大数据下天津VTS效益评估新方法

郑永春，李 晨，马 龙（天津海事局，天津，300211）

一、引言

船舶交通管理系统（VTS）在维护水上交通秩序、保障船舶交通安全、保护水域环境、提高船舶通航效率等方面发挥了重要作用，因而能产生显著的经济效益。对VTS产生的经济效益进行评估，能够帮助VTS更好地提供相关服务，提升监管效能和对外品牌效应。天津海事局船舶交通管理中心（以下简称天津VTS中心）早在2001年就受部海事局委托，承担对港口型VTS效益进行评估的科研任务[1]。彼时，天津VTS中心同大连海事大学一起，以天津VTS中心运行多年来的船舶通航数据作为基础数据，参照国际航标协会（IALA）公约和国内法律法规，初步构建了港口型VTS中心的效益评估方法[2]。随着新型监管技术的应用和大数据的出现，天津港的通航环境和天津VTS中心监管手段已有了重大改变，探索新的效益评估方法是VTS人员面临的课题。

二、新VTS效益评估方法的研究背景

（一）复式航道投入使用

天津港复式航道是由警戒区（黄色区域）、部分天津港主航道（航道里程22+465至13+910，即29号灯浮至39号灯浮）和南北两侧各增加的一条宽度100米的小船航道（绿色区域）构成的可供船舶进出港航行的水域，见图1。2014年1月1日天津港复式航道正式开通，实现大小船舶分流，使天津港航道通航效率显著提升。

（二）新监管服务模式的应用

随着互联网技术和信息技术的快速更迭，组织内的信息孤岛逐渐被打破，通过数据挖掘与融合不断实现业务流程的优化与再造。天津VTS中心推出智能监管服务新模式、船舶航行计划报告“零待时”、船舶网上计划申报系统、VTS相关方协作新模式、“五维度”船舶交通信息公共服务模式等举措，不仅提高了VTS工作效率，更助推了港航企业降本增效。

（三）Transas系统动态监控和MIS系统的应用

天津VTS中心引进达到国际领先水平的Transas公司专业VTS系统，实现了港口重点水域9个雷达站全覆盖、船舶交通实时3D显示、管理信息系统（MIS）智能关联、VTS信息实时发布查询等重要功能，这些系统的建设不仅提升了VTS的运行监管水平，提高了天津港的通航效率，更为港航企业乃至国家节约了成本，产生了很大的经济和社会效益。

由天津VTS中心和北京视酷伟业股份有限公司联合开发的MIS系统，通过交通信息数据管理和基本数据智能关联，实现了船舶动态数据和静态数据的智能结合，进而实现了对VTS水域进出港船舶航行动态的实时掌控和基本的船舶交通数据记录、统计、管理等功能。

Transas系统动态监控和MIS系统的使用，为天津VTS中心提供了船舶大数据。

三、VTS大数据

（一）大数据概述

大数据，通俗的讲就是海量的数据，即多而广的信息、技术以及数据资料，具有规模大、储存量大、计算量大、数据的增长速度和获取速度快等特性，数据具有格式种类多样性、广泛性、高价值属性、无结构性、便捷性等特点。

（二）VTS大数据支撑

天津VTS中心在日常业务中，积累了大量的船舶行为数据。根据天津VTS中心辖区的基本情况，综合MIS系统和其他统计资料，对历史数据、管辖水域的交通状况、进出港船舶调查数据、实态交通观测数据、海上交通事故数据、通航环境数据、投资及运行、维护费用等进行调查，获取相关基础资料与数据，在多次调研中加深对于业务与数据的理解。

数据准备与建模阶段，深入分析MIS系统，导入船舶档案、航行计划等数据，进行清洗和预处理后，结合VTS效益分析的需求，从不同的角度对数据进行挖掘。

评估与部署阶段，规范海事数据的提取与处理，增强数据的综合利用能力。利用大数据技术，植入MIS系统，实现数据自动化提取、核心参数自动计算、任意时间节点的效益值计算等功能，提高效益计算处理效率与合理性，减少人为统计偏差。

四、更新效益评估软件计算方法

天津VTS中心的效益评估，是以天津港复式航道智能管控一体化建设为基础，对天津VTS中心智能化改造后的经济效益和社会效益进行综合评估。通过建立数据模型，对天津VTS中心效益进行计算。包括：创建核心算法，设立效益计算模型，建立关联产业数据库，合理评估水上交通安全服务的波及效应[3]。

天津VTS中心经过多轮理论与实证方法的深入研究，在之前已有评估体系基础上，对数据处理方式、船舶节约时间计算和船舶运营成本核算进行了大量优化。通过细化VTS效益来源与评估模型，同时深入挖掘MIS系统大数据，改进数据来源与处理方式，建立船舶营运成本数据库，实现关键参数的自动化计算，并将效益评估软件植入MIS系统，提高VTS效益评估体系与软件的通用性。

（一）设计效益评估软件

由于数据庞大、分类繁杂，以往运用excel软件来进行计算的方法难以为继，因此天津VTS中心与集美大学联合开发了一款VTS效益评估软件。

通过深入分析MIS系统，建立相关数据库，制作效益评估软件，将船舶档案、航行计划等数据导入软件，进行清洗和预处理。结构化数据进行汇总、导出、排序、异常值处理等，非结构化数据进行清洗、修改或删除异类数据。根据数据种类和研究目的，结合VTS效益分析的需求，对数据进行挖掘，增强数据的综合利用能力。该软件与MIS系统连接，实现数据自动化提取、核心参数自动计算、任意时间节点的效益值计算等功能，提高效益计算处理效率与合理性，减少人为统计偏差。通过软件，我们不仅可以计算交管中心每年的总效益，还能够统计每一艘船舶的效益[4]。

图2 VTS效益评估软件研究思路

（二）革新软件核心技术算法

在2017年研究成果的基础上，效益评估体系被重新划分为信息提供和安全保障2个模块，将之前采集到的信息进行深度挖掘和整理，取消了传统的抽样计算转而使用全数据分析的方式。针对天津港目前的通航状况，经过调研后新增加了“大船掉头组织”“单船船宽≥52米”“两船船宽和≥80．6米”3项技术指标，并对之前技术指标的算法进行了优化。优化后的算法更符合港内船舶的实际航行情况，并且计算方式精确到秒，确保结果真实[5]。

1． 大船掉头组织经济效益计算

在天津VTS中心管辖水域内，因部分船长大于200米的船舶在靠离泊时需要占用航道掉头，由此对于临近泊位船舶的进出会产生影响。VTS经过科学调度，能够减少过往船舶的等待时间。在计算这种效益时，通过建立相邻泊位干扰规则，逐一比对船舶掉头时间区间内受影响的船舶的航行或作业时间，基于船舶动态记录的各种时间点，计算出他船减少等待的时间[6]。

主要考虑通过VTS中心交通组织，使得受大型船舶掉头干扰的泊位的进出港船舶提前上线节省的时间带来的直接经济效益，具体计算方法和流程图分别见表1和图3。

表1 大船掉头时因交通组织产生的直接效益计算方法

图3 大船掉头情况下的船舶效益测算软件图

2． 单船船宽≥52米条件下经济效益计算

单船船宽≥52米时，天津港航道同样实行单向通航的交通组织模式。主要考虑通过VTS中心交通组织使得反向通行船舶提前上线节省时间带来的直接经济效益[6]，具体计算方法和流程图分别见表2和图4。

表2 单船船宽≥52米时因交通组织产生的直接效益计算方法

图4 单船船宽≥52米的直接效益计算流程图

3． 两船船宽和≥80．6米条件下经济效益计算

两船船宽和≥80．6米且两船船宽均＜52米时，天津港航道同样实行单向通航的交通组织模式[6]。主要考虑通过VTS中心交通组织使得反向通行船舶提前上线节省的时间带来的直接经济效益，具体计算方法和流程图分别见表3和图5。

图5 两船船宽和≥80.6米的直接效益计算流程图

表3 两船船宽和≥80.6米时因交通组织产生的直接效益计算方法

（三）船舶航行计划报告“零待时”

天津VTS中心自2019年2月1日起推出“航行计划随时接收，航行动态及时编排”的航行计划报告“零待时”举措。实行“零待时”之后，各商船均有了不同程度的效益提升。

施行船舶航行计划报告“零待时”后，船舶申报航行计划更加便捷，为进出天津港的商船和非商船节约了大量时间，提高了船舶进出港周转效率，有效提升了码头、泊位、装卸、带缆等港口设施的利用率。通过对商船和非商船船期成本调研及节约时间的整理，可计算出“零待时”施行期间为船舶节约的成本，此成本可计入天津VTS中心直接经济效益中。

商船“零待时”所产生的效益的计算：产生效益=船期成本x节约时间，即：

其中Eb代表产生效益（万元），Qb代表商船船期成本（万元/天），Tb代表商船节约时间（天）。由于美元兑人民币为浮动汇率，暂定比值为7，商船船期成本经测算约为12．09万（人民币）/天。经计算，2019年施行船舶航行计划报告“零待时”后，全年为商船共节约成本约为1 563．42万元。

五、结语

效益评估系统融合了通信、信息、服务及大数据技术，是信息的整合与评估。大数据下的效益评估体系为VTS核心业务的各个环节赋能，助推整个天津VTS中心的信息化升级以及智能交管等新技术、新方法的研发和应用。大数据下的效益评估体系还可应用于其他海事局港口型VTS效益计算，并为各联检口岸单位、港航企业、码头、航道的效益计算提供参考。