CN102800215B - 基于ais数据的区域性闲置船舶统计系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统及其实现方法，包括：闲置船舶统计服务器、AIS发射机、AIS接收机，还包括：停航船舶判断模块，用于比较统计区域内的船舶航速与闲置船速，依据判断结果得出当前采样时刻下处于停航状态的船舶；停航时间累计模块，用于生成停航船舶集合并累计统计区域内各个船舶的停航时间；闲置船舶判断模块，用于比较船舶的停航时间与闲置时间临界值，判断停航船舶是否为闲置船舶；闲置船舶统计模块，用于从停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合，采用本发明能够方便地获取用户所关注的统计区域内闲置船舶信息。

Description

基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统及其实现方法。

背景技术

当前，按照有关国际公约要求，在500总吨及以上的货轮和所有客船上强制安装船舶自动识别系统（Automatic Identification System, 缩写：AIS）。安装AIS的初衷是为了协助船舶避碰，但是从AIS自动识别系统向外广播的船舶航行信息中可以判断船舶实时动态，挖掘出停航船舶的信息，并从中提取出闲置船舶信息。

船舶AIS系统工作在VHF频段，有效覆盖距离在25海里左右，它能自动广播很多船舶信息，例如船舶MMSI，船速，位置，船型及总吨等。并且普通AIS接收机也可以接收这些信息。在港口水域和沿岸设置AIS基站，可以获得航行在AIS系统覆盖水域内的船舶的AIS广播信息。通过监控船舶动态信息的改变，判断实时停航船舶，并将船舶闲置信息记录下来，以便用户随时查询。

当前，国际和国内相关公司和科研机构都在利用AIS信息作相关研究，包括AIS在船舶避碰、海事管理和VTS等领域的应用。然而，基于AIS数据的区域性闲置船舶的统计研究在国内还没有先例，而AIS信息中包含了大量的船舶动态信息，可以分析船舶的闲置时间，判断船舶运力的富余程度，从侧面反映航运市场的景气程度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种能够对统计区域内的闲置船舶进行有效分析的基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统及其实现方法。

为达到上述目的，本发明提出了一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统，该系统包括：闲置船舶统计服务器，用于存储接收到的船舶的AIS信息，并对所述AIS信息进行处理和分析，提取出闲置船舶信息；AIS发射机，安装于船舶上，用于向外界发射包含有船舶AIS信息的信号；AIS接收机，与所述AIS发射机配套设置并与所述闲置船舶统计服务器通信连接，用于接收所述AIS发射机所发射的包含有船舶AIS信息的信号并将该信号发射至所述闲置船舶统计服务器；还包括：

停航船舶判断模块，用于比较统计区域内的船舶航速与闲置船速，依据判断结果得出当前采样时刻下处于停航状态的所述船舶；

停航时间累计模块，用于生成相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶的停航时间；

闲置船舶判断模块，用于比较停航船舶的停航时间与闲置时间临界值，判断所述停航船舶是否为闲置船舶；

闲置船舶统计模块，用于从所述停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合。

本发明中，通过利用所述闲置船舶统计服务器中的停航船舶判断模块、停航时间累计模块、闲置船舶判断模块以及闲置船舶统计模块等，能够方便用户查询所关注的统计区域内闲置船舶信息。

优选的，所述停航时间累计模块包括第一停航时间累计模块和第二停航时间累计模块，其中，所述第一停航时间累计模块，用于生成连续相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶在连续相邻采样时刻内的停航时间作为第一停航时间；所述第一停航时间是对连续相邻采样时刻的停航船舶集合的运算结果；所述第二停航时间累计模块，用于生成具有一定时间间隔的采样时刻之间的停航船舶集合，并得出统计区域内船舶的停航时间作为第二停航时间，所述第二停航时间为具有一定时间间隔的采样时刻之间的时间差。

通过设置所述第一停航时间累计模块和第二停航时间累计模块，能够对那些进入统计区域内但AIS信息长期不更新的船舶进行统计，例如，船舶进入统计区域内而人为关闭本船舶的AIS设备，或者，船舶进入统计区域内而AIS设备出现故障，无法向外发送信息，从而有利于提高整个区域性闲置船舶统计系统的分析精准度。

优选的，还包括闲置船舶查询模块，用于根据用户选择的查询参数，将符合用户要求的闲置船舶信息以文本和图形形式展示给用户，从而能够将统计结果以更直观地方式呈现给用户，方便了使用。

优选的，还包括客户端，与所述闲置船舶统计服务器通信连接，用于显示所述闲置船舶信息。

优选的，所述客户端，是与互联网或局域网相连通的个人电脑。

优选的，所述闲置船速，是指系统预先设定的船舶航速，该闲置船速一般接近零；所述闲置时间临界值，是指系统预先设定的船舶停航时间，该闲置时间至少大于采样周期，其中，所述采样周期是指系统用于定期获取统计区域内船舶的AIS信息的时间间隔；所述闲置船舶信息，包括所述统计区域内所述闲置船舶的静态信息及其闲置记录，其中，所述闲置记录包括所述船舶开始闲置时刻、闲置时间和闲置状态结束时刻。

本发明还提出了一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计的实现方法，该方法包括：

步骤A1，比较统计区域内船舶的航速与闲置船速，依据判断结果得出当前采样时刻下所述统计区域内处于停航状态的船舶；

步骤A2，生成相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶的停航时间；

步骤A3，比较停航船舶的停航时间与闲置时间临界值，判断所述停航船舶是否为闲置船舶；

步骤A4，从所述停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合。

优选的，在所述步骤A1前还包括：闲置船速设定步骤和闲置时间临界值设定步骤。

优选的，在所述步骤A4后还包括：闲置船舶查询步骤，即根据用户选择的参数，将符合用户要求的闲置船舶信息以文本和图形形式展示给用户。

附图说明

图1是本发明所述统计系统的原理结构示意图。

图2是本发明所述统计系统的实现方法的流程图。

图3是利用本发明所述统计系统进行闲置船舶信息收集的示意图，为一种实施例。

具体实施方式

下面参照附图对本发明所述基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统及实现方法做进一步的说明。

图1所示为所述统计系统的原理结构示意图。下面结合图1对本发明所述的统计系统进行整体描述。在图中的最上方，显示有船舶100，船舶100停泊在水面200上。堤岸210限定了水面200的边界。在船舶100上，设置有AIS发射机300；对应着，在岸上设置有AIS接收机310。AIS发射机300向外界发射包含有AIS信息的信号；AIS接收机310接收到AIS发射机300所发射的信号，并将该信号通过通信网络传输至闲置船舶统计服务器 400中。闲置船舶统计服务器400对AIS接收机310所传输的船舶100的相关信息进行处理、判断和分析，从而得出闲置船舶信息，并将该闲置船舶信息通过互联网610发送给客户端600。

在本发明中，所述客户端600，通常是用以接收闲置船舶信息的终端设备，例如个人电脑（台式机或笔记本电脑）或手机等。所述船舶100，泛指各种在水域上行驶的船只，且该船只上设置有AIS发射机300。所述水面200，可以是海洋的水面，也可以是河流的水面，均不限定，但由于AIS发射机300通常的有效距离大约为25海里，因此，这里所述水面200，最好是与AIS接收机310的距离在25海里之内的水面。

所述AIS发射机300，是AIS自动识别系统中能够向外发射信号的模块结构。其中，AIS自动识别系统是指船舶自动识别系统（Automated Identification System）。整个AIS自动识别系统，既能够接收到类似系统的广播信息，也可以发布自身的船只信息。AIS自动识别系统能向外广播的信息，主要包括船舶航行的动态信息（船舶位置，航行速度等）和静态信息（船舶名称，呼号，IMO编号，船长，吃水等）。在本发明中，AIS发射机300在AIS自动识别系统中用于向外界广播信息。

所述AIS接收机310，与AIS发射机300相配套，能够接收设置在船舶100上的AIS发射机300所发出的船舶信息。AIS接收机310适合在岸上设置（不限定），作为整个系统中用于监控船舶100信息的功能结构。AIS接收机310在AIS自动识别系统中用以接收其它船只AIS发射机的广播信息。

所述闲置船舶统计服务器400，包括有根据用户输入参数来得出闲置船舶信息的运算处理器，以及用以存储AIS数据信息与闲置船舶信息的存储器。其中，运算处理器，能够实现逻辑运算的功能，从而实现各种数据处理、程序运行等功能。存储器除了能够储存前述的AIS信息和闲置船舶信息外，还能够存储用于执行本发明所述闲置船舶信息查询系统的程序等。

如图1所示，所述查询系统还包括有与闲置船舶统计服务器400直接相连通的服务器操作终端410，该服务器操作终端410，指的是用于对闲置船舶统计服务器400进行控制及输入、输出操作的电脑外设，主要包括显示器、键盘，以及用于读取光盘的光驱，用于外接闪存盘的USB接口，用于打印输出的打印机等。

这里所说的闲置船舶信息，它是本发明中用以向客户端600传递的主要内容，包括统计区域内闲置船舶的静态信息及其闲置记录。其中，闲置船舶是指船舶的航行速度连续低于闲置船速并持续超过闲置时间临界值的船舶，在本发明中，闲置船速设定为△v，其一般接近于零。闲置时间临界值设定为△d，其至少大于AIS信息的采样周期，具体值的大小由系统设定。统计区域为AIS基站覆盖范围内的某一特定区域，即该区域内船舶实时动态能够通过AIS数据反映出来。闲置船舶的静态信息是指船舶的MMSI、航行速度、位置、类型、总吨、总载重吨。闲置船舶的闲置记录包括闲置船舶开始闲置时刻（即船舶航速开始小于闲置船速的时刻）、闲置时间（即船舶航速小于闲置船速的持续时间）和闲置状态结束时刻（即船舶航速开始大于闲置船速的时刻）。

进一步，为了实现本发明所述的闲置船舶信息查询功能，在闲置船舶统计服务器400中，还包括有：统计区域边界模块510、闲置船舶收集模块520、闲置船舶查询模块530。其中，统计区域边界模块510，用于存储统计区域边界的位置信息。闲置船舶查询模块530，用于根据用户选择的查询参数，将符合用户要求的闲置船舶信息以文本和图片形式展示给用户。这里所说的查询参数主要指船舶的静态信息，如统计区域、闲置时间等。

闲置船舶收集模块520，包括停航船舶判断模块521、停航时间累计模块522、闲置船舶判断模块523以及闲置船舶统计模块524，下面分别进行具体说明。

停航船舶判断模块521，用于将位于统计区域内的船舶航速与闲置船速比较，依据判断结果得出当前采样时刻下处于停航状态的所述船舶。具体地，在船舶100上安装有计程仪，该计程仪用于采集船舶100的航行速度，即船舶100的船舶航速。在船舶100的船舶航速小于等于闲置船速时，该船舶100处于停航状态；反之，该船舶100未处于停航状态。值得注意的是，处于闲置状态的船舶主机停止旋转，船速为零；停泊和封存的船舶一般又都位于港口泊位或者锚地等水深较浅处，因此船上的绝对计程仪显示的船舶航速为零。相对计程仪显示的是船对水的速度，但港口泊位或锚地的风流一般不大，即计程仪显示的速度大部分时间不会偏离零太远，故在本发明中，闲置船速一般接近于零。

停航时间累计模块522，用于生成相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶的停航时间。该停航时间累计模块522包括第一停航时间累计模块和第二停航时间累计模块，其中，第一停航时间累计模块，用于生成连续相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶的停航时间，这里所述停航时间为连续相邻采样时刻的停航船舶集合的运算结果，用于统计那些进入统计区域后能够一直向外发射实时AIS信息的船舶。例如，某一停航船舶在t时刻进入统计区域，系统在t+△t时刻进行一次采样（△t为一个采样周期），在t+2△t时刻进行第二次采样，依次类推，若该船舶在连续采样期间，其船舶航速一直处于小于等于闲置船速的状态，则该船舶的停航时间为多个△t的累加。

第二停航时间累计模块，用于生成具有一定时间间隔的采样时刻之间的停航船舶集合，并计算出统计区域内船舶的停航时间，这里所述停航时间为具有一定时间间隔的采样时刻之间的时间差，用于统计那些进入统计区域后不能向外发送实时AIS信息的船舶，具体包括两种情况：第一种情况为，船舶进入统计区域后，人为关闭该船舶AIS设备，对于这种情况，船舶信息不更新期间船舶肯定都在统计区域内，因为船舶开航时，AIS设备处于工作状态，船舶动态信息会更新；第二种情况为，AIS设备出现故障，无法向外发送信息，对于这种情况，船舶可能直到AIS设备故障修复后才开航，那么船舶信息不更新期间肯定也在统计区域内。例如，设定船舶进入统计区域后最后一次收到AIS信息的时刻为t1，间隔一段时间后收到第一次AIS信息的时刻为t2，则该船舶的停航时间为t2与t1的时间差值。

闲置船舶判断模块523，用于将停航船舶的停航时间与闲置时间比较，判断所述停航船舶是否为闲置船舶。例如，对于上述那些进入统计区域后能够一直向外发射实时AIS信息的船舶，若其停航时间（即多个采样周期△t的累加）大于等于△d，则该船舶为闲置船舶，反之，若其停航时间小于△d，该船舶为非闲置船舶。对于上述那些进入统计区域后不能一直向外发射实时AIS信息的船舶，若其停航时间（t2与t1的时间差值）大于等于△d，则该船舶为闲置船舶，反之，若其停航时间小于△d，该船舶为非闲置船舶。

闲置船舶统计模块524，用于从停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合。这里所述停航船舶集合是指统计区域内包含有AIS信息的停航船舶的集合。闲置船舶集合是指那些船舶航速小于等于闲置船速并持续时间大于等于闲置时间临界值的船舶集合，即停航时间大于等于闲置时间临界值的停航船舶的集合。这里所述闲置船舶信息，包括统计区域内闲置船舶的静态信息（参见前面所述）及其闲置记录，其中，闲置记录包括船舶开始闲置时刻，即船舶航速开始小于闲置船速的时刻，闲置时间，即船舶航速小于闲置船速的时间，以及闲置状态结束时刻，即船舶航速开始大于所述闲置船速的时刻。

图2所示为本发明所述闲置船舶信息查询系统的实现方法的流程图，如图2所示，该流程图主要由两部分组成，其中第一部分，包括步骤210～步骤240，这四个步骤主要用于阐述闲置船舶信息的提取过程。而步骤250主要是说明闲置船舶信息的查询过程。下面对其中每一个步骤进行具体说明。

步骤210，每隔周期△t，采集统计区域内船舶的AIS信息。具体地，在t时刻（即采样时刻）采集一次AIS信息，获取t时刻统计区域内船舶的实时动态，包括船舶的MMSI、航行速度、船型、经纬度和吨位等信息。

步骤220，判断船舶是否处于停航状态。具体地，从上一步骤获取的AIS信息中提取出在t采样时刻下各个船舶的航速，并将该航速与预先设定的闲置船速比较，提取出航速小于等于闲置船速的船舶，即t时刻处于停航状态的船舶，并将这些停航船舶的船舶信息更新时刻设为开始停航时刻。

步骤230，累计停航船舶的停航时间。循环执行前述步骤210和步骤220，并计算该船舶处于停航状态的时间。具体地，对于相邻采样时刻均采集到的船舶，则将这些船舶的停航时间加上△t；对于上一个采样时刻存在，但下一个采样时刻不存在的停航船舶，其停航时间加上△t后，并计算出船舶结束停航时刻（即停航开始时刻加上停航时间）；对于上一个采样时刻不存在，但下一个相邻采样时刻出现的停航船舶，将采样时船舶信息更新时刻设为停航开始时刻，其停航时间暂时为零。

步骤240，进行闲置船舶判断，并实时更新、存储闲置船舶信息，生成闲置船舶集合。具体地，循环执行上述三个步骤，可以统计某区域处于停航状态的所有船舶信息。按照闲置船舶的闲置条件（停航时间大于等于闲置时间临界值△d），将停航船舶的停航时间与△d进行比较，从停航船舶集合中提取出停航时间超过△d的停航船舶，并由这些停航船舶组成闲置船舶集合，该闲置船舶集合包含有闲置船舶信息，实时更新当前闲置船舶信息，并存入闲置船舶统计服务器。

步骤250，根据用户输入的查询参数进行匹配查询，并返回用户要求的所有闲置船舶详细信息。具体地，用户通过客户端的输入设备选择统计区域、统计日期和船舶具体闲置时间，例如，用户想知道上海港2012-02-14统计的最近5天闲置船舶数量及吨位，只要在对应位置输入上海港、2012-02-14和5。这三个参数会通过互联网提交到闲置船舶统计服务器，闲置船舶统计服务器则根据参数进行运算处理，得到用户所需的闲置船舶详细信息后，通过互联网以文本和图形形式传递给客户端，供用户使用。值得注意的是，这里所述船舶具体闲置时间不同于步骤240中的△d。△d是判断停航船舶是否为闲置船舶的一个基本参数。而船舶具体闲置时间是闲置船舶统计服务器从闲置船舶集合中选取满足客户要求的闲置船舶的集合的一个基本条件。

图3所示为利用本发明所述统计系统进行闲置船舶信息收集过程的示意图，为一种实施例。下面对其中每一个步骤进行具体说明，其中，步骤330、340和350是并列步骤，彼此无时间上的先后顺序之分。

步骤310，采集t时刻下的停航船舶。从采样时刻获取的AIS信息中获取t时刻统计区域内的停航船舶，图中标号1、2、3、4和5的船舶均为t时刻采集的停航船舶。

步骤320，采集t+△t时刻下的停航船舶。t+△t时刻重新采样，从AIS信息中获取t+△t时刻统计区域内的停航船舶，图中标号3、4、5、6和7的船舶均为t+△t时刻采集的停航船舶。

步骤330，提取t+△t时刻已经结束停航状态的船舶。计算t+△t时刻统计区域内结束闲置状态船舶的停航时间以及停航状态结束时刻，图中标号1和2的船舶t时刻开始停航，停航时间△t，t+△t时刻结束停航状态。

步骤340，提取t+△t时刻仍处于停航状态的船舶。计算t+△t时刻统计区域内仍处于停航状态船舶的停航时间，图中标号3、4和5的船舶t时刻开始停航，停航时间△t。

步骤350，提取t+△t时刻开始停航状态的船舶。计算t+△t时刻统计区域内开始停航状态船舶的停航时间，图中标号6和7的船舶t+△t时刻开始停航，停航时间为0。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计系统，其特征在于，该系统包括：

闲置船舶统计服务器（400），用于存储接收到的船舶的AIS信息，对所述AIS信息进行处理和分析，并提取出闲置船舶信息；

AIS发射机（300），安装于船舶（100）上，用于向外界发射包含有船舶AIS信息的信号；

AIS接收机（310），与所述AIS发射机（300）配套设置并与所述闲置船舶统计服务器（400）通信连接，用于接收所述AIS发射机（300）所发射的包含有船舶AIS信息的信号并将该信号发射至所述闲置船舶统计服务器（400）； 

停航船舶判断模块（521），用于比较统计区域内的船舶航速与闲置船速，依据判断结果得出当前采样时刻下处于停航状态的所述船舶；

停航时间累计模块（522），用于生成相邻采样时刻下的停航船舶集合，并累计统计区域内船舶的停航时间；

闲置船舶判断模块（523），用于比较船舶的停航时间与闲置时间临界值，判断所述停航船舶是否为闲置船舶；

闲置船舶统计模块（524），用于从所述停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合。

2.根据权利要求1所述的统计系统，其特征在于，所述停航时间累计模块（522）包括第一停航时间累计模块和第二停航时间累计模块，其中，

所述第一停航时间累计模块，用于生成连续相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内各个船舶的停航时间作为第一停航时间，所述第一停航时间是对连续相邻采样时刻的停航船舶集合的运算结果；

所述第二停航时间累计模块，用于生成具有一定时间间隔的采样时刻之间的停航船舶集合，并得出统计区域内各个船舶的停航时间作为第二停航时间，所述第二停航时间为具有一定时间间隔的采样时刻之间的时间差。

3.根据权利要求1所述的统计系统，其特征在于，还包括闲置船舶查询模块（530），用于根据用户选择的查询参数，将符合用户要求的闲置船舶信息以文本和图形形式展示给用户。

4.根据权利要求1所述的统计系统，其特征在于，还包括客户端（600），与所述闲置船舶统计服务器（400）通信连接，用于显示所述闲置船舶信息。

5.根据权利要求4所述的统计系统，其特征在于，所述客户端（600），是与互联网或局域网相连通的个人电脑。

6.根据权利要求1所述的统计系统，其特征在于，

所述闲置船速，是指系统预先设定的船舶航速，该闲置船速接近于零；

所述闲置时间临界值，是指系统预先设定的船舶停航时间，该闲置时间临界值至少大于采样周期，其中，所述采样周期是指系统用于定期获取统计区域内船舶的AIS信息的时间间隔；

所述闲置船舶信息，包括所述统计区域内所述闲置船舶的静态信息及其闲置记录，其中，所述闲置记录包括所述闲置船舶开始闲置时刻、闲置时间和闲置状态结束时刻。

7.一种基于AIS数据的区域性闲置船舶统计的实现方法，该方法包括：

步骤A1，比较统计区域内船舶的航速与闲置船速，依据判断结果得出当前采样时刻下所述统计区域内处于停航状态的船舶；

步骤A2，生成相邻采样时刻下的停航船舶集合并累计统计区域内船舶的停航时间；

步骤A3，将停航船舶的停航时间与闲置时间临界值比较，判断所述停航船舶是否为闲置船舶；

步骤A4，从所述停航船舶集合中提取出闲置船舶，并得出包括闲置船舶信息的闲置船舶集合。

8.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，在所述步骤A1前还包括：闲置船速设定步骤和闲置时间临界值设定步骤。

9.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，在所述步骤A4后还包括：闲置船舶查询步骤，即根据用户选择的参数，将符合用户要求的闲置船舶信息以文本和图形形式展示给用户。