AIS數據的深入挖掘及拓展應用

韓佳彤 李鵬宇 交通運輸部南海航海保障中心廣州航標處

1.前言

AIS（船舶自動識別系統）作為一種新型導航系統，開辟了水上交通監控的新紀元。A IS提供了大量的近實時水上船舶航行狀態數據用于實現更高水平的水上交通狀況感知，A IS發送的信息包括船舶位置信息、船舶的對地航向、航速、轉向率等。大規模的實時和歷史A IS數據蘊含著豐富的船舶駕駛規則和航運經驗,深入挖掘AIS數據價值，有效利用大規模AIS數據進行數據分析，對提高海上航行安全具有重要的現實意義。

本文結合筆者近年來利用AIS數據為海事監管部門提供事故調查、海上施工作業區安全監管、重點船舶安全監管、海事法院案件審理、客輪與港口公司船舶調度及安全監管、最優航線推薦的經驗，從基于AIS技術的海上虛擬電子圍欄建設、基于AIS歷史數據的船舶行為分析兩方面梳理了AIS數據的進一步挖掘潛力和應用場景，為AIS數據管理部門進一步精準化服務港航單位、航海用戶提供參考。

2.基于AIS技術的海上虛擬電子圍欄建設

海上虛擬電子圍欄，即在重要的港口碼頭、海上風電場、跨海大橋、暗礁、禁航區或限制航行區、船舶修造（廠）點、港外作業點、海上作業平臺、過駁點等區域，通過AIS結合GPS、CCTV、VHF、VTS、聲光預警系統等，設置虛擬的“電子圍欄”，通過電子海圖顯示系統，與船舶動態管理系統、船舶進出港報告系統進行融合。當船舶進入虛擬“電子圍欄”區域，系統就能實現自動比對，對不滿足條件的船舶，在前端顯示系統進行聲光報警等預警提示，提醒管理人員及時了解并處理。

海上虛擬電子圍欄系統的運行流程主要包括利用AIS岸基管理系統和雷達、CCTV劃定電子圍欄監控區域和三級報警區域，電子圍欄周圍水域船舶信息實時采集、船舶航行態勢判斷和運算，利用聲光、WEB界面、手機短信息等形式發送預報警信息三大方面，并實時將數據上傳至系統后臺。還可以通過 AIS 軌跡記錄、CCTV 拍照、VTS 自動截圖等手段將相關證據上傳至后臺分析系統。

海上虛擬電子圍欄的應用可以拓展應用到以下場景。

（1）禁航區、施工區、作業區、限制航行區船舶監管：當船舶駛入禁航區、施工區、作業區、限制航行區電子圍欄預警區域，系統根據預設的條件判斷船舶是否符合駛入該區域的條件，如風電場施工區、作業區只允許事先錄入系統的施工作業船駛入；限制航行區只允許特定類型的船舶航行；暗礁、孤立危險物水域、海上軍事演練、動植物保護區等禁航區禁止一般船舶航行。對于其它靠近或駛入前述區域的船舶，通過聲光提示、VHF語音提示等方式驅離，對于未按提示駛離，并執意進入警戒區的船舶，系統立即通知監管者通過現場執法等形式進行驅離。

（2）海事法院扣押船舶監管：在法院扣留的被執行船停靠區域劃定電子圍欄，一旦船舶駛離電子圍欄，系統立即通過web頁面、手機信息等形式通知監管人員對其進行攔截。

（3）海事部門進出港報告：在海事監管水域設置虛擬電子圍欄，船舶在未獲準進入該監管水域（即未持有獲批準的“到達前知會”）的情況下進入該水域，系統自動提示船舶駛離該水域或盡快提交“到達前知會”，并發送相應的告警信息到監管部門。如船舶已獲準進入該水域，電子圍欄監測到后會提示船舶已獲準進入水域并盡快提交初步報告。針對船舶不按相關規定實施船舶進出港報告的情況，實時向海事管理機關和船舶同時發出預警，既能告知船舶及時進行補報，也能提高監管效率，同時對鉆進出港報告系統漏洞者予以警示，從而促進船舶進出港報告工作的有序高效開展。

（4）橋梁防撞預警。在橋墩周圍水域、橋梁禁航區或橋梁限制航行區設置虛擬電子圍欄，對進入區域的船舶進行預警和攔截。

（5）在移動的施工船、危險品船四周設置可移動的虛擬電子圍欄，擴大船舶預警區域：以警戒船為中心，通過均勻外擴的形式在船舶外圍畫出一個矩形，該矩形圍欄隨著船舶的運動而運動。其它船舶靠近預警區域時，系統自動以聲光等形式提醒它船遠離。

3.基于AIS歷史數據的船舶行為分析

（1）船舶駕駛習慣分析：實際工作中通過對AIS歷史航跡分析發現，客輪公司有些船舶容易在特定的時間段出現超速現象，實際到達時間與排班計劃不符，延時率高等情況。這些情況可能與駕駛員航行習慣有關，也可能與客流情況、交通擁堵有關，通過對AIS歷史數據和當前客流、船舶運力及交通情況進行綜合分析、預判可能出現的延誤情況，提前安排備用船，從而進行科學排班、優化船舶調度，保障船舶運輸準點率。

圖1 根據船舶類型進行軌跡線分類顯示

此外，還可以根據船舶航行里程，結合船舶不同類型、不同品牌元器件的使用壽命，提前預測各元器件老化情況，提醒船舶管理方及時檢測和更換。

（2）船舶可疑行為分析：船舶可疑行為主要包括航跡終止（關閉AIS）、未駛向港口、離開歷史航線、在航道外航行、岸邊會合、深海會合等。實際工作中遇到一些非法作業船，如挖泥船，經常出現在特定區域與運輸類船舶疑似接頭，具體表現為兩船軌跡點非常接近，速度逐漸降為0，并持續一段時間，推測挖泥船把非法挖的泥通過運輸船運走。還有一些船舶在特定區域非法關閉AIS船臺，疑似逃脫AIS監控進行非法作業或交易。

（3）有針對性的航線推薦：針對不同類型船、不同長度船進行歷史航線熱力圖繪制，從而有針對性的為船舶提供航線規劃服務。

（4）工程船工程量計算：統計船舶航行里程、靠港次數、航行率、航行天數、航行次數等。通過AIS歷史數據計算船舶航次、結合船舶每個航次的最大工程量，計算疏浚工程總量。方便業主對施工船工程量進行核算。

（5）碰撞等風險分析和預判：選定坐標點，設置最小會遇距離、在靠近坐標點突然轉向、減速或加速、船艏向突然改變，時間范圍等，智能分析哪些船舶可能碰撞坐標點等。

4.結論

本文梳理分析了AIS數據的進一步挖掘和分析應用場景。AIS數據作為航保大數據的一種，蘊含著豐富的挖掘應用潛力，有待結合涉海用戶需求進行進一步開發，同時，對于海上虛擬電子圍欄等新興事物，在技術攻堅的同時也要注重相關技術規范和標準、管理規定的研究制定，以促進其良性發展。