徐明强

(东海航海保障中心 上海海图中心，上海 200090)

近年来，我国先后提出建设丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路两大倡议。港口作为连接国内外货运商贸、物流仓储和信息服务的重要载体，既是国际贸易和沿海国家货物的主要物流节点，也是“一带一路”建设的关键节点。港口的营运效率直接关系到货物运输的成本和船公司的航运效益，因此对港口营运效率进行评估越来越受到重视。随着互联网的发展和“智慧港口”概念的提出，通过评估系统对港口营运效率进行评估成为提高港口船舶营运效率的有效手段。

港口效率研究始于20世纪80年代，目前的评估指标从技术、配置、规模和成本等角度，对港口效率进行分类界定和评估。国内外关于港口效率的研究方法主要有生产前沿分析法和非生产前沿分析法两大类。非生产前沿分析法中应用较多的是偏要素生产率或部分衡量法，即以单一的指标来衡量港口效率，最常用的有泊位货物装卸效率和货物吞吐量等，这种方法只能评估港口在某方面的效率，无法衡量港口整体效率，因而并不适用于评估港口这种典型的多投入、多产出的生产过程。[1]

虽然目前国内外有关港口效率评估的方法(如层次分析法、模糊聚类分析法、灰色关联分析法及数据包络分析法等)有很多，却没多有一个信息化系统作为日常评估港口整体营运效率的平台。[2]建立港口整体营运效率评估系统对港口营运各项指标进行全面、系统的评估，有助于港口管理部门科学准确地掌握港口营运状态，促进港口管理和发展。

基于港口船舶自动识别系统(Automatic Information System，AIS)数据，可方便地掌握港口内船舶的时空状态，并通过结合港口基础地理信息、船舶调度和码头泊位装卸作业等信息建立相应的评估指标，总体上可反映出港口的整体营运状况。本文首先提出泊位空置率、船舶在港运行时间效率、船舶发船准时性、船舶装卸效率、船货集疏运通行能力和船舶NOx排放量等港口船舶营运效率评估指标，然后描述港口船舶营运效率评估系统的总体结构设计、总体功能设计和实现方法。

1 基于船舶AIS数据的港口船舶营运效率评估指标

随着港口管理信息化水平的提高，很多港口逐步将物联网、大数据处理、云计算和地理信息系统等信息技术应用到港口生产中，使港口对大数据的概念及其应用的认识不断提升，港口信息数据的应用重心将从传统的收集管理数据逐渐转向对数据的深度挖掘。以船舶AIS数据为核心，建立港口运营的信息交换枢纽，提供不同层次、既方便又多元化的信息服务，实现相关港口信息服务的产业化，必将成为新的经济增长点。数据资源的应用将成为港口信息化建设的重中之重和建设“智慧港口”的必要条件。[3]

1.1 港口船舶AIS数据

港口船舶AIS数据是指港口岸基AIS基站获取到的在港口活动的船舶安装的船舶AIS发出的本船的动态数据和静态数据。目前绝大部分船舶都携带有AIS，每天可收集得到大量的船舶AIS数据。船舶AIS数据主要用于海洋测量、船舶跟踪、港口交通与活动监管、风险决策支持、碰撞规避、废气排放与燃料功效估计及噪声评估等方面的研究。船舶AIS数据由3类信息构成，即：

1) 船舶动态数据，包含经度、纬度、艏向、航迹向和航速等。

2) 船舶静态数据，包含船名、呼号和海事移动服务识别码等。

3) 船舶航程数据，包含船舶状态、吃水、目的地和预期到港时间(Estimated Time of Arrival, ETA)等。

通过对港口船舶的上述信息进行时空分析，结合港口地理空间数据、港口船舶调度和码头装卸作业等信息，可建立有利于评估港口船舶营运效率的评估指标。

1.2 评估指标

港口船舶运营效率评估指标是综合反映港口经营生产和经营活动状态、特征的信息，目前“智慧港口”得到大力发展，以港口吞吐量为核心的评估指标已不能满足新形势下港口转型升级的发展要求，港口效率的评估不应是单一的，应从多角度、多方面去系统地分析评估港口运行效率。AIS数据记录了船舶位置、尺寸和载重吨数等信息，利用这些信息可挖掘出船舶航行特征及港口整体效率评估指标等信息。针对港口整体营运效率评估的需要，提出以下具体评估指标(见表1)。

2 基于船舶AIS数据的港口营运效率评估系统总体结构

港口营运效率评估系统总体架构见图1。

评估系统基于Client/Server架构，提供中间层集成框架满足系统的高可用性、高可靠性及可扩展性的相关应用需求，在设计上采用分层设计思想，确保系统具有良好的功能扩展性和数据库的兼容性与扩展性。系统采用先进灵活的组件方式对各业务服务进行集成。系统由资源层、服务层、接口层和用户访问层构成。

2.1 资源层

资源层是整个系统的数据枢纽，是存放系统原始数据及相关信息资源的实体层，融合不同类型的数据、文献信息和多媒体等数据资源，主要由船舶AIS数据库、港口基础信息、港口调度和码头装卸作业等信息组成。此外，资源层还可实现船舶AIS动态数据的接收、解析和存储。

2.2 服务层

采用台ArcGIS基础平台，利用数据表的形式存储空间数据和业务数据，并通过ArcGIS Server地图服务发布地图数据。服务层依靠资源层提供的各类数据，具有基于电子海图、AIS数据、港口调度和码头装卸作业等数据的各种分析功能，并能实现各功能之间的协同和信息交换。

2.3 接口层

接口层采用API Gateway(即API网关)(见图2)，所有请求会经过该网关到达后端服务，与Facade模式类似。API网关作为系统接口对外的统一出口，可减少调用方对服务实现的感知。

利用API Gateway技术，使用户在不感知服务边缘的情况下，利用统一的接口组装服务。

2.4 用户访问层

用户在使用该系统过程中，可通过终端设备随时访问系统，并能将评估分析结果便捷地用于展示、打印和下载等输出操作，访问层设计满足电脑、手机等多种终端对系统的访问和操作，实现携带和使用简便、操作灵活。

表1 基于船舶AIS数据的港口船舶营运效率指标

3 基于船舶AIS数据的港口营运效率评估系统总体功能

系统由港口基础信息管理、船舶AIS数据处理、效率评估和改善建议等4个功能模块构成，系统总体功能结构见图3。

1) 对进出港口的船舶AIS数据进行解析过滤等处理，并生成基于电子海图的空间轨迹。

2) 通过分析船舶运动轨迹，统计船舶在进出港过程中的时间消耗分布，包含锚地、航道、泊位及其他区域。

3) 通过对船舶进出港口时间消耗进行统计分析，根据预设的指标评估模型评价港口船舶运营效率，并生成报告。

4) 对以上3步进行综合分析，提出港口船舶运营效率改善的部分建议。

3.1 港口基础信息管理

港口基础信息管理模块主要用于对港口各项地理资源信息进行维护管理，为后续的分析统计提供数据支持，属于静态信息管理，包括泊位、航标、地名、水深、航道、锚地和其他等要素的基础资料和坐标信息。

3.2 AIS数据处理

AIS接口的通信协议采用IEC 61162-2标准(NEMA高速协议)。系统在接收到AIS报文数据之后，根据AIS数据报文标准进行报文数据的解析，得到具体的船舶静态数据和动态数据信息，并对轨迹大幅跳动和速度大幅波动等异常的数据进行过滤处理，结合电子海图生成船舶进出港运动轨迹并存入数据库。

3.3 效率评估

系统根据评估指标和计算公式，对船舶进出港口在不同区域消耗的时间进行统计分析，并按年、季度和月等不同周期生成报表。对不同港口的数据进行对比分析，并生成港口船舶运营效率评估报告。

3.4 改善建议

根据上述港口整体效率评估结果，找出港口船舶运营效率问题热点，结合港口管理辅助决策知识库，系统可自动生成改善建议报告。

4 结束语

港口是海上交通运输的关键节点，应用船舶AIS数据，结合港口基础信息、港口调度信息和码头装卸作业信息等，通过信息化手段，建立港口船舶营运效率评估系统，提出的评估指标能较全面地反映出港口船舶整体营运状态，有利于港口管理部门科学地掌握港口的整体效率情况。