基于AIS信息的船舶进出港航速控制模型摘要：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：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）：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；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.edu0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...