郭 浩 張 晰 安居白 李冠宇

（1.大連海事大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 遼寧 大連 116026；2.國家海洋局第一研究所 山東 青島 266061）

中國海岸線漫長，海洋經(jīng)濟區(qū)廣闊，區(qū)內(nèi)蘊藏著豐富的石油、天然氣及漁業(yè)資源，而周邊國家船只時常有意或無意非法航入中國領(lǐng)?；蛘呓?jīng)濟專屬區(qū)。保護中國海上合法權(quán)益，加強船舶監(jiān)測是國家層面的一項重要任務(wù)，所以分析研究周邊國家海上船只運行狀態(tài)、運行軌跡有著重要的意義。

本文通過船舶自動識別系統(tǒng)（automatic identification system，AIS）信息對某鄰國船只在其專屬經(jīng)濟區(qū)以及我國海域航行特征和船只特征等信息進(jìn)行分析，進(jìn)而挖掘出更多有關(guān)該國船只的分布、長寬比和速度等信息及航跡規(guī)律，以便于指導(dǎo)我國在處理類似事件時加強對周邊國家船只進(jìn)行有效監(jiān)測和管理。

1 研究現(xiàn)狀

船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）系統(tǒng)［1］誕生于20世紀(jì)90年代，是一種移動通信助航系統(tǒng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于海事相關(guān)信息系統(tǒng)［2］、船舶代理業(yè)務(wù)［3］、船舶動態(tài)監(jiān)控［4－7］等方面。AIS在海上甚高頻（VHF）頻段采用自組織時分多址技術(shù)（SOTDMA）方式播發(fā)船舶的即時速度、航向、改變航向率、航跡、告警信息等動態(tài)信息，以及船名、呼號、噸位、吃水、船長船寬、裝載貨物、目的港等靜態(tài)信息；同時接收其他船舶發(fā)出的信息并顯示。裝有這種裝置的船舶不須人為介入便能夠連續(xù)交換重要的航行數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前航行狀態(tài)和其他動態(tài)信息，使鄰近船舶及岸臺能及時掌握附近海面所有船舶的相關(guān)信息，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動，對海上交通安全有很大幫助。國際海事組織（IMO）和國際航標(biāo)協(xié)會（IALA）已采納了該系統(tǒng)，并對海上人命安全標(biāo)準(zhǔn)公約（SOLAS）進(jìn)行修訂，增加AIS系統(tǒng)設(shè)備條款。中國海事局也于2001年12月18日發(fā)布了《關(guān)于做好配備通用船載自動識別系統(tǒng)（AIS）設(shè)備工作的公告》。

文獻(xiàn)顯示目前AIS的研究多是針對本國船只［5－6，8－9］，對外國船只AIS的研究則相對較少。本項研究針對某鄰國船只2012年4月份船只狀態(tài)及航行分布等進(jìn)行分析，調(diào)查的主要目的是希望獲悉該國船只在其專屬經(jīng)濟區(qū)以及我國海域航行特征和船只特征等信息，進(jìn)而建立具有針對性的船舶交通綜合信息庫，為指導(dǎo)我國相關(guān)部門保護和開發(fā)海洋資源，以及與周邊國家在處理海洋權(quán)益糾紛事件時提供有力的參考。當(dāng)然單純的AIS信息還存在觀測范圍小和觀測盲區(qū)多等問題需要解決，為此需要廣泛地搜集船舶的其他相關(guān)信息，如船舶的圖像、航跡以及經(jīng)?；顒訁^(qū)域等，建立船舶交通綜合信息庫。

2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

本項研究數(shù)據(jù)包括2個部分：AIS信息和船只信息。

AIS數(shù)據(jù)的采集時間范圍為2012－04－01至2012－04－30，總共約112萬條，其中包含2 643艘不同船只。AIS 數(shù)據(jù)內(nèi)容包含獲取時間、MMSI編號、船舶MMSI狀態(tài)、轉(zhuǎn)向率、速度、精確度、經(jīng)緯度、對地航向、船首真航向、船名、船舶類型、IMO 編號、呼號、船體長寬、吃水和自帶字段。其中：

1）對地航向。船只在導(dǎo)航定位系統(tǒng)中真實航行方向。

2）船首真航向。船只船首指向方向，但不一定是船只真實航行方向。

3）MMSI編號。為海上移動通信業(yè)務(wù)標(biāo)識（maritime mobile service identity，MMSI）是船舶無線電通信系統(tǒng)在其無線電信道上發(fā)送，能獨特識別各類臺站和成組呼叫臺站的一列9 位數(shù)字碼。

4）IMO 編號。船舶編號，它是聯(lián)合國負(fù)責(zé)海上航行安全和防止船舶造成海洋污染的一個專門機構(gòu)給予的編號。

5）呼號。CALL SIGN，是國際海事組織IMO 指定給每條船舶唯一的識別信號，如同船舶專用身份證。

船只信息來源于http：／／marinetraffic.com網(wǎng)站。該站點可查閱船只信息：船只名稱、旗幟、類型、當(dāng)前位置、當(dāng)前港口、上一次接受位置、上一個港口、區(qū)域、是否有照片等。

3 AIS數(shù)據(jù)處理流程

根據(jù)http：／／marinetraffic.com 網(wǎng)站信息獲知MMSI編號在440000000 至441999999 范圍內(nèi)為本次調(diào)查的某鄰國艦船，查閱手段是逐條MMSI編號信息依次查閱。

本次研究的AIS數(shù)據(jù)處理流程見圖1。

圖1 AIS數(shù)據(jù)分析流程Fig.1 Process analysis of AIS data

1）從2012－04－01至2012－04－30的AIS訂單數(shù)據(jù)中，根據(jù)MMSI編號范圍篩選出所有該國船只數(shù)據(jù)。

2）針對這些AIS 數(shù)據(jù)，根據(jù)不同MMSI編號信息查閱http：／／marinetraffic.com 網(wǎng)站獲悉該國船只類型總共有62種。

3）從62中不同船只信息中，此次調(diào)查報告中選取12種可疑類型進(jìn)行分析，見表1。挑選12種特殊船只，依次新建12份對應(yīng)表格，每份表格包含的信息為該類型船只所有AIS數(shù)據(jù)，其中不同MMSI編號船只為單獨一頁。

4）利用ArcMap軟件對12種可疑船只進(jìn)行分析，獲得每種類型船只地理分布圖，并做相應(yīng)標(biāo)注，見表1。

5）根據(jù)12 中不同類型船只MMSI，在http：／／marinetraffic.com 網(wǎng)站上查閱相應(yīng)船只信息，包括MMSI編號、船只名稱、建造年份、長寬、Gross Tonnage載重、自重、航速記錄、呼叫編號、照片。

表1 篩選的12種可疑船只Tab.1 12suspicious vessels selection

4 可疑船只分析

4.1 可疑船只的篩選策略

船只信息來源于http：／／marinetraffic.com網(wǎng)站，但部分船只信息不完整，并處于不斷更新狀態(tài)。本次調(diào)查選取可疑船只的篩選是以船只可能的用途為依據(jù)，據(jù)此確定了12種可疑船只?？梢纱暗墓残蕴攸c是可查閱的船只信息較少，針對12種可疑船只依次采用如下分析過程：

1）標(biāo)定船只的地理位置海域分布圖，獲得整體的船只海域分布圖。

2）船只信息列表。通過船只MMSI編號查閱對應(yīng)的http：／／marinetraffic.com 網(wǎng)站信息，獲得船只本身信息并建立表格。

3）結(jié)合海域分布圖和船只信息表分析該種船只特點，并給出合理的推測。

4.2 研究調(diào)查船信息分析

研究調(diào)查船（research survey vessel）的標(biāo)定海域分布見圖2。船只信息見表2。該型船只特點分析如下。

1）MMSI440238000（標(biāo)識為藍(lán)色）船名為TAMHAE II艦船活動較頻繁，活動區(qū)域為西南部濟州島北部海域?；顒勇肪€清晰，大多為往返航行。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－20 ?？坑诟礁劭诟浇?。

圖2 研究調(diào)查船海域分布Fig.2 Area distribution map of research survery vessel

表2 Research survey vessel船只信息Tab.2 Information of research survey vessel

2）MMSI441476000（標(biāo)識為墨綠色）船名為TAMGU 艦船活動位于中國黃海東部地區(qū)?；顒勇肪€清晰。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－20 停靠于釜山港口。

3）MMSI440015000（標(biāo)識為粉紅色）船名為BADARO NO.2 艦船活動位于某鄰國西海域。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－17?？坑诟礁劭?。

4）其他船只停靠港口較多。有表2 可知該類型船只船體不是很大，建造時間跨度最早為1983年，最新為2009年，航行速度相對不快，部分船名有統(tǒng)一編號。

綜上，該類型船只活動區(qū)域較小，來回航行線路較多。工作區(qū)域為絕大部分為某鄰國周圍海域附近，但據(jù)TAMGU 20 路線可推測該類型船活動范圍包括黃海。

該類型船只時間建造跨度大，最早為1983年，最新為2009年；船名編號統(tǒng)一，根圖片資料可知，該類型船尾有裝卸較大設(shè)備器件能力，可實現(xiàn)豐富的作業(yè)能力；其中TAMHAR 2可查閱的船只資料豐富，不妨推測為科研調(diào)查船只。

4.3 其它11種可疑船只信息分析

依據(jù)同樣的方式對其他11種可疑船只進(jìn)行了分析，下面是依據(jù)分析進(jìn)行的推測。

1）Fishery protection research。船體不是很大，船速有一定跨度范圍，活動海域范圍較固定，船只數(shù)量相對較多。

2）Training Ship。船只船體較大，具有一定遠(yuǎn)洋作業(yè)能力；可查閱信息及圖片較多，可駛?cè)敫鱾€鄰國海域并停靠相應(yīng)港口，較頻繁活動于中國渤海，黃海及各沿海城市港口。

3）Special Vessel。可搭配較大型設(shè)備儀器，應(yīng)該擁有一定遠(yuǎn)洋航行能力，但數(shù)量較少，目前數(shù)據(jù)只顯示只有一艘，所以該類型船需求量不大，非商業(yè)用船，可能為科學(xué)調(diào)查船等。

4）Law Enforce。大多數(shù)分布在東北部仁川港及附近海域；連續(xù)行駛航跡較少，?？孔鳂I(yè)較多。船體大小不是很統(tǒng)一；最大航速相對較快。

5）SAR。該型船只數(shù)量較少。其航行區(qū)域單一，在特定地點工作時間較長，活動范圍限于某鄰國領(lǐng)海，推測該型船為海洋科研用船。

6）高速艦船。船只航行范圍狹窄，多為港口及附近海域，推測該型船只遠(yuǎn)洋作業(yè)能力較弱；船體不大，可能為特定海區(qū)域作業(yè)的快速船只。

7）特殊船只。該型船只數(shù)量較少，航速中等，船體大小差異大（最大為94×65，最小為22×6），說明該類型船需滿足不同作業(yè)需求；可查閱數(shù)據(jù)較少，主要區(qū)域為該國南部海域。

8）領(lǐng)航船。船只活動范圍局限于西北部仁川港附近海域，活動范圍小，路線單一；船體不是很大，航速較快，遠(yuǎn)洋作業(yè)能力較差，工作需求單一。

9）軍艦。該類型船只數(shù)量極少，活動范圍極小，推測該類型船只可能為公開軍事類船只。

10）其它船只。該型船只船體不大，航速中等，說明該其遠(yuǎn)洋工作能力不夠，主要工作在港口及近海區(qū)域；該類型船只以城市來命名，為政府公共服務(wù)船只可能性較高。

11）不明船只。主要分布在仁川港口及外部海域。船只類型豐富，數(shù)量多。工作范圍大，距離遠(yuǎn)?？赏茰y為商業(yè)用船或是捕魚船只。

5 可疑船只綜合分析

結(jié)合船只信息的分析，從船只分布、長寬比分析和船只速度3方面進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而獲得某鄰國船只的航行及分布規(guī)律。

5.1 船只分布

船只分布可以從全局上把握船只航行特點和航行范圍，從中能找出船只的一系列航行規(guī)律，便于后續(xù)的分析總結(jié)。

圖3為所分析12 種船只總體分布圖，可看出：①船只主要分布在：西北部仁川港口及鄰近海域；西南部木浦和濟州島周圍海域；東南部釜山、麗水港口及鄰近海域；②活動范圍不超過東經(jīng)124°北緯31.5°。

圖3 船只總體海域分布Fig.3 Vessels’distribution of total area

5.2 長寬比分析

船舶設(shè)計將設(shè)計船只長寬比作為船型的一個參數(shù)來表達(dá)艦船的瘦長度。較大長寬比可減少航行時的阻力以提高航速或減小對主機的功率需求等，對艦船快速性有利。但長寬比過大，有可能導(dǎo)致船只穩(wěn)定性下降，轉(zhuǎn)向性較差，在風(fēng)浪中橫搖大。長寬比小則有利于船上人員、設(shè)備更好工作，可容納更多裝備。所有不難看出，船只長寬比是根據(jù)船只作業(yè)要求來設(shè)計，對速度要求高，機動性好的則長寬比較大；對工作要求穩(wěn)定，搭載設(shè)備較多的船只，長寬比相對較小。圖4為所分析10種船只船寬比，右側(cè)列出10 種船只類型。類型為“軍艦”和“不明的”無相應(yīng)長寬數(shù)據(jù)。

圖4 船只長寬比信息Fig.4 Vessel length to width ratio

由圖可見：

1）10種船只長度約在105 m 內(nèi)，寬度在20 m 內(nèi)。

2）2個異常坐標(biāo)。law enforce長×寬為220 m×70m；特殊船只長×寬為94m×65m。

3）船只長×寬服從一定的比例，但根據(jù)船只長寬比分辨不出船只類型及大小。

4）去除2個異常船只，對剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘直線擬合發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分布服從如下直線分布：

從圖4中數(shù)據(jù)可以看出，該國船只長寬在一定范圍內(nèi)，2個異常船只船寬比明顯不符合正常船只比例，坐標(biāo)為（94，65），MMSI號為440151480船名為CHANGMOK2的特殊船只在4月份可查信息只有1 條，http：／／marinetraffic.com 信息顯示該船有航速記錄（最大／平均）：15.9／10.1kn。另外一艘坐標(biāo)為（220，70），MMSI號為的440101034 船 名為 TAEPYOUNGYANG2HO的law enforce在4月23號共有17條信息，信息顯示該船航速（最大／平均）：14.9／11.8kn。

5.3 速度分析

圖5列出了11種船只類型不同船只航速分析圖，橫坐標(biāo)為船只最大航速，縱坐標(biāo)為船只平均航速；航速分析有助于整體分析船只情況。分析表明這11種類型船只的平均航速／最大航速比從整體上滿足線性關(guān)系。但根據(jù)航速比分析，難以分辨出船只類型。對船速比最小二乘法直線擬合可發(fā)現(xiàn)，服從如下直線分布：

6 結(jié)束語

本次研究用數(shù)據(jù)來源于2012年4月份AIS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量還不是非常豐富，難以找到多數(shù)船只的較詳細(xì)的信息。調(diào)查從62種船只類型選取了其中的12只可疑類型加以分析。分析角度是從船只海域分布和船只自身信息結(jié)合分析。接下來對62種船只大多數(shù)類型展開分析，在總體分析上除了對船只長寬比、船速角度分析以外，再對該國船只命名規(guī)則和載重自重角度分析。從船只的命名可以一定程度上了解該船只類型及功能；從船只載重自重角度分析可獲相應(yīng)船只大小極其遠(yuǎn)洋作業(yè)能力。研究挖掘更多船只信息及規(guī)律，建立針對性的船舶交通綜合信息庫，為我國保護海洋權(quán)益提供參考與借鑒。

圖5 船只航速（最大航速／平均航速）分析Fig.5 Analysis of vessels’speed（maximum speed／average speed）

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