提供了大量的近實(shí)時(shí)水上船舶航行狀態(tài)數(shù)據(jù)用于實(shí)現(xiàn)更高水平的水上交通狀況感知，A IS發(fā)送的信息包括船舶位置信息、船舶的對(duì)地航向、航速、轉(zhuǎn)向率等。大規(guī)模的實(shí)時(shí)和歷史A IS數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著豐富的船舶駕駛規(guī)則和航運(yùn)經(jīng)驗(yàn),深入挖掘AIS數(shù)據(jù)價(jià)值，有效利用大規(guī)模AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)提高海上航行安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文結(jié)合筆者近年來利用AIS數(shù)據(jù)為海事監(jiān)管部門提供事故調(diào)查、海上施工作業(yè)區(qū)安全監(jiān)管、重點(diǎn)船舶安全監(jiān)管、海事法院案件審理、客輪與港口公司船舶調(diào)度及安全監(jiān)管、最優(yōu)航線推薦的經(jīng)驗(yàn)，從基于AIS技術(shù)的海上虛擬電子圍欄建設(shè)、基于AIS歷史數(shù)據(jù)的船舶行為分析兩方面梳理了AIS數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘潛力和應(yīng)用場(chǎng)景，為AIS數(shù)據(jù)管理部門進(jìn)一步精準(zhǔn)化服務(wù)港航單位、航海用戶提供參考。

2.基于AIS技術(shù)的海上虛擬電子圍欄建設(shè)

海上虛擬電子圍欄，即在重要的港口碼頭、海上風(fēng)電場(chǎng)、跨海大橋、暗礁、禁航區(qū)或限制航行區(qū)、船舶修造（廠）點(diǎn)、港外作業(yè)點(diǎn)、海上作業(yè)平臺(tái)、過駁點(diǎn)等區(qū)域，通過AIS結(jié)合GPS、CCTV、VHF、VTS、聲光預(yù)警系統(tǒng)等，設(shè)置虛擬的“電子圍欄”，通過電子海圖顯示系統(tǒng)，與船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、船舶進(jìn)出港報(bào)告系統(tǒng)進(jìn)行融合。當(dāng)船舶進(jìn)入虛擬“電子圍欄”區(qū)域，系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)比對(duì)，對(duì)不滿足條件的船舶，在前端顯示系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警等預(yù)警提示，提醒管理人員及時(shí)了解并處理。

海上虛擬電子圍欄系統(tǒng)的運(yùn)行流程主要包括利用AIS岸基管理系統(tǒng)和雷達(dá)、CCTV劃定電子圍欄監(jiān)控區(qū)域和三級(jí)報(bào)警區(qū)域，電子圍欄周圍水域船舶信息實(shí)時(shí)采集、船舶航行態(tài)勢(shì)判斷和運(yùn)算，利用聲光、WEB界面、手機(jī)短信息等形式發(fā)送預(yù)報(bào)警信息三大方面，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)后臺(tái)。還可以通過 AIS 軌跡記錄、CCTV 拍照、VTS 自動(dòng)截圖等手段將相關(guān)證據(jù)上傳至后臺(tái)分析系統(tǒng)。

海上虛擬電子圍欄的應(yīng)用可以拓展應(yīng)用到以下場(chǎng)景。

（1）禁航區(qū)、施工區(qū)、作業(yè)區(qū)、限制航行區(qū)船舶監(jiān)管：當(dāng)船舶駛?cè)虢絽^(qū)、施工區(qū)、作業(yè)區(qū)、限制航行區(qū)電子圍欄預(yù)警區(qū)域，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的條件判斷船舶是否符合駛?cè)朐搮^(qū)域的條件，如風(fēng)電場(chǎng)施工區(qū)、作業(yè)區(qū)只允許事先錄入系統(tǒng)的施工作業(yè)船駛?cè)?；限制航行區(qū)只允許特定類型的船舶航行；暗礁、孤立危險(xiǎn)物水域、海上軍事演練、動(dòng)植物保護(hù)區(qū)等禁航區(qū)禁止一般船舶航行。對(duì)于其它靠近或駛?cè)肭笆鰠^(qū)域的船舶，通過聲光提示、VHF語音提示等方式驅(qū)離，對(duì)于未按提示駛離，并執(zhí)意進(jìn)入警戒區(qū)的船舶，系統(tǒng)立即通知監(jiān)管者通過現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法等形式進(jìn)行驅(qū)離。

（2）海事法院扣押船舶監(jiān)管：在法院扣留的被執(zhí)行船停靠區(qū)域劃定電子圍欄，一旦船舶駛離電子圍欄，系統(tǒng)立即通過web頁面、手機(jī)信息等形式通知監(jiān)管人員對(duì)其進(jìn)行攔截。

（3）海事部門進(jìn)出港報(bào)告：在海事監(jiān)管水域設(shè)置虛擬電子圍欄，船舶在未獲準(zhǔn)進(jìn)入該監(jiān)管水域（即未持有獲批準(zhǔn)的“到達(dá)前知會(huì)”）的情況下進(jìn)入該水域，系統(tǒng)自動(dòng)提示船舶駛離該水域或盡快提交“到達(dá)前知會(huì)”，并發(fā)送相應(yīng)的告警信息到監(jiān)管部門。如船舶已獲準(zhǔn)進(jìn)入該水域，電子圍欄監(jiān)測(cè)到后會(huì)提示船舶已獲準(zhǔn)進(jìn)入水域并盡快提交初步報(bào)告。針對(duì)船舶不按相關(guān)規(guī)定實(shí)施船舶進(jìn)出港報(bào)告的情況，實(shí)時(shí)向海事管理機(jī)關(guān)和船舶同時(shí)發(fā)出預(yù)警，既能告知船舶及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)報(bào)，也能提高監(jiān)管效率，同時(shí)對(duì)鉆進(jìn)出港報(bào)告系統(tǒng)漏洞者予以警示，從而促進(jìn)船舶進(jìn)出港報(bào)告工作的有序高效開展。

（4）橋梁防撞預(yù)警。在橋墩周圍水域、橋梁禁航區(qū)或橋梁限制航行區(qū)設(shè)置虛擬電子圍欄，對(duì)進(jìn)入?yún)^(qū)域的船舶進(jìn)行預(yù)警和攔截。

（5）在移動(dòng)的施工船、危險(xiǎn)品船四周設(shè)置可移動(dòng)的虛擬電子圍欄，擴(kuò)大船舶預(yù)警區(qū)域：以警戒船為中心，通過均勻外擴(kuò)的形式在船舶外圍畫出一個(gè)矩形，該矩形圍欄隨著船舶的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。其它船舶靠近預(yù)警區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)以聲光等形式提醒它船遠(yuǎn)離。

3.基于AIS歷史數(shù)據(jù)的船舶行為分析

（1）船舶駕駛習(xí)慣分析：實(shí)際工作中通過對(duì)AIS歷史航跡分析發(fā)現(xiàn)，客輪公司有些船舶容易在特定的時(shí)間段出現(xiàn)超速現(xiàn)象，實(shí)際到達(dá)時(shí)間與排班計(jì)劃不符，延時(shí)率高等情況。這些情況可能與駕駛員航行習(xí)慣有關(guān)，也可能與客流情況、交通擁堵有關(guān)，通過對(duì)AIS歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前客流、船舶運(yùn)力及交通情況進(jìn)行綜合分析、預(yù)判可能出現(xiàn)的延誤情況，提前安排備用船，從而進(jìn)行科學(xué)排班、優(yōu)化船舶調(diào)度，保障船舶運(yùn)輸準(zhǔn)點(diǎn)率。

圖1 根據(jù)船舶類型進(jìn)行軌跡線分類顯示

此外，還可以根據(jù)船舶航行里程，結(jié)合船舶不同類型、不同品牌元器件的使用壽命，提前預(yù)測(cè)各元器件老化情況，提醒船舶管理方及時(shí)檢測(cè)和更換。

（2）船舶可疑行為分析：船舶可疑行為主要包括航跡終止（關(guān)閉AIS）、未駛向港口、離開歷史航線、在航道外航行、岸邊會(huì)合、深海會(huì)合等。實(shí)際工作中遇到一些非法作業(yè)船，如挖泥船，經(jīng)常出現(xiàn)在特定區(qū)域與運(yùn)輸類船舶疑似接頭，具體表現(xiàn)為兩船軌跡點(diǎn)非常接近，速度逐漸降為0，并持續(xù)一段時(shí)間，推測(cè)挖泥船把非法挖的泥通過運(yùn)輸船運(yùn)走。還有一些船舶在特定區(qū)域非法關(guān)閉AIS船臺(tái)，疑似逃脫AIS監(jiān)控進(jìn)行非法作業(yè)或交易。

（3）有針對(duì)性的航線推薦：針對(duì)不同類型船、不同長度船進(jìn)行歷史航線熱力圖繪制，從而有針對(duì)性的為船舶提供航線規(guī)劃服務(wù)。

（4）工程船工程量計(jì)算：統(tǒng)計(jì)船舶航行里程、靠港次數(shù)、航行率、航行天數(shù)、航行次數(shù)等。通過AIS歷史數(shù)據(jù)計(jì)算船舶航次、結(jié)合船舶每個(gè)航次的最大工程量，計(jì)算疏浚工程總量。方便業(yè)主對(duì)施工船工程量進(jìn)行核算。

（5）碰撞等風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)判：選定坐標(biāo)點(diǎn)，設(shè)置最小會(huì)遇距離、在靠近坐標(biāo)點(diǎn)突然轉(zhuǎn)向、減速或加速、船艏向突然改變，時(shí)間范圍等，智能分析哪些船舶可能碰撞坐標(biāo)點(diǎn)等。

4.結(jié)論

本文梳理分析了AIS數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘和分析應(yīng)用場(chǎng)景。AIS數(shù)據(jù)作為航保大數(shù)據(jù)的一種，蘊(yùn)含著豐富的挖掘應(yīng)用潛力，有待結(jié)合涉海用戶需求進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)，同時(shí)，對(duì)于海上虛擬電子圍欄等新興事物，在技術(shù)攻堅(jiān)的同時(shí)也要注重相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)定的研究制定，以促進(jìn)其良性發(fā)展。