AIS数据的深入挖掘及拓展应用

2021-10-21韩佳彤李鹏宇交通运输部南海航海保障中心广州航标处

珠江水运 2021年18期

韩佳彤李鹏宇交通运输部南海航海保障中心广州航标处

1.前言

AIS（船舶自动识别系统）作为一种新型导航系统，开辟了水上交通监控的新纪元。A IS提供了大量的近实时水上船舶航行状态数据用于实现更高水平的水上交通状况感知，A IS发送的信息包括船舶位置信息、船舶的对地航向、航速、转向率等。大规模的实时和历史A IS数据蕴含着丰富的船舶驾驶规则和航运经验,深入挖掘AIS数据价值，有效利用大规模AIS数据进行数据分析，对提高海上航行安全具有重要的现实意义。

本文结合笔者近年来利用AIS数据为海事监管部门提供事故调查、海上施工作业区安全监管、重点船舶安全监管、海事法院案件审理、客轮与港口公司船舶调度及安全监管、最优航线推荐的经验，从基于AIS技术的海上虚拟电子围栏建设、基于AIS历史数据的船舶行为分析两方面梳理了AIS数据的进一步挖掘潜力和应用场景，为AIS数据管理部门进一步精准化服务港航单位、航海用户提供参考。

2.基于AIS技术的海上虚拟电子围栏建设

海上虚拟电子围栏，即在重要的港口码头、海上风电场、跨海大桥、暗礁、禁航区或限制航行区、船舶修造（厂）点、港外作业点、海上作业平台、过驳点等区域，通过AIS结合GPS、CCTV、VHF、VTS、声光预警系统等，设置虚拟的“电子围栏”，通过电子海图显示系统，与船舶动态管理系统、船舶进出港报告系统进行融合。当船舶进入虚拟“电子围栏”区域，系统就能实现自动比对，对不满足条件的船舶，在前端显示系统进行声光报警等预警提示，提醒管理人员及时了解并处理。

海上虚拟电子围栏系统的运行流程主要包括利用AIS岸基管理系统和雷达、CCTV划定电子围栏监控区域和三级报警区域，电子围栏周围水域船舶信息实时采集、船舶航行态势判断和运算，利用声光、WEB界面、手机短信息等形式发送预报警信息三大方面，并实时将数据上传至系统后台。还可以通过 AIS 轨迹记录、CCTV 拍照、VTS 自动截图等手段将相关证据上传至后台分析系统。

海上虚拟电子围栏的应用可以拓展应用到以下场景。

（1）禁航区、施工区、作业区、限制航行区船舶监管：当船舶驶入禁航区、施工区、作业区、限制航行区电子围栏预警区域，系统根据预设的条件判断船舶是否符合驶入该区域的条件，如风电场施工区、作业区只允许事先录入系统的施工作业船驶入；限制航行区只允许特定类型的船舶航行；暗礁、孤立危险物水域、海上军事演练、动植物保护区等禁航区禁止一般船舶航行。对于其它靠近或驶入前述区域的船舶，通过声光提示、VHF语音提示等方式驱离，对于未按提示驶离，并执意进入警戒区的船舶，系统立即通知监管者通过现场执法等形式进行驱离。

（2）海事法院扣押船舶监管：在法院扣留的被执行船停靠区域划定电子围栏，一旦船舶驶离电子围栏，系统立即通过web页面、手机信息等形式通知监管人员对其进行拦截。

（3）海事部门进出港报告：在海事监管水域设置虚拟电子围栏，船舶在未获准进入该监管水域（即未持有获批准的“到达前知会”）的情况下进入该水域，系统自动提示船舶驶离该水域或尽快提交“到达前知会”，并发送相应的告警信息到监管部门。如船舶已获准进入该水域，电子围栏监测到后会提示船舶已获准进入水域并尽快提交初步报告。针对船舶不按相关规定实施船舶进出港报告的情况，实时向海事管理机关和船舶同时发出预警，既能告知船舶及时进行补报，也能提高监管效率，同时对钻进出港报告系统漏洞者予以警示，从而促进船舶进出港报告工作的有序高效开展。

（4）桥梁防撞预警。在桥墩周围水域、桥梁禁航区或桥梁限制航行区设置虚拟电子围栏，对进入区域的船舶进行预警和拦截。

（5）在移动的施工船、危险品船四周设置可移动的虚拟电子围栏，扩大船舶预警区域：以警戒船为中心，通过均匀外扩的形式在船舶外围画出一个矩形，该矩形围栏随着船舶的运动而运动。其它船舶靠近预警区域时，系统自动以声光等形式提醒它船远离。

3.基于AIS历史数据的船舶行为分析

（1）船舶驾驶习惯分析：实际工作中通过对AIS历史航迹分析发现，客轮公司有些船舶容易在特定的时间段出现超速现象，实际到达时间与排班计划不符，延时率高等情况。这些情况可能与驾驶员航行习惯有关，也可能与客流情况、交通拥堵有关，通过对AIS历史数据和当前客流、船舶运力及交通情况进行综合分析、预判可能出现的延误情况，提前安排备用船，从而进行科学排班、优化船舶调度，保障船舶运输准点率。

图1 根据船舶类型进行轨迹线分类显示

此外，还可以根据船舶航行里程，结合船舶不同类型、不同品牌元器件的使用寿命，提前预测各元器件老化情况，提醒船舶管理方及时检测和更换。

（2）船舶可疑行为分析：船舶可疑行为主要包括航迹终止（关闭AIS）、未驶向港口、离开历史航线、在航道外航行、岸边会合、深海会合等。实际工作中遇到一些非法作业船，如挖泥船，经常出现在特定区域与运输类船舶疑似接头，具体表现为两船轨迹点非常接近，速度逐渐降为0，并持续一段时间，推测挖泥船把非法挖的泥通过运输船运走。还有一些船舶在特定区域非法关闭AIS船台，疑似逃脱AIS监控进行非法作业或交易。

（3）有针对性的航线推荐：针对不同类型船、不同长度船进行历史航线热力图绘制，从而有针对性的为船舶提供航线规划服务。

（4）工程船工程量计算：统计船舶航行里程、靠港次数、航行率、航行天数、航行次数等。通过AIS历史数据计算船舶航次、结合船舶每个航次的最大工程量，计算疏浚工程总量。方便业主对施工船工程量进行核算。

（5）碰撞等风险分析和预判：选定坐标点，设置最小会遇距离、在靠近坐标点突然转向、减速或加速、船艏向突然改变，时间范围等，智能分析哪些船舶可能碰撞坐标点等。