周 全，倪 軍，范智鵬，顧 方，戚成業(yè)

（1.上海漁港監(jiān)督局，上海 200433；2.北斗星通信息服務(wù)有限公司，北京 100094）

漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用研究

周 全1，倪 軍1，范智鵬2，顧 方1，戚成業(yè)2

（1.上海漁港監(jiān)督局，上海 200433；2.北斗星通信息服務(wù)有限公司，北京 100094）

本文是在上海市漁業(yè)主管部門多年來(lái)應(yīng)用信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)漁船定位、短報(bào)文通信，提高漁船安全監(jiān)管及應(yīng)急處置能力的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究分析信息系統(tǒng)多年積累的漁船數(shù)據(jù)，提出了漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法，描述了該方法的原理和驗(yàn)證思路，重點(diǎn)介紹了核心算法——區(qū)域判斷法和統(tǒng)計(jì)方法的執(zhí)行流程。該方法的應(yīng)用，將加快漁業(yè)信息化的發(fā)展，服務(wù)于漁業(yè)管理部門及廣大漁業(yè)從業(yè)者。

漁船；海上作業(yè)天數(shù)；統(tǒng)計(jì)；區(qū)域判斷；在線作業(yè)

0　引 言

我國(guó)是漁業(yè)大國(guó)，海域遼闊，海岸線18 000千米。海洋漁業(yè)水域面積達(dá)300多萬(wàn)平方千米。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)共擁有各類漁船107.2萬(wàn)艘，其中機(jī)動(dòng)漁船為69.5萬(wàn)艘，海洋機(jī)動(dòng)漁船28.3萬(wàn)艘。在漁業(yè)生產(chǎn)管理中，管理部門需要掌握漁船作業(yè)的數(shù)據(jù)，特別是海洋機(jī)動(dòng)漁船出海作業(yè)情況，從而鼓勵(lì)合法作業(yè)，處罰非法捕撈，并根據(jù)漁船作業(yè)情況合理發(fā)放燃油補(bǔ)助。相關(guān)研究部門需要依據(jù)漁船作業(yè)的宏觀數(shù)據(jù)，掌握漁業(yè)捕撈現(xiàn)狀，進(jìn)行水產(chǎn)研究，規(guī)劃漁業(yè)生產(chǎn)及預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)。漁業(yè)公司和漁業(yè)從業(yè)者也需要上述數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的回顧分析，以制訂或優(yōu)化將來(lái)的生產(chǎn)計(jì)劃。

漁業(yè)現(xiàn)代化及信息化普及之前，漁船每年的作業(yè)天數(shù)往往只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算或采用紙質(zhì)記錄，漁船航跡數(shù)據(jù)也缺乏有效、準(zhǔn)確的記錄手段。隨著漁業(yè)信息化的發(fā)展，尤其是北斗技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋漁業(yè)之后，各級(jí)漁業(yè)管理部門紛紛開始建設(shè)漁業(yè)信息管理平臺(tái)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存漁船的歷史船位，這為漁船作業(yè)情況的科學(xué)統(tǒng)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。但由于在平臺(tái)建設(shè)之初，漁船安全保障是關(guān)注的重點(diǎn)，而在其他方面，如漁船作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，則采用了比較簡(jiǎn)易的做法，統(tǒng)計(jì)的模型不夠科學(xué)，統(tǒng)計(jì)數(shù)字也不夠準(zhǔn)確。由此可見，研究新的漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，提高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的精確性需求已成為海洋漁業(yè)管理部門迫切需要解決的問(wèn)題之一。

1　應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算漁船海上作業(yè)天數(shù)的必要性分析

1.1上海漁船數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

上海市于2010年建成了上海市漁港漁船安全救助信息服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱救助系統(tǒng)），并于2014年在救助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建設(shè)了上海市漁港漁船監(jiān)管系統(tǒng)。這些信息平臺(tái)融合了北斗、AIS、RFID及港口視頻等多種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)上海海洋作業(yè)漁船的位置監(jiān)管和信息服務(wù)。多年來(lái)，信息系統(tǒng)在漁船安全監(jiān)管、應(yīng)急救助方面發(fā)揮著積極主動(dòng)地作用，取得了一定成效，保障了漁民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，并積累了海量的船位數(shù)據(jù)。以2014年和2015年為例，對(duì)上海漁船數(shù)量和總體報(bào)位數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見表1。

1.2統(tǒng)計(jì)方法的必要性

基于上海漁船報(bào)位數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀分析可以看出，一方面信息系統(tǒng)積累的海量船位數(shù)據(jù)沒(méi)有得到使用；另一方面，漁船出海作業(yè)燃油補(bǔ)貼發(fā)放又缺乏有效的依據(jù)。對(duì)此，如何利用船位數(shù)據(jù)提高漁船出海作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)的精確度、統(tǒng)計(jì)結(jié)果的透明度和可信度，從而基于漁船合法出海作業(yè)天數(shù)進(jìn)行燃油補(bǔ)貼，減少爭(zhēng)議，做到有據(jù)可依顯得尤為必要。本文在對(duì)上海歷年漁船報(bào)位數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于船位歷史數(shù)據(jù)、漁船基本資料（如船長(zhǎng)、噸位、材質(zhì)、捕撈作業(yè)類型）及海洋區(qū)域數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算模型。采用該模型，可充分利用海量的船位歷史數(shù)據(jù)，針對(duì)不同漁船、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)區(qū)域及其他作業(yè)判定條件精確統(tǒng)計(jì)每艘漁船每日的作業(yè)信息，由此判定該船當(dāng)日是否處于“作業(yè)”狀態(tài)，并累加到總作業(yè)天數(shù)。基于該算法，可以精確統(tǒng)計(jì)每艘漁船的全年作業(yè)天數(shù)、航程航次信息，能夠計(jì)算出有效的出海作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，甄別是否存在違法作業(yè)及非法捕撈，能夠依據(jù)在線作業(yè)天數(shù)進(jìn)行燃油補(bǔ)貼的計(jì)算發(fā)放等，從而極大提高海量船位數(shù)據(jù)的利用率，豐富漁業(yè)執(zhí)法管理的手段，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該方法在上海信息平臺(tái)應(yīng)用后，將使上海信息平臺(tái)從一個(gè)船位展示的工具類平臺(tái)提升到可進(jìn)行深入數(shù)據(jù)分析的綜合管理平臺(tái)。

表1　2014-2015年上海漁船數(shù)量及船位統(tǒng)計(jì)

2　統(tǒng)計(jì)方法原理及驗(yàn)證

2.1方法原理

漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計(jì)根據(jù)分層結(jié)構(gòu)，主要分為兩階段進(jìn)行。其中耗時(shí)較長(zhǎng)的歷史船位數(shù)據(jù)標(biāo)記過(guò)程以存儲(chǔ)過(guò)程的形態(tài)在數(shù)據(jù)庫(kù)完成，其生成的中間表結(jié)構(gòu)見表2。

第一階段統(tǒng)計(jì)以計(jì)劃任務(wù)的方式，由數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)在每個(gè)自然月開始時(shí)統(tǒng)計(jì)上個(gè)自然月的數(shù)據(jù)，每個(gè)月形成一張臨時(shí)表，目的是加快第二階段統(tǒng)計(jì)的速度。

第二階段統(tǒng)計(jì)是用戶從客戶端發(fā)起的，用戶輸入要查詢的目標(biāo)、統(tǒng)計(jì)的時(shí)間段，并根據(jù)配置好的“合法作業(yè)”判定條件，查詢出期望的報(bào)表。第二階段查詢的過(guò)程見表3。

表2　臨時(shí)表結(jié)構(gòu)

2.2方法驗(yàn)證為使?jié)O船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)方法得到驗(yàn)證和應(yīng)用，可搭建實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)，與現(xiàn)有漁業(yè)管理部門的漁業(yè)綜合管理平臺(tái)對(duì)接，完成底層船位數(shù)據(jù)的共享接入，并依據(jù)統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)中間層和展現(xiàn)層，最終在網(wǎng)頁(yè)上展現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括如下組成部分。

隨著改革開放的深入，“政企合一”體制逐步解體，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)確立并得到長(zhǎng)足發(fā)展，人們的思想也發(fā)生了翻天覆地地變化。油地關(guān)系是伴隨著油田的勘探開發(fā)建設(shè)而產(chǎn)生的一種社會(huì)現(xiàn)象。東營(yíng)市是典型的“能源型城市”，對(duì)油田的依賴程度比較高，特殊的市情決定了油地關(guān)系在勝利油田和東營(yíng)市的重要地位，主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

2.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)方法及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫(kù)，共享

接入的船位數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，核心算法和計(jì)劃任務(wù)的執(zhí)行也是在數(shù)據(jù)庫(kù)中完成。

2.2.2船位數(shù)據(jù)共享接入部件統(tǒng)計(jì)算法是基于漁船歷史船位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完成的，因此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

首先要從漁業(yè)管理部門的數(shù)據(jù)庫(kù)中共享接入船位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式一般為未經(jīng)整理的歷史船位信息，每一行記錄代表一個(gè)船舶報(bào)位，包括位置的上報(bào)時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、方向、轉(zhuǎn)向率及關(guān)聯(lián)漁船ID（名稱）。數(shù)據(jù)接入后形成的數(shù)據(jù)庫(kù)表稱為位置表。

2.2.3算法集合算法集合主要包括區(qū)域判斷算法、作業(yè)判定算法。區(qū)域判斷算法作為核心算法，主要負(fù)責(zé)計(jì)算船位數(shù)據(jù)和區(qū)域的位置關(guān)系，這些區(qū)域包括：①海岸線1海里線、海上行政區(qū)劃界、中外協(xié)定水域、9段線等組成的地區(qū)漁船合法作業(yè)海域；②機(jī)輪拖網(wǎng)禁漁區(qū)等針對(duì)特定捕撈作業(yè)類型進(jìn)行作業(yè)限制的區(qū)域；③軍事禁區(qū)或其他限制性水域。

通過(guò)區(qū)域判斷算法，可為每條船位信息打上是否在某區(qū)域內(nèi)部的標(biāo)記，服務(wù)于后續(xù)統(tǒng)計(jì)。

作業(yè)判定算法主要根據(jù)各種判定合法作業(yè)區(qū)域的條件對(duì)執(zhí)行區(qū)域判斷算法之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步整理和篩選，從而為每條船位數(shù)據(jù)增加若干個(gè)標(biāo)記，分別標(biāo)記該船位相對(duì)于每個(gè)區(qū)域是否屬于“作業(yè)”狀態(tài)，以及根據(jù)規(guī)則綜合所有區(qū)域判定之后的最終結(jié)果。

2.2.3中間結(jié)果臨時(shí)表

通過(guò)算法合集計(jì)算之后的位置表打上了點(diǎn)和區(qū)域關(guān)系的若干標(biāo)記，這些數(shù)據(jù)保存在中間結(jié)果臨時(shí)表（以下簡(jiǎn)稱臨時(shí)表）中。臨時(shí)表的生成速度較慢，其速度取決于總區(qū)域個(gè)數(shù)和每個(gè)區(qū)域的邊界點(diǎn)數(shù)，區(qū)域數(shù)越多，區(qū)域圖形越復(fù)雜，計(jì)算的時(shí)間越長(zhǎng)。一般而言，進(jìn)行某一省份的1個(gè)月內(nèi)所有歸屬船舶的區(qū)域計(jì)算，需要長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)至幾十小時(shí)的時(shí)間，臨時(shí)表的生成起到了緩存作用，為后續(xù)進(jìn)行一定條件下的實(shí)時(shí)查詢提供了便利。

2.2.4查詢服務(wù)

在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，查詢服務(wù)是用戶界面和數(shù)據(jù)庫(kù)的橋梁，查詢服務(wù)通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)臨時(shí)表，為客戶端定制統(tǒng)計(jì)報(bào)表。除網(wǎng)頁(yè)客戶端之外，查詢服務(wù)還可以為APP提供同樣的報(bào)表服務(wù)，甚至可以以API的形式向第三方平臺(tái)提供查詢統(tǒng)計(jì)服務(wù)。查詢服務(wù)接受客戶端的報(bào)表定制參數(shù)，以JSON數(shù)據(jù)格式發(fā)布結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.2.5網(wǎng)頁(yè)客戶端

網(wǎng)頁(yè)客戶端是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的用戶界面，用戶在網(wǎng)頁(yè)上提交期望查詢的條件，由查詢服務(wù)返回相關(guān)的數(shù)據(jù)，以報(bào)表的形式展示，并提供導(dǎo)出下載功能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果按查詢條件不同，包括如下分類。①目標(biāo)分類：統(tǒng)計(jì)某一艘漁船或統(tǒng)計(jì)某一地區(qū)節(jié)點(diǎn)下的所有漁船；②時(shí)間分類：按周、月、季度、半年、一年統(tǒng)計(jì)（只支持統(tǒng)計(jì)當(dāng)前月份之前的數(shù)據(jù)）。

3　重點(diǎn)算法介紹

圖1　作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)的工作流程

圖2　查詢客戶端頁(yè)面設(shè)計(jì)原型

區(qū)域判斷算法為本統(tǒng)計(jì)方法的核心算法，由于作為輸入的歷史船位數(shù)據(jù)規(guī)模龐大（僅以北斗船位計(jì)算，每艘漁船的日平均報(bào)位點(diǎn)數(shù)即可達(dá)到500），因此算法需關(guān)注執(zhí)行速度和靈活度。區(qū)域判斷算法的本質(zhì)是點(diǎn)和簡(jiǎn)單多邊形（包括凹多邊形，但不包括各邊相交的復(fù)雜多邊形）的關(guān)系判斷，點(diǎn)代表的是船位數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而多邊形代表了海岸線、禁漁區(qū)以及各類區(qū)劃邊界所圍成的合法作業(yè)海域，當(dāng)點(diǎn)處于多邊形區(qū)域之內(nèi)時(shí)，代表該時(shí)刻漁船處于多邊形區(qū)域之內(nèi)，反之則代表未駛?cè)攵噙呅螀^(qū)域之內(nèi)。

點(diǎn)和多邊形的位置關(guān)系采用射線法求解（*）。*射線法的基本思想是：從待判斷的點(diǎn)向某一個(gè)方向引射線，計(jì)算和多邊形交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)是偶數(shù)或者0，則點(diǎn)在多邊形外，如果是奇數(shù)，則在多邊形內(nèi)。

這只是最基本的判別情況，另有一些復(fù)雜的情況需要特殊處理。①射線經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)。當(dāng)射線經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)時(shí)，判斷就會(huì)出現(xiàn)異常情況，現(xiàn)在規(guī)定，線段的兩個(gè)端點(diǎn)，相對(duì)于另一個(gè)端點(diǎn)在上面的頂點(diǎn)稱為上端點(diǎn)，下面是下端點(diǎn)，如果經(jīng)過(guò)下端點(diǎn)，則認(rèn)為邊和射線不相交。②點(diǎn)在邊上。這種情況也不能用交點(diǎn)個(gè)數(shù)的奇偶性來(lái)判斷了，要快速地判斷這個(gè)點(diǎn)是否在邊上。

射線法改進(jìn)：傳統(tǒng)的射線法一開始就直接計(jì)算點(diǎn)和多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)，這樣的話，會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)作拓?fù)潢P(guān)系的判斷。改進(jìn)的算法是首先利用多邊形的最小外接矩形迅速排除不在多邊形內(nèi)的點(diǎn)，然后利用交點(diǎn)個(gè)數(shù)的奇偶性判斷。

4　統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用流程與實(shí)現(xiàn)界面

4.1統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用流程

漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法可按圖1流程執(zhí)行。

4.2統(tǒng)計(jì)方法的界面實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)計(jì)方法的網(wǎng)頁(yè)客戶端可基于HTML 5等技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)按地區(qū)節(jié)點(diǎn)或船名統(tǒng)計(jì)漁船每日在線作業(yè)情況，圖2展現(xiàn)了輸入條件、參數(shù)設(shè)置、統(tǒng)計(jì)結(jié)果列表及航跡圖回放區(qū)域的頁(yè)面設(shè)計(jì)。

5　結(jié) 語(yǔ)

本文依托上海信息系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和漁業(yè)管理法規(guī)，分析了作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的必要性，提出了三層結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)算法與流程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證和完善了本項(xiàng)研究。本統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用研究，為精細(xì)化漁業(yè)管理和合理發(fā)放漁船燃油補(bǔ)助提供了有力的數(shù)據(jù)支持，作為漁業(yè)大數(shù)據(jù)的一次深入應(yīng)用，具有前瞻性和指導(dǎo)性。

主要參考文獻(xiàn)

［1］農(nóng)業(yè)部漁業(yè)漁政管理局.中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒2014［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2014.

［2］上海漁港監(jiān)督局.2014年上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目［滬農(nóng)科攻字（2014）第4-2號(hào)］《漁港漁船監(jiān)管系統(tǒng)開發(fā)》［Z］.上海：上海漁港監(jiān)督局，2014.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.14.021

U692

A

1673-0194（2016）16-0032-04

2016-06-20