基于船舶AIS信息的可疑船只監(jiān)測(cè)研究＊

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(guó)家海洋局第一研究所 山東 青島 266061）

中國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)廣闊，區(qū)內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣及漁業(yè)資源，而周邊國(guó)家船只時(shí)常有意或無(wú)意非法航入中國(guó)領(lǐng)?；蛘呓?jīng)濟(jì)專屬區(qū)。保護(hù)中國(guó)海上合法權(quán)益，加強(qiáng)船舶監(jiān)測(cè)是國(guó)家層面的一項(xiàng)重要任務(wù)，所以分析研究周邊國(guó)家海上船只運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行軌跡有著重要的意義。

本文通過(guò)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（automatic identification system，AIS）信息對(duì)某鄰國(guó)船只在其專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)以及我國(guó)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(guó)船只的分布、長(zhǎng)寬比和速度等信息及航跡規(guī)律，以便于指導(dǎo)我國(guó)在處理類似事件時(shí)加強(qiáng)對(duì)周邊國(guó)家船只進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和管理。

1 研究現(xiàn)狀

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）系統(tǒng)［1］誕生于20世紀(jì)90年代，是一種移動(dòng)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(dòng)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(shí)分多址技術(shù)（SOTDMA）方式播發(fā)船舶的即時(shí)速度、航向、改變航向率、航跡、告警信息等動(dòng)態(tài)信息，以及船名、呼號(hào)、噸位、吃水、船長(zhǎng)船寬、裝載貨物、目的港等靜態(tài)信息；同時(shí)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(dòng)態(tài)信息，使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)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(dòng)，對(duì)海上交通安全有很大幫助。國(guó)際海事組織（IMO）和國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）已采納了該系統(tǒng)，并對(duì)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(guó)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(dòng)識(shí)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(duì)本國(guó)船只［5－6，8－9］，對(duì)外國(guó)船只AIS的研究則相對(duì)較少。本項(xiàng)研究針對(duì)某鄰國(guó)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(guó)船只在其專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)以及我國(guó)海域航行特征和船只特征等信息，進(jìn)而建立具有針對(duì)性的船舶交通綜合信息庫(kù)，為指導(dǎo)我國(guó)相關(guān)部門保護(hù)和開(kāi)發(fā)海洋資源，以及與周邊國(guó)家在處理海洋權(quán)益糾紛事件時(shí)提供有力的參考。當(dāng)然單純的AIS信息還存在觀測(cè)范圍小和觀測(cè)盲區(qū)多等問(wèn)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?dòng)區(qū)域等，建立船舶交通綜合信息庫(kù)。

2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

本項(xiàng)研究數(shù)據(jù)包括2個(gè)部分：AIS信息和船只信息。

AIS數(shù)據(jù)的采集時(shí)間范圍為2012－04－01至2012－04－30，總共約112萬(wàn)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(shí)間、MMSI編號(hào)、船舶MMSI狀態(tài)、轉(zhuǎn)向率、速度、精確度、經(jīng)緯度、對(duì)地航向、船首真航向、船名、船舶類型、IMO 編號(hào)、呼號(hào)、船體長(zhǎng)寬、吃水和自帶字段。其中：

1）對(duì)地航向。船只在導(dǎo)航定位系統(tǒng)中真實(shí)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(shí)航行方向。

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

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

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

船只信息來(lái)源于http：／／marinetraffic.com網(wǎng)站。該站點(diǎn)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(gè)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(hào)在440000000 至441999999 范圍內(nèi)為本次調(diào)查的某鄰國(guó)艦船，查閱手段是逐條MMSI編號(hào)信息依次查閱。

本次研究的AIS數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)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(hào)范圍篩選出所有該國(guó)船只數(shù)據(jù)。

2）針對(duì)這些AIS 數(shù)據(jù)，根據(jù)不同MMSI編號(hào)信息查閱http：／／marinetraffic.com 網(wǎng)站獲悉該國(guó)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(bào)告中選取12種可疑類型進(jìn)行分析，見(jiàn)表1。挑選12種特殊船只，依次新建12份對(duì)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(hào)船只為單獨(dú)一頁(yè)。

4）利用ArcMap軟件對(duì)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(jiàn)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(hào)、船只名稱、建造年份、長(zhǎng)寬、Gross Tonnage載重、自重、航速記錄、呼叫編號(hào)、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(lái)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?tīng)顟B(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。可疑船舶的共性特點(diǎn)是可查閱的船只信息較少，針對(duì)12種可疑船只依次采用如下分析過(guò)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(guò)船只MMSI編號(hào)查閱對(duì)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(diǎn)，并給出合理的推測(cè)。

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(jiàn)圖2。船只信息見(jiàn)表2。該型船只特點(diǎn)分析如下。

1）MMSI440238000（標(biāo)識(shí)為藍(lán)色）船名為TAMHAE II艦船活動(dòng)較頻繁，活動(dòng)區(qū)域?yàn)槲髂喜繚?jì)州島北部海域?；顒?dòng)路線清晰，大多為往返航行。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－20 停靠于釜山港口附近。

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(shí)為墨綠色）船名為TAMGU 艦船活動(dòng)位于中國(guó)黃海東部地區(qū)?；顒?dòng)路線清晰。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－20 ?？坑诟礁劭凇?/p>

3）MMSI440015000（標(biāo)識(shí)為粉紅色）船名為BADARO NO.2 艦船活動(dòng)位于某鄰國(guó)西海域。數(shù)據(jù)顯示該船于2012－09－17停靠于釜山港口。

4）其他船只?？扛劭谳^多。有表2 可知該類型船只船體不是很大，建造時(shí)間跨度最早為1983年，最新為2009年，航行速度相對(duì)不快，部分船名有統(tǒng)一編號(hào)。

綜上，該類型船只活動(dòng)區(qū)域較小，來(lái)回航行線路較多。工作區(qū)域?yàn)榻^大部分為某鄰國(guó)周圍海域附近，但據(jù)TAMGU 20 路線可推測(cè)該類型船活動(dòng)范圍包括黃海。

該類型船只時(shí)間建造跨度大，最早為1983年，最新為2009年；船名編號(hào)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(shí)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(cè)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(duì)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(cè)。

1）Fishery protection research。船體不是很大，船速有一定跨度范圍，活動(dòng)海域范圍較固定，船只數(shù)量相對(duì)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€(gè)鄰國(guó)海域并?？肯鄳?yīng)港口，較頻繁活動(dòng)于中國(guó)渤海，黃海及各沿海城市港口。

3）Special Vessel?？纱钆漭^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(duì)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(diǎn)工作時(shí)間較長(zhǎng)，活動(dòng)范圍限于某鄰國(guó)領(lǐng)海，推測(cè)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(cè)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(shuō)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?yàn)樵搰?guó)南部海域。

8）領(lǐng)航船。船只活動(dòng)范圍局限于西北部仁川港附近海域，活動(dòng)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(dòng)范圍極小，推測(cè)該類型船只可能為公開(kāi)軍事類船只。

10）其它船只。該型船只船體不大，航速中等，說(shuō)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(lái)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(cè)為商業(yè)用船或是捕魚(yú)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(zhǎng)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(guó)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(diǎn)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(jì)州島周圍海域；東南部釜山、麗水港口及鄰近海域；②活動(dòng)范圍不超過(guò)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(zhǎng)寬比分析

船舶設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)船只長(zhǎng)寬比作為船型的一個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)艦船的瘦長(zhǎng)度。較大長(zhǎng)寬比可減少航行時(shí)的阻力以提高航速或減小對(duì)主機(jī)的功率需求等，對(duì)艦船快速性有利。但長(zhǎng)寬比過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)寬比是根據(jù)船只作業(yè)要求來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)速度要求高，機(jī)動(dòng)性好的則長(zhǎng)寬比較大；對(duì)工作要求穩(wěn)定，搭載設(shè)備較多的船只，長(zhǎng)寬比相對(duì)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(wú)相應(yīng)長(zhǎng)寬數(shù)據(jù)。

圖4 船只長(zhǎng)寬比信息Fig.4 Vessel length to width ratio

由圖可見(jiàn)：

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

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

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

4）去除2個(gè)異常船只，對(duì)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(guó)船只長(zhǎng)寬在一定范圍內(nèi)，2個(gè)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(hào)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(hào)為的440101034 船 名為 TAEPYOUNGYANG2HO的law enforce在4月23號(hào)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(duì)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(yǔ)

本次研究用數(shù)據(jù)來(lái)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(lái)對(duì)62種船只大多數(shù)類型展開(kāi)分析，在總體分析上除了對(duì)船只長(zhǎng)寬比、船速角度分析以外，再對(duì)該國(guó)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(duì)性的船舶交通綜合信息庫(kù)，為我國(guó)保護(hù)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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