基于AIS信息的船舶进出港航速控制模型
发布时间:2023-03-18 19:14:06 来源:文档文库
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龙源期刊网http://www.qikan.com.cn基于AIS信息的船舶进出港航速控制模型
作者:肖潇等
来源:《上海海事大学学报》2014年第04期
摘要:
为提升近港航道效率及船舶安全,从船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem,AIS)集合的大量的海上交通特征信息中获取能够反映船舶进出港规律的、有效的、潜在的信息,建立船舶进出港航速控制模型.根据海上交通工程理论和数据挖掘技术,将实时采集的港口水域的AIS信息存放在数据库中,再通过ETL(ExtractTransformLoad)进行处理.该数据库具备统计分析船舶进出港各阶段航速分布的功能.以厦门嵩屿港集装箱码头为例,构建相应的数据库,对12万吨级集装箱船舶进出港的航速进行统计,获得此类船舶在进出港过程中的航速分布规律,并根据航速的概率分布特点给出建议航速,为船舶自动进出港、引航员引导船舶及港口主管部门更好地监管通航环境提供理论依据.关键词:
自动识别系统(AIS);数据挖掘;航速分布;集装箱船舶中图分类号:U697文献标志码:A收稿日期:20131120修回日期:20140414基金项目:福建省教育厅科技计划项目(JB11103);浙江省交通厅科技项目(2012W14)
作者简介:肖潇(1988—),男,福建三明人,硕士研究生,研究方向为交通信息工程及控制,(Email)xiaoxiaojmei@163.com;
邵哲平(1964—),男,福建福州人,船长,教授,博士,研究方向为交通信息工程及控制、航海技术,(Email)zpshao@jmu.edu.cn0引言
传统的海上交通调查手段复杂且耗时费力,船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem,AIS)不仅能提高船舶航行效率与安全,而且能提供大量的海上交通特征.AIS的信息
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn采集系统能实时地接收各港口AIS接收点采集到的船载AIS数据.这些数据具有实时性强、数量大、内容丰富等特点,可以供基于电子海图的船舶监控系统使用,也可以作为历史数据对海上交通特征进行分析.船舶在港口航道(以下简称“航道”)中航行,需要选择合适的航速.若航速过低,则舵效较差,很难有效地控制船首向和船位.若航速过高,则船体的下沉量较大,船体水下的富余水深随之减少,致使船舶所受的阻力增大,舵效变差.由于船舶惯性较大,航速较高时,减速所需距离较大,不利于在避让或紧急情况下采取有效措施.因此,船舶进出港时的航速受到诸多约束,同时也呈现出一定的规律.大型船舶具有惯性大、余速消除慢等特点,控制船舶进出港航速是保证船舶安全的一种重要方法.本文通过构建AIS信息数据库,经统计分析得到船舶进出港各阶段的航速分布,从而提出航速控制建议,为船舶自动进出港提供理论支撑,为新引航员及船长提供航速参考,有效指导船舶交通管理(VesselTrafficServices,VTS)部门对速度异常的船舶进行监视,提高VTS的主动服务效率.1船舶进出港各阶段航速统计实现1.1船舶进出港航速统计总体流程
船舶进出港各阶段航速统计流程见图1.图1中:ETL(ExtractTransformLoad)为数据的提取、转换和加载技术;OLAP(OnLineAnalyticalProcessing)为在线联机分析处理技术.1.2主要计算公式
利用所采集的有效AIS信息,只需输入船舶在码头的起算点经纬度,即可利用式(1)求得该时刻船舶与码头间距离为船长的几倍,此距离所对应的航速即为AIS信息中该时刻船舶的航速.DL=1852.25D((φstart,λstart),(φend,λend))L(1)
式中:DL为舶舶与码头间距离所等效的船长倍数;D为海图上两经纬度之间的距离,m;L为船长,m;(φstart,λstart)表示码头起算点的纬度和经度;(φend,λend)表示该时刻船舶的纬度和经度.1.3船舶进出港航速统计具体步骤步骤1AIS信息采集与预处理.通过定时地从AIS数据接收服务器中取出所需AIS消息报文文件,运用AIS信息解码模块实现解码和数据入库,并在数据库中预处理使用前的无效数据,使得到的AIS信息基本表更
龙源期刊网http://www.qikan.com.cn加有效.预处理的主要工作有:删除动态信息表中MMSI为0的记录;删除明显错误的AIS数据,如速度、经纬度超过合理值(如出现负值速度或速度>100kn,或经度>180°,或纬度>90°等);根据AIS_NAME表删除超出研究水域范围的记录等.基于导入的原始数据,建立数据库,围绕主题进行数据建模和统计分析.步骤2定量划分各阶段.船舶操纵运动不但与船舶运动控制有关,还与船型参数等有关.不同排水量、不同船型参数的船舶的运动性能也不尽相同.根据参考文献[11]中“利用距离码头几倍船长控制船舶速度区间范围,进而完成对船舶系泊操纵”的论述,本文同样采用几倍船长定量划分船舶航行的各个阶段,进而统计得出各阶段船舶航速分布