湯先峰，張勝茂，樊 偉，裴凱洋

(1上海海洋大學(xué)信息學(xué)院，上海 201306；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090)

航次是漁業(yè)生產(chǎn)管理中常用的統(tǒng)計(jì)單元，漁船按照約定的捕撈計(jì)劃從出發(fā)港到返回港為一個(gè)航次[1]。漁船的每個(gè)航次由多個(gè)船位點(diǎn)組成，每個(gè)點(diǎn)到岸線點(diǎn)的最短距離為航次中點(diǎn)的離岸距離，一個(gè)航次中篩選出的船位點(diǎn)離岸距離的和為累加離岸距離，累加離岸距離除以篩選點(diǎn)數(shù)據(jù)量為航次平均離岸距離。傳統(tǒng)航次記錄提取方法為調(diào)查過程中人工記錄航次時(shí)間以及航次中的生產(chǎn)要素，通過計(jì)算和錄入作業(yè)參數(shù)進(jìn)行管理統(tǒng)計(jì)航次。依靠人工錄入和判斷的方法無法適用于大量的漁船航次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒(2017)》[2]，中國近海機(jī)動(dòng)捕撈漁船超過17萬艘，人工方法難以獲取每艘漁船的航次數(shù)據(jù)。20世紀(jì)90年代信息技術(shù)發(fā)展迅速，船舶監(jiān)控系統(tǒng)(vessel monitoring system，VMS)能實(shí)時(shí)記錄漁船的經(jīng)度、緯度、航速、航向、發(fā)報(bào)時(shí)間等作業(yè)信息[3-4]，其中，利用北斗船位數(shù)據(jù)提取船位信息具有更高的準(zhǔn)確性[5]，可以更快地獲取大范圍的漁船信息[6]，目前VMS大多被用來對(duì)航次進(jìn)行提取分析[7-10]。航次和離岸距離信息可用于漁業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算[11]、漁業(yè)資源分布調(diào)查[12]、輔助限額捕撈管理等[13]，通過對(duì)航次信息和離岸距離信息提取，可以分析不同類型漁船的作業(yè)特點(diǎn)，并可將以上因素作為評(píng)估港口和地區(qū)漁業(yè)發(fā)展的因子，為港口的繁忙程度、港口級(jí)別、地區(qū)漁業(yè)發(fā)展、漁船經(jīng)濟(jì)效益和航次評(píng)估等提供參考[14]。

對(duì)2017年江蘇省安裝北斗終端并有漁船基本信息記錄的漁船進(jìn)行航次提取，并添加離岸距離提取方法，對(duì)漁船離岸距離數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，分析結(jié)果可為江蘇省漁業(yè)發(fā)展管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

北斗船位數(shù)據(jù)來源于北斗民用分理服務(wù)商，數(shù)據(jù)信息主要包括漁船的位置經(jīng)緯度、航向(方位角度)、航速(m/s)、時(shí)間等信息，空間分辨率約為 10 m，時(shí)間分辨率約為 3 min。根據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒(2017)》[2]，江蘇省擁有海洋機(jī)動(dòng)捕撈漁船6 912艘，安裝北斗終端的漁船為2 854艘，其中既安裝了北斗終端又有船型長、噸位、功率等基本信息的漁船為1 820艘。沿海區(qū)縣數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心 (http://www.ngcc.cn/ngcc/ )，1∶400 萬矢量數(shù)據(jù)。

1.2 航次提取方法

圖1中A、C、D處的格網(wǎng)中心點(diǎn)為港口。漁船出海作業(yè)過程中，船載北斗終端發(fā)送漁船ID、船位經(jīng)緯度、時(shí)間等信息，位置點(diǎn)記錄的時(shí)間間隔約3 min，每個(gè)航次由一系列時(shí)間序列船位點(diǎn)組成。首先按0.1 °× 0.1 °把中國海岸線劃分成格網(wǎng)，然后將格網(wǎng)圖層與海岸線圖層疊加，兩者相交的格網(wǎng)即為港口格網(wǎng)，將省、地區(qū)、縣行政區(qū)劃圖層與港口格網(wǎng)中心點(diǎn)圖層疊加，計(jì)算出港口格網(wǎng)中心點(diǎn)經(jīng)度和緯度，格網(wǎng)所屬的行政區(qū)劃為離中心點(diǎn)最近的行政區(qū)劃。將漁船軌跡線與港口格網(wǎng)相疊加，相交的點(diǎn)即為漁船的出發(fā)港和返回港，根據(jù)出發(fā)港船位點(diǎn)和返回港船位點(diǎn)來提取出具體的每個(gè)航次信息[15]。

圖 1 漁船航次示意圖Fig.1 Schematic diagram of fishing vessel voyage

兩個(gè)航次分別是航次1和航次2。航次1從港口格網(wǎng)A出發(fā)，經(jīng)過海上捕撈作業(yè)，在港口格網(wǎng)C返港；航次2從港口格網(wǎng)D出發(fā)，經(jīng)過海上捕撈作業(yè)，在港口格網(wǎng)D返港。

經(jīng)漁船進(jìn)出港口格網(wǎng)篩選后可能存在漁船非進(jìn)出港口格網(wǎng)的情況，需要進(jìn)一步地篩選處理。根據(jù)漁船作業(yè)特點(diǎn)，漁船進(jìn)出港再加上海上作業(yè)，時(shí)間一般都大于0.5 d，并且漁船經(jīng)過港口格網(wǎng)時(shí)間一般小于1 h，通過漁船進(jìn)出港時(shí)間差來計(jì)算漁船海上作業(yè)時(shí)間，以此來判斷漁船進(jìn)出口格網(wǎng)[16]。

1.3 離岸距離提取方法

漁船的每個(gè)航次由多個(gè)點(diǎn)組成，一個(gè)航次中按每小時(shí)篩選出1個(gè)船位點(diǎn)，各點(diǎn)到岸線點(diǎn)的最短距離為航次中點(diǎn)的離岸距離，計(jì)算點(diǎn)的離岸距離的和為累加離岸距離，累加離岸距離除以篩選點(diǎn)數(shù)為平均離岸距離。離岸距離是特征數(shù)據(jù)，以小時(shí)為單位，可選擇1 h內(nèi)的平均距離、最小距離，或者接近某個(gè)時(shí)刻最近的點(diǎn)。

R為地球半徑，取值6 371 km。海岸線點(diǎn)有k個(gè)，第i個(gè)經(jīng)度角αi，緯度角βi，一個(gè)航次有n個(gè)船位點(diǎn)，第j個(gè)船位點(diǎn)的經(jīng)度角αj，緯度角βj；第j個(gè)船位的離岸距離Sij為：

Sij=R×cos-1[cosβicosβjcos(αi-αj)+sinβisinβj]{i|i∈(0,1,2,...,k)}{j|j∈(0,1,2,...,n)}

(1)

航次的累加離岸距離Slian為：

(2)

2 結(jié)果

航次數(shù)據(jù)包括出發(fā)港口格網(wǎng)的中心點(diǎn)經(jīng)緯度、出發(fā)時(shí)間、出發(fā)時(shí)記錄的第一個(gè)船位點(diǎn)的經(jīng)緯度、返回港口格網(wǎng)的中心點(diǎn)經(jīng)緯度、返回時(shí)間、返回時(shí)記錄的最后一個(gè)船位經(jīng)緯度，以及出海船名和航次時(shí)間長度。對(duì)2017 年末江蘇省1 820艘VMS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合漁船登記作業(yè)類型、漁船噸位、漁船長度、漁船所屬地等進(jìn)行分析。捕撈漁船的作業(yè)航次是指漁船從漁港離岸，在捕撈海區(qū)作業(yè)結(jié)束后回到港口的過程。航次有可能是出海捕撈作業(yè)，時(shí)長一般在0.5 d以上；也可能是到其他港口補(bǔ)給、維修或卸漁獲，航次時(shí)長一般在0.5 d內(nèi)。本文中航次是指漁船出海作業(yè)的航次，為了減少這些非出海捕撈航次的影響，設(shè)置時(shí)長在6 h以上。由于北斗船載終端受北斗通信及船上其他設(shè)備干擾的影響，存在數(shù)據(jù)記錄缺失的問題，導(dǎo)致進(jìn)港與出港記錄丟失，使得航次時(shí)長較長。為了減少這部分航次的影響，設(shè)置時(shí)長在720 h(30 d)內(nèi)。

2.1 漁船航次

根據(jù)農(nóng)歷日統(tǒng)計(jì)(圖2a)，出港和進(jìn)港的航次數(shù)都有兩個(gè)集中的凸起。出港的兩個(gè)凸起在農(nóng)歷日6～13和21～28，分別占總航次的36%，31%；進(jìn)港的兩個(gè)凸起在農(nóng)歷日2～10和16～22，分別占總航次的31%，32%。

根據(jù)每天的時(shí)刻統(tǒng)計(jì)(圖2b)，進(jìn)港航次數(shù)的1個(gè)凸起在6：00—14:00，占總航次的67%；出港的2個(gè)凸起在5：00—11:00和13：00—19：00，占總航次的34%和27%。

圖2 漁船航次進(jìn)出港頻數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.2 Changes of frequency of departure and entry of vessel voyage with time

以小時(shí)為單位統(tǒng)計(jì)航次時(shí)長6～719 h(圖3a)，航次主要集中在時(shí)長216 h內(nèi)，約占全部航次數(shù)量的71%。航次頻數(shù)(航次數(shù)量)隨航次時(shí)長指數(shù)遞減，趨勢(shì)擬合式為y=137.11 e0.01x，趨勢(shì)線擬合程度R2=0.85較高。

航次的平均速度在0～30 d范圍內(nèi)可以劃分為3段(圖3b)，包括1～9 d、10～15 d和16～30 d。航次時(shí)長在1～9 d的平均航速為0.8～1.3 m/s，航次時(shí)長10～15 d的平均航速為0.4～1 m/s，呈下降趨勢(shì)；航次時(shí)長16～30 d的平均航速為0.1～1.3 m/s，變化幅比較大。

航次的平均航程劃分為3段(圖3c)，航次時(shí)間為0～9 d時(shí)，平均航程逐漸增加，趨勢(shì)擬合式為y= 85.76x+20.13，趨勢(shì)線擬合程度R2= 0.96較高；航次時(shí)間為10～15 d時(shí)，平均航程下降趨勢(shì)，擬合式為y= -37.81x+ 1 195.57；航次時(shí)間為16～30 d時(shí)，平均航程變化幅度較大，擬合式為y=40.17x-71.56。

航次的平均離岸距離劃分為4段(圖3d)，包括0～9 d、10～15 d、16～21 d和22～30 d。航次時(shí)長為0～9 d時(shí)，平均離岸距離由18 km增加到1 150 km，呈線性增長，趨勢(shì)擬合式為y= 11.196x+ 15.445，趨勢(shì)線擬合程度R2=0.968 9較高；航次時(shí)長為10～15 d時(shí)，平均離岸距離為75～199 km，呈下降趨勢(shì)；航次時(shí)長為16～21 d時(shí)，平均離岸距離為36～199 171 km，呈下降趨勢(shì)；航次時(shí)長為22～30 d時(shí)，平均離岸距離為37～279 km。

江蘇2017航次分布整體中間低兩邊高(圖4)，4月、9～11月航次數(shù)較多，2月、5～7月航次數(shù)較少。

2.2 不同漁船作業(yè)類型的航次

江蘇省刺網(wǎng)作業(yè)船航次占總航次數(shù)的84.6%，漁船數(shù)量占總數(shù)的85.1%。圍網(wǎng)船和張網(wǎng)船航次數(shù)少，圍網(wǎng)船平均離岸距離最遠(yuǎn)，張網(wǎng)船次之，平均作業(yè)時(shí)間上有類似特點(diǎn)，圍網(wǎng)船功率和噸位比一般作業(yè)類型的漁船大。

圖3 航次變化特征Fig.3 Characteristic of voyage changes

圖4 不同月份的航次數(shù)和平均離岸距離Fig.4 Voyage number and average offshore distance of different months

表1 2017年漁船作業(yè)類型與航次Tab.1 Operation type and voyage number of fishing vessels in 2017

根據(jù)原始VMS數(shù)據(jù)，漁船長度從12～50 m按間隔2 m劃分20個(gè)等級(jí)，船長在24～34 m的漁船最多,占總數(shù)的84.5%，這個(gè)區(qū)間的航次數(shù)占總數(shù)的85.0%(圖5a)。從功率上看，100～240 kW的漁船數(shù)和航次數(shù)最多，船數(shù)占比86.2%，航次數(shù)占比86.4%(圖5b)。從噸位上看，90～190 t的船數(shù)和航次數(shù)最多，船數(shù)占比80%，航次數(shù)占比82.5%(圖5c)。

平均離岸距離隨著噸位和功率的增長而線性增長(圖6a、圖6b)，大部分航次作業(yè)都在離岸80 km以內(nèi)(圖7)。

圖5 不同漁船屬性航次數(shù)量變化特征Fig.5 Variation characteristics of voyage number of different fishing vessels

圖6 不同漁船屬性平均離岸距離數(shù)量變化特征Fig.6 Variation characteristics of average offshore distance of different fishing vessels

圖7 平均離岸距離和航次數(shù)的關(guān)系Fig.7 Relationship between average offshore distance and voyage number

2.3 不同地區(qū)漁船的航次

從地區(qū)上看，南通、鹽城和連云港的航次較多，其中南通和鹽城的漁船航次數(shù)最多(圖8a)，分別占總數(shù)的49.5%和37.1%，蘇州的航次數(shù)僅占0.1%；蘇州漁船作業(yè)平均離岸距離有兩個(gè)峰值，最遠(yuǎn)達(dá)332.38 km，高于其他地區(qū)(圖8b)。從各地級(jí)市來看，南通的啟東、如東和鹽城的射陽，航次數(shù)較多，分別占比37.2%、12.0%和25.3%(圖8c)；平均離岸距離最遠(yuǎn)的縣市為太倉，為332.38 km(圖8d)，其他縣市基本持平。

3 討論

3.1 漁船航次的特點(diǎn)

部分作業(yè)漁船的生產(chǎn)時(shí)間與農(nóng)歷日期有較大聯(lián)系，如張網(wǎng)網(wǎng)具依靠每月大潮海水的推動(dòng)力迫使?jié)O獲物進(jìn)入網(wǎng)具中，一般在大潮(農(nóng)歷初一或十五)的前后幾天作業(yè)，燈光圍網(wǎng)在夜晚依靠燈光誘捕漁獲，一般在朔日(農(nóng)歷初一)前后作業(yè)。

漁船出港集中在5：00—11：00和13：00—19：00，進(jìn)港集中在6：00—14：00。漁船出港、進(jìn)港的時(shí)間與當(dāng)日的漲潮落潮關(guān)系較大，出港大部分選擇落潮，進(jìn)港選擇漲潮，隨著漲落潮進(jìn)出港航行速度快，能夠節(jié)省燃油。漁獲銷售集中在早晨和上午也是決定漁船進(jìn)港時(shí)間的重要因素之一，一般漁船早晨6：00進(jìn)港，經(jīng)過約3～6 h的搬運(yùn)，才能卸載完漁獲。

漁船作業(yè)航次特征中，航次頻率、平均航速、平均航程和平均離岸距離等，隨時(shí)間變化的曲線中疊加了周期為24 h的波動(dòng)。航次頻率隨時(shí)間變化的24 h周期波動(dòng)，是因?yàn)闈O船進(jìn)出港會(huì)受選擇時(shí)間影響。平均航程、平均航速和平均離岸距離的24 h周期波動(dòng)，則是因?yàn)椴煌稉祁愋蜐O船的作業(yè)特點(diǎn)存在差別，如燈光圍網(wǎng)白天尋找漁場(chǎng)，晚上捕撈；拖網(wǎng)全天可以作業(yè)；刺網(wǎng)多數(shù)在白天下網(wǎng)和收網(wǎng)，導(dǎo)致多種捕撈類型的疊加出現(xiàn)周期性波動(dòng)。

圖8 不同區(qū)縣航次特點(diǎn)Fig .8 Voyage characteristic of different cities

江蘇近海捕撈機(jī)動(dòng)漁船以小型的為主，44.1 kW以下有2 838艘，44.1～441 kW有4 060艘，44.1 kW以上的有14艘[2]。小型漁船主要在近岸漁場(chǎng)作業(yè)，航程和離岸距離短；較大的漁船作業(yè)航程和離岸距離長。小型漁船航次周期短，相同時(shí)間內(nèi)航次的頻次高，因此航次頻數(shù)隨航次時(shí)長呈現(xiàn)快速遞減。

不同捕撈類型的漁船作業(yè)離岸距離、作業(yè)航速差別大，因此多種漁船航次特征數(shù)據(jù)變化明顯。1～9 d的航次平均航速隨航次時(shí)長的變化較小，平均離岸距離隨航次時(shí)長線性增加，并且這一段的平均航速較大，可能是以小型拖網(wǎng)漁船為主；10～15 d的航次平均離岸距離在140 km左右呈下降趨勢(shì)，平均航速也呈下降趨勢(shì)，可能以刺網(wǎng)為主；16～30 d的航次，平均離岸距離變化大，平均航速呈上升趨勢(shì)，航速較低，可能以張網(wǎng)漁船為主。

3.2 日期變化的特點(diǎn)

江蘇全年航次數(shù)有2個(gè)凸起和2個(gè)凹陷，主要原因：1)1～4月為海洋魚類集中繁育期，8～12月為海洋魚類集中成熟期，上半年冷空氣較多，溫度不如下半年適宜，海水溫度受氣溫影響較大，季節(jié)性變化明顯；2月逢春節(jié)，出海會(huì)減少，5～7月份航次數(shù)很少，根據(jù)原農(nóng)業(yè)部《關(guān)于調(diào)整海洋伏季休漁制度的通告》，2017年休漁期日期為5月1日—8月16日，休漁期結(jié)束后航次數(shù)比較多，這個(gè)現(xiàn)象可能與漁業(yè)資源的生理周期緊密相連，在伏季休漁前和休漁后屬于漁業(yè)資源集中產(chǎn)卵繁殖時(shí)期，水溫適宜。2)刺網(wǎng)航次數(shù)最多，受洄游影響，刺網(wǎng)可以在洄游水域的通道上攔截更多的漁獲物[17]，使得下半年航次數(shù)更多一點(diǎn)。3)臺(tái)風(fēng)生成時(shí)間集中于7～8月，其中7月21日臺(tái)風(fēng)“奧鹿”，7月31日臺(tái)風(fēng)“海棠”，9月14日臺(tái)風(fēng)“泰利”和10月15日臺(tái)風(fēng)“卡努”對(duì)江蘇省影響最大，漁船捕魚多少受到臺(tái)風(fēng)的影響[18]。

3.3 不同漁船作業(yè)類型航次和離岸距離的特點(diǎn)

刺網(wǎng)漁船主要在近海生產(chǎn)，較遠(yuǎn)漁場(chǎng)生產(chǎn)的情況極少[19]，刺網(wǎng)總航次數(shù)較多。漁船船體大小和總重噸位決定其規(guī)模、抗風(fēng)浪能力、續(xù)航里程和船員生活維持能力，漁船越小，其單航次行駛距離越短，單航次作業(yè)時(shí)間也越短；反之漁船規(guī)模越大，其單航次作業(yè)范圍也越大，平均時(shí)間和平均離岸距離會(huì)隨著噸位和功率的增長而線性增長。圍網(wǎng)平均功率和平均噸位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他類型船，因此圍網(wǎng)船平均離岸距離最遠(yuǎn)。因張網(wǎng)作業(yè)一般將網(wǎng)具固定在水中，作業(yè)過程中航速變化較小，所以張網(wǎng)平均離岸距離相比其他作業(yè)類型也比較大。平均離岸距離大，這也是圍網(wǎng)漁船和張網(wǎng)漁船航次數(shù)少的原因之一。

根據(jù)漁船船長、噸位和功率可以看出江蘇近海捕撈漁船多為中小型漁船，其抗風(fēng)浪能力較差，且續(xù)航里程和生活維持時(shí)間較短，無法進(jìn)行長時(shí)間或遠(yuǎn)距離捕撈作業(yè)，使得漁船整體平均離岸距離較小，大部分航次作業(yè)都在離岸80 km以內(nèi)。

3.4 江蘇不同地區(qū)的差異

從地區(qū)上來看，江蘇省漁業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)為南通、鹽城和連云港，這3個(gè)地區(qū)皆靠海，地理位置比較優(yōu)越，其中南通和鹽城的航次數(shù)較多。結(jié)合江蘇省漁業(yè)背景分析，南通是江蘇的海洋捕撈大市，海洋捕撈產(chǎn)量一直占據(jù)江蘇的50%以上。南通地處南黃海之濱，緊鄰呂四漁場(chǎng)，漁業(yè)資源相對(duì)豐富[20]。從各地級(jí)市來看，啟東市、如東縣和射陽縣的航次數(shù)較多，平均離岸距離最遠(yuǎn)的縣市為太倉市，其他縣市基本持平。射陽、贛榆沿海捕撈近幾年刺網(wǎng)作業(yè)比較發(fā)達(dá)，所以這兩個(gè)地方的航次數(shù)也相對(duì)比較多。江蘇海洋作業(yè)漁具眾多，由于海洋資源和生產(chǎn)成本變化的原因，耗油多、漁場(chǎng)遠(yuǎn)、利用底層資源的底拖網(wǎng)作業(yè)逐步被淘汰[21]，在作業(yè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化的同時(shí)，江蘇省漁具分布的地區(qū)格局也漸漸形成。

江蘇省整體上離岸距離都比較近，適合刺網(wǎng)漁業(yè)發(fā)展，南通市、鹽城市、連云港市航次數(shù)比較多，之后可根據(jù)不同地區(qū)的漁船功率和漁船數(shù)量，因地制宜，對(duì)各地區(qū)漁業(yè)捕撈進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)論

航次和離岸距離的提取可以為其他事物的評(píng)價(jià)提供參考。1)可以根據(jù)不同航次數(shù)、平均時(shí)間、單位航次成本和必要運(yùn)費(fèi)率等來估算航線的性價(jià)比，計(jì)算航次的成本，離岸距離和航次數(shù)還可以作為航次評(píng)估的參數(shù)；2)輔助限額捕撈；3)江蘇是港口大省，港口績效是衡量地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一，不同港口的航次數(shù)、航次成本或離岸距離可作為港口評(píng)價(jià)的因子，同時(shí)，港口的航次數(shù)和離岸距離也可以反映一個(gè)港口的繁忙程度，估算經(jīng)濟(jì)效益，為港口的發(fā)展提供參考。隨著北斗船位挖掘技術(shù)的發(fā)展，北斗終端會(huì)進(jìn)行大面積的覆蓋，今后可進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，挖掘出更多有價(jià)值的信息，為漁業(yè)發(fā)展提供科學(xué)有效的參考依據(jù)。