郭 浩 张 晰 安居白 李冠宇

（1.大连海事大学信息科学技术学院 辽宁 大连 116026；2.国家海洋局第一研究所 山东 青岛 266061）

中国海岸线漫长，海洋经济区广阔，区内蕴藏着丰富的石油、天然气及渔业资源，而周边国家船只时常有意或无意非法航入中国领海或者经济专属区。保护中国海上合法权益，加强船舶监测是国家层面的一项重要任务，所以分析研究周边国家海上船只运行状态、运行轨迹有着重要的意义。

本文通过船舶自动识别系统（automatic identification system，AIS）信息对某邻国船只在其专属经济区以及我国海域航行特征和船只特征等信息进行分析，进而挖掘出更多有关该国船只的分布、长宽比和速度等信息及航迹规律，以便于指导我国在处理类似事件时加强对周边国家船只进行有效监测和管理。

1 研究现状

船舶自动识别系统（AIS）系统［1］诞生于20世纪90年代，是一种移动通信助航系统，现已被广泛应用于海事相关信息系统［2］、船舶代理业务［3］、船舶动态监控［4－7］等方面。AIS在海上甚高频（VHF）频段采用自组织时分多址技术（SOTDMA）方式播发船舶的即时速度、航向、改变航向率、航迹、告警信息等动态信息，以及船名、呼号、吨位、吃水、船长船宽、装载货物、目的港等静态信息；同时接收其他船舶发出的信息并显示。装有这种装置的船舶不须人为介入便能够连续交换重要的航行数据，包括当前航行状态和其他动态信息，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的相关信息，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对海上交通安全有很大帮助。国际海事组织（IMO）和国际航标协会（IALA）已采纳了该系统，并对海上人命安全标准公约（SOLAS）进行修订，增加AIS系统设备条款。中国海事局也于2001年12月18日发布了《关于做好配备通用船载自动识别系统（AIS）设备工作的公告》。

文献显示目前AIS的研究多是针对本国船只［5－6，8－9］，对外国船只AIS的研究则相对较少。本项研究针对某邻国船只2012年4月份船只状态及航行分布等进行分析，调查的主要目的是希望获悉该国船只在其专属经济区以及我国海域航行特征和船只特征等信息，进而建立具有针对性的船舶交通综合信息库，为指导我国相关部门保护和开发海洋资源，以及与周边国家在处理海洋权益纠纷事件时提供有力的参考。当然单纯的AIS信息还存在观测范围小和观测盲区多等问题需要解决，为此需要广泛地搜集船舶的其他相关信息，如船舶的图像、航迹以及经常活动区域等，建立船舶交通综合信息库。

2 数据基础

本项研究数据包括2个部分：AIS信息和船只信息。

AIS数据的采集时间范围为2012－04－01至2012－04－30，总共约112万条，其中包含2 643艘不同船只。AIS 数据内容包含获取时间、MMSI编号、船舶MMSI状态、转向率、速度、精确度、经纬度、对地航向、船首真航向、船名、船舶类型、IMO 编号、呼号、船体长宽、吃水和自带字段。其中：

1）对地航向。船只在导航定位系统中真实航行方向。

2）船首真航向。船只船首指向方向，但不一定是船只真实航行方向。

3）MMSI编号。为海上移动通信业务标识（maritime mobile service identity，MMSI）是船舶无线电通信系统在其无线电信道上发送，能独特识别各类台站和成组呼叫台站的一列9 位数字码。

4）IMO 编号。船舶编号，它是联合国负责海上航行安全和防止船舶造成海洋污染的一个专门机构给予的编号。

5）呼号。CALL SIGN，是国际海事组织IMO 指定给每条船舶唯一的识别信号，如同船舶专用身份证。

船只信息来源于http：／／marinetraffic.com网站。该站点可查阅船只信息：船只名称、旗帜、类型、当前位置、当前港口、上一次接受位置、上一个港口、区域、是否有照片等。

3 AIS数据处理流程

根据http：／／marinetraffic.com 网站信息获知MMSI编号在440000000 至441999999 范围内为本次调查的某邻国舰船，查阅手段是逐条MMSI编号信息依次查阅。

本次研究的AIS数据处理流程见图1。

图1 AIS数据分析流程Fig.1 Process analysis of AIS data

1）从2012－04－01至2012－04－30的AIS订单数据中，根据MMSI编号范围筛选出所有该国船只数据。

2）针对这些AIS 数据，根据不同MMSI编号信息查阅http：／／marinetraffic.com 网站获悉该国船只类型总共有62种。

3）从62中不同船只信息中，此次调查报告中选取12种可疑类型进行分析，见表1。挑选12种特殊船只，依次新建12份对应表格，每份表格包含的信息为该类型船只所有AIS数据，其中不同MMSI编号船只为单独一页。

4）利用ArcMap软件对12种可疑船只进行分析，获得每种类型船只地理分布图，并做相应标注，见表1。

5）根据12 中不同类型船只MMSI，在http：／／marinetraffic.com 网站上查阅相应船只信息，包括MMSI编号、船只名称、建造年份、长宽、Gross Tonnage载重、自重、航速记录、呼叫编号、照片。

表1 筛选的12种可疑船只Tab.1 12suspicious vessels selection

4 可疑船只分析

4.1 可疑船只的筛选策略

船只信息来源于http：／／marinetraffic.com网站，但部分船只信息不完整，并处于不断更新状态。本次调查选取可疑船只的筛选是以船只可能的用途为依据，据此确定了12种可疑船只。可疑船舶的共性特点是可查阅的船只信息较少，针对12种可疑船只依次采用如下分析过程：

1）标定船只的地理位置海域分布图，获得整体的船只海域分布图。

2）船只信息列表。通过船只MMSI编号查阅对应的http：／／marinetraffic.com 网站信息，获得船只本身信息并建立表格。

3）结合海域分布图和船只信息表分析该种船只特点，并给出合理的推测。

4.2 研究调查船信息分析

研究调查船（research survey vessel）的标定海域分布见图2。船只信息见表2。该型船只特点分析如下。

1）MMSI440238000（标识为蓝色）船名为TAMHAE II舰船活动较频繁，活动区域为西南部济州岛北部海域。活动路线清晰，大多为往返航行。数据显示该船于2012－09－20 停靠于釜山港口附近。

图2 研究调查船海域分布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（标识为墨绿色）船名为TAMGU 舰船活动位于中国黄海东部地区。活动路线清晰。数据显示该船于2012－09－20 停靠于釜山港口。

3）MMSI440015000（标识为粉红色）船名为BADARO NO.2 舰船活动位于某邻国西海域。数据显示该船于2012－09－17停靠于釜山港口。

4）其他船只停靠港口较多。有表2 可知该类型船只船体不是很大，建造时间跨度最早为1983年，最新为2009年，航行速度相对不快，部分船名有统一编号。

综上，该类型船只活动区域较小，来回航行线路较多。工作区域为绝大部分为某邻国周围海域附近，但据TAMGU 20 路线可推测该类型船活动范围包括黄海。

该类型船只时间建造跨度大，最早为1983年，最新为2009年；船名编号统一，根图片资料可知，该类型船尾有装卸较大设备器件能力，可实现丰富的作业能力；其中TAMHAR 2可查阅的船只资料丰富，不妨推测为科研调查船只。

4.3 其它11种可疑船只信息分析

依据同样的方式对其他11种可疑船只进行了分析，下面是依据分析进行的推测。

1）Fishery protection research。船体不是很大，船速有一定跨度范围，活动海域范围较固定，船只数量相对较多。

2）Training Ship。船只船体较大，具有一定远洋作业能力；可查阅信息及图片较多，可驶入各个邻国海域并停靠相应港口，较频繁活动于中国渤海，黄海及各沿海城市港口。

3）Special Vessel。可搭配较大型设备仪器，应该拥有一定远洋航行能力，但数量较少，目前数据只显示只有一艘，所以该类型船需求量不大，非商业用船，可能为科学调查船等。

4）Law Enforce。大多数分布在东北部仁川港及附近海域；连续行驶航迹较少，停靠作业较多。船体大小不是很统一；最大航速相对较快。

5）SAR。该型船只数量较少。其航行区域单一，在特定地点工作时间较长，活动范围限于某邻国领海，推测该型船为海洋科研用船。

6）高速舰船。船只航行范围狭窄，多为港口及附近海域，推测该型船只远洋作业能力较弱；船体不大，可能为特定海区域作业的快速船只。

7）特殊船只。该型船只数量较少，航速中等，船体大小差异大（最大为94×65，最小为22×6），说明该类型船需满足不同作业需求；可查阅数据较少，主要区域为该国南部海域。

8）领航船。船只活动范围局限于西北部仁川港附近海域，活动范围小，路线单一；船体不是很大，航速较快，远洋作业能力较差，工作需求单一。

9）军舰。该类型船只数量极少，活动范围极小，推测该类型船只可能为公开军事类船只。

10）其它船只。该型船只船体不大，航速中等，说明该其远洋工作能力不够，主要工作在港口及近海区域；该类型船只以城市来命名，为政府公共服务船只可能性较高。

11）不明船只。主要分布在仁川港口及外部海域。船只类型丰富，数量多。工作范围大，距离远。可推测为商业用船或是捕鱼船只。

5 可疑船只综合分析

结合船只信息的分析，从船只分布、长宽比分析和船只速度3方面进行综合分析，进而获得某邻国船只的航行及分布规律。

5.1 船只分布

船只分布可以从全局上把握船只航行特点和航行范围，从中能找出船只的一系列航行规律，便于后续的分析总结。

图3为所分析12 种船只总体分布图，可看出：①船只主要分布在：西北部仁川港口及邻近海域；西南部木浦和济州岛周围海域；东南部釜山、丽水港口及邻近海域；②活动范围不超过东经124°北纬31.5°。

图3 船只总体海域分布Fig.3 Vessels’distribution of total area

5.2 长宽比分析

船舶设计将设计船只长宽比作为船型的一个参数来表达舰船的瘦长度。较大长宽比可减少航行时的阻力以提高航速或减小对主机的功率需求等，对舰船快速性有利。但长宽比过大，有可能导致船只稳定性下降，转向性较差，在风浪中横摇大。长宽比小则有利于船上人员、设备更好工作，可容纳更多装备。所有不难看出，船只长宽比是根据船只作业要求来设计，对速度要求高，机动性好的则长宽比较大；对工作要求稳定，搭载设备较多的船只，长宽比相对较小。图4为所分析10种船只船宽比，右侧列出10 种船只类型。类型为“军舰”和“不明的”无相应长宽数据。

图4 船只长宽比信息Fig.4 Vessel length to width ratio

由图可见：

1）10种船只长度约在105 m 内，宽度在20 m 内。

2）2个异常坐标。law enforce长×宽为220 m×70m；特殊船只长×宽为94m×65m。

3）船只长×宽服从一定的比例，但根据船只长宽比分辨不出船只类型及大小。

4）去除2个异常船只，对剩余数据进行最小二乘直线拟合发现，数据分布服从如下直线分布：

从图4中数据可以看出，该国船只长宽在一定范围内，2个异常船只船宽比明显不符合正常船只比例，坐标为（94，65），MMSI号为440151480船名为CHANGMOK2的特殊船只在4月份可查信息只有1 条，http：／／marinetraffic.com 信息显示该船有航速记录（最大／平均）：15.9／10.1kn。另外一艘坐标为（220，70），MMSI号为的440101034 船 名为 TAEPYOUNGYANG2HO的law enforce在4月23号共有17条信息，信息显示该船航速（最大／平均）：14.9／11.8kn。

5.3 速度分析

图5列出了11种船只类型不同船只航速分析图，横坐标为船只最大航速，纵坐标为船只平均航速；航速分析有助于整体分析船只情况。分析表明这11种类型船只的平均航速／最大航速比从整体上满足线性关系。但根据航速比分析，难以分辨出船只类型。对船速比最小二乘法直线拟合可发现，服从如下直线分布：

6 结束语

本次研究用数据来源于2012年4月份AIS数据，数据量还不是非常丰富，难以找到多数船只的较详细的信息。调查从62种船只类型选取了其中的12只可疑类型加以分析。分析角度是从船只海域分布和船只自身信息结合分析。接下来对62种船只大多数类型展开分析，在总体分析上除了对船只长宽比、船速角度分析以外，再对该国船只命名规则和载重自重角度分析。从船只的命名可以一定程度上了解该船只类型及功能；从船只载重自重角度分析可获相应船只大小极其远洋作业能力。研究挖掘更多船只信息及规律，建立针对性的船舶交通综合信息库，为我国保护海洋权益提供参考与借鉴。

图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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