周 全，倪 軍，范智鵬，顧 方，戚成業(yè)

（1.上海漁港監(jiān)督局，上海 200433；2.北斗星通信息服務(wù)有限公司，北京 100094）

漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計方法的應(yīng)用研究

周 全1，倪 軍1，范智鵬2，顧 方1，戚成業(yè)2

（1.上海漁港監(jiān)督局，上海 200433；2.北斗星通信息服務(wù)有限公司，北京 100094）

本文是在上海市漁業(yè)主管部門多年來應(yīng)用信息化技術(shù)手段實現(xiàn)漁船定位、短報文通信，提高漁船安全監(jiān)管及應(yīng)急處置能力的基礎(chǔ)上，通過研究分析信息系統(tǒng)多年積累的漁船數(shù)據(jù)，提出了漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計方法，描述了該方法的原理和驗證思路，重點介紹了核心算法——區(qū)域判斷法和統(tǒng)計方法的執(zhí)行流程。該方法的應(yīng)用，將加快漁業(yè)信息化的發(fā)展，服務(wù)于漁業(yè)管理部門及廣大漁業(yè)從業(yè)者。

漁船；海上作業(yè)天數(shù)；統(tǒng)計；區(qū)域判斷；在線作業(yè)

0　引 言

我國是漁業(yè)大國，海域遼闊，海岸線18 000千米。海洋漁業(yè)水域面積達(dá)300多萬平方千米。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國共擁有各類漁船107.2萬艘，其中機動漁船為69.5萬艘，海洋機動漁船28.3萬艘。在漁業(yè)生產(chǎn)管理中，管理部門需要掌握漁船作業(yè)的數(shù)據(jù)，特別是海洋機動漁船出海作業(yè)情況，從而鼓勵合法作業(yè)，處罰非法捕撈，并根據(jù)漁船作業(yè)情況合理發(fā)放燃油補助。相關(guān)研究部門需要依據(jù)漁船作業(yè)的宏觀數(shù)據(jù)，掌握漁業(yè)捕撈現(xiàn)狀，進(jìn)行水產(chǎn)研究，規(guī)劃漁業(yè)生產(chǎn)及預(yù)測未來趨勢。漁業(yè)公司和漁業(yè)從業(yè)者也需要上述數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的回顧分析，以制訂或優(yōu)化將來的生產(chǎn)計劃。

漁業(yè)現(xiàn)代化及信息化普及之前，漁船每年的作業(yè)天數(shù)往往只能根據(jù)經(jīng)驗估算或采用紙質(zhì)記錄，漁船航跡數(shù)據(jù)也缺乏有效、準(zhǔn)確的記錄手段。隨著漁業(yè)信息化的發(fā)展，尤其是北斗技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋漁業(yè)之后，各級漁業(yè)管理部門紛紛開始建設(shè)漁業(yè)信息管理平臺，并在數(shù)據(jù)庫中保存漁船的歷史船位，這為漁船作業(yè)情況的科學(xué)統(tǒng)計提供了數(shù)據(jù)支持。但由于在平臺建設(shè)之初，漁船安全保障是關(guān)注的重點，而在其他方面，如漁船作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，則采用了比較簡易的做法，統(tǒng)計的模型不夠科學(xué)，統(tǒng)計數(shù)字也不夠準(zhǔn)確。由此可見，研究新的漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計方法，提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)的精確性需求已成為海洋漁業(yè)管理部門迫切需要解決的問題之一。

1　應(yīng)用統(tǒng)計方法計算漁船海上作業(yè)天數(shù)的必要性分析

1.1上海漁船數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

上海市于2010年建成了上海市漁港漁船安全救助信息服務(wù)系統(tǒng)（簡稱救助系統(tǒng)），并于2014年在救助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建設(shè)了上海市漁港漁船監(jiān)管系統(tǒng)。這些信息平臺融合了北斗、AIS、RFID及港口視頻等多種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對上海海洋作業(yè)漁船的位置監(jiān)管和信息服務(wù)。多年來，信息系統(tǒng)在漁船安全監(jiān)管、應(yīng)急救助方面發(fā)揮著積極主動地作用，取得了一定成效，保障了漁民群眾的生命財產(chǎn)安全，并積累了海量的船位數(shù)據(jù)。以2014年和2015年為例，對上海漁船數(shù)量和總體報位數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計，具體見表1。

1.2統(tǒng)計方法的必要性

基于上海漁船報位數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀分析可以看出，一方面信息系統(tǒng)積累的海量船位數(shù)據(jù)沒有得到使用；另一方面，漁船出海作業(yè)燃油補貼發(fā)放又缺乏有效的依據(jù)。對此，如何利用船位數(shù)據(jù)提高漁船出海作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計的精確度、統(tǒng)計結(jié)果的透明度和可信度，從而基于漁船合法出海作業(yè)天數(shù)進(jìn)行燃油補貼，減少爭議，做到有據(jù)可依顯得尤為必要。本文在對上海歷年漁船報位數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于船位歷史數(shù)據(jù)、漁船基本資料（如船長、噸位、材質(zhì)、捕撈作業(yè)類型）及海洋區(qū)域數(shù)據(jù)的統(tǒng)計計算模型。采用該模型，可充分利用海量的船位歷史數(shù)據(jù)，針對不同漁船、作業(yè)時間、作業(yè)區(qū)域及其他作業(yè)判定條件精確統(tǒng)計每艘漁船每日的作業(yè)信息，由此判定該船當(dāng)日是否處于“作業(yè)”狀態(tài)，并累加到總作業(yè)天數(shù)?；谠撍惴?，可以精確統(tǒng)計每艘漁船的全年作業(yè)天數(shù)、航程航次信息，能夠計算出有效的出海作業(yè)時長，甄別是否存在違法作業(yè)及非法捕撈，能夠依據(jù)在線作業(yè)天數(shù)進(jìn)行燃油補貼的計算發(fā)放等，從而極大提高海量船位數(shù)據(jù)的利用率，豐富漁業(yè)執(zhí)法管理的手段，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。該方法在上海信息平臺應(yīng)用后，將使上海信息平臺從一個船位展示的工具類平臺提升到可進(jìn)行深入數(shù)據(jù)分析的綜合管理平臺。

表1　2014-2015年上海漁船數(shù)量及船位統(tǒng)計

2　統(tǒng)計方法原理及驗證

2.1方法原理

漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計根據(jù)分層結(jié)構(gòu)，主要分為兩階段進(jìn)行。其中耗時較長的歷史船位數(shù)據(jù)標(biāo)記過程以存儲過程的形態(tài)在數(shù)據(jù)庫完成，其生成的中間表結(jié)構(gòu)見表2。

第一階段統(tǒng)計以計劃任務(wù)的方式，由數(shù)據(jù)庫自動在每個自然月開始時統(tǒng)計上個自然月的數(shù)據(jù)，每個月形成一張臨時表，目的是加快第二階段統(tǒng)計的速度。

第二階段統(tǒng)計是用戶從客戶端發(fā)起的，用戶輸入要查詢的目標(biāo)、統(tǒng)計的時間段，并根據(jù)配置好的“合法作業(yè)”判定條件，查詢出期望的報表。第二階段查詢的過程見表3。

表2　臨時表結(jié)構(gòu)

2.2方法驗證為使?jié)O船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計方法得到驗證和應(yīng)用，可搭建實驗

系統(tǒng)，與現(xiàn)有漁業(yè)管理部門的漁業(yè)綜合管理平臺對接，完成底層船位數(shù)據(jù)的共享接入，并依據(jù)統(tǒng)計方法設(shè)計中間層和展現(xiàn)層，最終在網(wǎng)頁上展現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果。實驗系統(tǒng)包括如下組成部分。

隨著改革開放的深入，“政企合一”體制逐步解體，市場經(jīng)濟確立并得到長足發(fā)展，人們的思想也發(fā)生了翻天覆地地變化。油地關(guān)系是伴隨著油田的勘探開發(fā)建設(shè)而產(chǎn)生的一種社會現(xiàn)象。東營市是典型的“能源型城市”，對油田的依賴程度比較高，特殊的市情決定了油地關(guān)系在勝利油田和東營市的重要地位，主要體現(xiàn)在以下五個方面：

2.2.1數(shù)據(jù)庫漁船海上作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計方法及實驗系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫，共享

接入的船位數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，核心算法和計劃任務(wù)的執(zhí)行也是在數(shù)據(jù)庫中完成。

2.2.2船位數(shù)據(jù)共享接入部件統(tǒng)計算法是基于漁船歷史船位數(shù)據(jù)統(tǒng)計完成的，因此實驗系統(tǒng)

首先要從漁業(yè)管理部門的數(shù)據(jù)庫中共享接入船位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式一般為未經(jīng)整理的歷史船位信息，每一行記錄代表一個船舶報位，包括位置的上報時間、經(jīng)緯度、速度、方向、轉(zhuǎn)向率及關(guān)聯(lián)漁船ID（名稱）。數(shù)據(jù)接入后形成的數(shù)據(jù)庫表稱為位置表。

2.2.3算法集合算法集合主要包括區(qū)域判斷算法、作業(yè)判定算法。區(qū)域判斷算法作為核心算法，主要負(fù)責(zé)計算船位數(shù)據(jù)和區(qū)域的位置關(guān)系，這些區(qū)域包括：①海岸線1海里線、海上行政區(qū)劃界、中外協(xié)定水域、9段線等組成的地區(qū)漁船合法作業(yè)海域；②機輪拖網(wǎng)禁漁區(qū)等針對特定捕撈作業(yè)類型進(jìn)行作業(yè)限制的區(qū)域；③軍事禁區(qū)或其他限制性水域。

通過區(qū)域判斷算法，可為每條船位信息打上是否在某區(qū)域內(nèi)部的標(biāo)記，服務(wù)于后續(xù)統(tǒng)計。

作業(yè)判定算法主要根據(jù)各種判定合法作業(yè)區(qū)域的條件對執(zhí)行區(qū)域判斷算法之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步整理和篩選，從而為每條船位數(shù)據(jù)增加若干個標(biāo)記，分別標(biāo)記該船位相對于每個區(qū)域是否屬于“作業(yè)”狀態(tài)，以及根據(jù)規(guī)則綜合所有區(qū)域判定之后的最終結(jié)果。

2.2.3中間結(jié)果臨時表

通過算法合集計算之后的位置表打上了點和區(qū)域關(guān)系的若干標(biāo)記，這些數(shù)據(jù)保存在中間結(jié)果臨時表（以下簡稱臨時表）中。臨時表的生成速度較慢，其速度取決于總區(qū)域個數(shù)和每個區(qū)域的邊界點數(shù)，區(qū)域數(shù)越多，區(qū)域圖形越復(fù)雜，計算的時間越長。一般而言，進(jìn)行某一省份的1個月內(nèi)所有歸屬船舶的區(qū)域計算，需要長達(dá)幾小時至幾十小時的時間，臨時表的生成起到了緩存作用，為后續(xù)進(jìn)行一定條件下的實時查詢提供了便利。

2.2.4查詢服務(wù)

在實驗系統(tǒng)中，查詢服務(wù)是用戶界面和數(shù)據(jù)庫的橋梁，查詢服務(wù)通過訪問數(shù)據(jù)庫臨時表，為客戶端定制統(tǒng)計報表。除網(wǎng)頁客戶端之外，查詢服務(wù)還可以為APP提供同樣的報表服務(wù)，甚至可以以API的形式向第三方平臺提供查詢統(tǒng)計服務(wù)。查詢服務(wù)接受客戶端的報表定制參數(shù)，以JSON數(shù)據(jù)格式發(fā)布結(jié)果數(shù)據(jù)。

2.2.5網(wǎng)頁客戶端

網(wǎng)頁客戶端是實驗系統(tǒng)的用戶界面，用戶在網(wǎng)頁上提交期望查詢的條件，由查詢服務(wù)返回相關(guān)的數(shù)據(jù)，以報表的形式展示，并提供導(dǎo)出下載功能。統(tǒng)計結(jié)果按查詢條件不同，包括如下分類。①目標(biāo)分類：統(tǒng)計某一艘漁船或統(tǒng)計某一地區(qū)節(jié)點下的所有漁船；②時間分類：按周、月、季度、半年、一年統(tǒng)計（只支持統(tǒng)計當(dāng)前月份之前的數(shù)據(jù)）。

3　重點算法介紹

圖1　作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計的工作流程

圖2　查詢客戶端頁面設(shè)計原型

區(qū)域判斷算法為本統(tǒng)計方法的核心算法，由于作為輸入的歷史船位數(shù)據(jù)規(guī)模龐大（僅以北斗船位計算，每艘漁船的日平均報位點數(shù)即可達(dá)到500），因此算法需關(guān)注執(zhí)行速度和靈活度。區(qū)域判斷算法的本質(zhì)是點和簡單多邊形（包括凹多邊形，但不包括各邊相交的復(fù)雜多邊形）的關(guān)系判斷，點代表的是船位數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而多邊形代表了海岸線、禁漁區(qū)以及各類區(qū)劃邊界所圍成的合法作業(yè)海域，當(dāng)點處于多邊形區(qū)域之內(nèi)時，代表該時刻漁船處于多邊形區(qū)域之內(nèi)，反之則代表未駛?cè)攵噙呅螀^(qū)域之內(nèi)。

點和多邊形的位置關(guān)系采用射線法求解（*）。*射線法的基本思想是：從待判斷的點向某一個方向引射線，計算和多邊形交點的個數(shù)，如果個數(shù)是偶數(shù)或者0，則點在多邊形外，如果是奇數(shù)，則在多邊形內(nèi)。

這只是最基本的判別情況，另有一些復(fù)雜的情況需要特殊處理。①射線經(jīng)過頂點。當(dāng)射線經(jīng)過頂點時，判斷就會出現(xiàn)異常情況，現(xiàn)在規(guī)定，線段的兩個端點，相對于另一個端點在上面的頂點稱為上端點，下面是下端點，如果經(jīng)過下端點，則認(rèn)為邊和射線不相交。②點在邊上。這種情況也不能用交點個數(shù)的奇偶性來判斷了，要快速地判斷這個點是否在邊上。

射線法改進(jìn)：傳統(tǒng)的射線法一開始就直接計算點和多邊形的交點個數(shù)，這樣的話，會花費大量的時間來作拓?fù)潢P(guān)系的判斷。改進(jìn)的算法是首先利用多邊形的最小外接矩形迅速排除不在多邊形內(nèi)的點，然后利用交點個數(shù)的奇偶性判斷。

4　統(tǒng)計方法應(yīng)用流程與實現(xiàn)界面

4.1統(tǒng)計方法的應(yīng)用流程

漁船海上作業(yè)天數(shù)的統(tǒng)計方法可按圖1流程執(zhí)行。

4.2統(tǒng)計方法的界面實現(xiàn)

統(tǒng)計方法的網(wǎng)頁客戶端可基于HTML 5等技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)按地區(qū)節(jié)點或船名統(tǒng)計漁船每日在線作業(yè)情況，圖2展現(xiàn)了輸入條件、參數(shù)設(shè)置、統(tǒng)計結(jié)果列表及航跡圖回放區(qū)域的頁面設(shè)計。

5　結(jié) 語

本文依托上海信息系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和漁業(yè)管理法規(guī)，分析了作業(yè)天數(shù)統(tǒng)計方法的必要性，提出了三層結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計算法與流程，并通過實驗系統(tǒng)驗證和完善了本項研究。本統(tǒng)計方法的應(yīng)用研究，為精細(xì)化漁業(yè)管理和合理發(fā)放漁船燃油補助提供了有力的數(shù)據(jù)支持，作為漁業(yè)大數(shù)據(jù)的一次深入應(yīng)用，具有前瞻性和指導(dǎo)性。

主要參考文獻(xiàn)

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10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.14.021

U692

A

1673-0194（2016）16-0032-04

2016-06-20