徐明強

(東海航海保障中心 上海海圖中心，上海 200090)

近年來，我國先后提出建設絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路兩大倡議。港口作為連接國內(nèi)外貨運商貿(mào)、物流倉儲和信息服務的重要載體，既是國際貿(mào)易和沿海國家貨物的主要物流節(jié)點，也是“一帶一路”建設的關鍵節(jié)點。港口的營運效率直接關系到貨物運輸?shù)某杀竞痛镜暮竭\效益，因此對港口營運效率進行評估越來越受到重視。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和“智慧港口”概念的提出，通過評估系統(tǒng)對港口營運效率進行評估成為提高港口船舶營運效率的有效手段。

港口效率研究始于20世紀80年代，目前的評估指標從技術、配置、規(guī)模和成本等角度，對港口效率進行分類界定和評估。國內(nèi)外關于港口效率的研究方法主要有生產(chǎn)前沿分析法和非生產(chǎn)前沿分析法兩大類。非生產(chǎn)前沿分析法中應用較多的是偏要素生產(chǎn)率或部分衡量法，即以單一的指標來衡量港口效率，最常用的有泊位貨物裝卸效率和貨物吞吐量等，這種方法只能評估港口在某方面的效率，無法衡量港口整體效率，因而并不適用于評估港口這種典型的多投入、多產(chǎn)出的生產(chǎn)過程。[1]

雖然目前國內(nèi)外有關港口效率評估的方法(如層次分析法、模糊聚類分析法、灰色關聯(lián)分析法及數(shù)據(jù)包絡分析法等)有很多，卻沒多有一個信息化系統(tǒng)作為日常評估港口整體營運效率的平臺。[2]建立港口整體營運效率評估系統(tǒng)對港口營運各項指標進行全面、系統(tǒng)的評估，有助于港口管理部門科學準確地掌握港口營運狀態(tài)，促進港口管理和發(fā)展。

基于港口船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Information System，AIS)數(shù)據(jù)，可方便地掌握港口內(nèi)船舶的時空狀態(tài)，并通過結合港口基礎地理信息、船舶調(diào)度和碼頭泊位裝卸作業(yè)等信息建立相應的評估指標，總體上可反映出港口的整體營運狀況。本文首先提出泊位空置率、船舶在港運行時間效率、船舶發(fā)船準時性、船舶裝卸效率、船貨集疏運通行能力和船舶NOx排放量等港口船舶營運效率評估指標，然后描述港口船舶營運效率評估系統(tǒng)的總體結構設計、總體功能設計和實現(xiàn)方法。

1 基于船舶AIS數(shù)據(jù)的港口船舶營運效率評估指標

隨著港口管理信息化水平的提高，很多港口逐步將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、云計算和地理信息系統(tǒng)等信息技術應用到港口生產(chǎn)中，使港口對大數(shù)據(jù)的概念及其應用的認識不斷提升，港口信息數(shù)據(jù)的應用重心將從傳統(tǒng)的收集管理數(shù)據(jù)逐漸轉向?qū)?shù)據(jù)的深度挖掘。以船舶AIS數(shù)據(jù)為核心，建立港口運營的信息交換樞紐，提供不同層次、既方便又多元化的信息服務，實現(xiàn)相關港口信息服務的產(chǎn)業(yè)化，必將成為新的經(jīng)濟增長點。數(shù)據(jù)資源的應用將成為港口信息化建設的重中之重和建設“智慧港口”的必要條件。[3]

1.1 港口船舶AIS數(shù)據(jù)

港口船舶AIS數(shù)據(jù)是指港口岸基AIS基站獲取到的在港口活動的船舶安裝的船舶AIS發(fā)出的本船的動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。目前絕大部分船舶都攜帶有AIS，每天可收集得到大量的船舶AIS數(shù)據(jù)。船舶AIS數(shù)據(jù)主要用于海洋測量、船舶跟蹤、港口交通與活動監(jiān)管、風險決策支持、碰撞規(guī)避、廢氣排放與燃料功效估計及噪聲評估等方面的研究。船舶AIS數(shù)據(jù)由3類信息構成，即：

1) 船舶動態(tài)數(shù)據(jù)，包含經(jīng)度、緯度、艏向、航跡向和航速等。

2) 船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)，包含船名、呼號和海事移動服務識別碼等。

3) 船舶航程數(shù)據(jù)，包含船舶狀態(tài)、吃水、目的地和預期到港時間(Estimated Time of Arrival, ETA)等。

通過對港口船舶的上述信息進行時空分析，結合港口地理空間數(shù)據(jù)、港口船舶調(diào)度和碼頭裝卸作業(yè)等信息，可建立有利于評估港口船舶營運效率的評估指標。

1.2 評估指標

港口船舶運營效率評估指標是綜合反映港口經(jīng)營生產(chǎn)和經(jīng)營活動狀態(tài)、特征的信息，目前“智慧港口”得到大力發(fā)展，以港口吞吐量為核心的評估指標已不能滿足新形勢下港口轉型升級的發(fā)展要求，港口效率的評估不應是單一的，應從多角度、多方面去系統(tǒng)地分析評估港口運行效率。AIS數(shù)據(jù)記錄了船舶位置、尺寸和載重噸數(shù)等信息，利用這些信息可挖掘出船舶航行特征及港口整體效率評估指標等信息。針對港口整體營運效率評估的需要，提出以下具體評估指標(見表1)。

2 基于船舶AIS數(shù)據(jù)的港口營運效率評估系統(tǒng)總體結構

港口營運效率評估系統(tǒng)總體架構見圖1。

評估系統(tǒng)基于Client/Server架構，提供中間層集成框架滿足系統(tǒng)的高可用性、高可靠性及可擴展性的相關應用需求，在設計上采用分層設計思想，確保系統(tǒng)具有良好的功能擴展性和數(shù)據(jù)庫的兼容性與擴展性。系統(tǒng)采用先進靈活的組件方式對各業(yè)務服務進行集成。系統(tǒng)由資源層、服務層、接口層和用戶訪問層構成。

2.1 資源層

資源層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)樞紐，是存放系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)及相關信息資源的實體層，融合不同類型的數(shù)據(jù)、文獻信息和多媒體等數(shù)據(jù)資源，主要由船舶AIS數(shù)據(jù)庫、港口基礎信息、港口調(diào)度和碼頭裝卸作業(yè)等信息組成。此外，資源層還可實現(xiàn)船舶AIS動態(tài)數(shù)據(jù)的接收、解析和存儲。

2.2 服務層

采用臺ArcGIS基礎平臺，利用數(shù)據(jù)表的形式存儲空間數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)，并通過ArcGIS Server地圖服務發(fā)布地圖數(shù)據(jù)。服務層依靠資源層提供的各類數(shù)據(jù)，具有基于電子海圖、AIS數(shù)據(jù)、港口調(diào)度和碼頭裝卸作業(yè)等數(shù)據(jù)的各種分析功能，并能實現(xiàn)各功能之間的協(xié)同和信息交換。

2.3 接口層

接口層采用API Gateway(即API網(wǎng)關)(見圖2)，所有請求會經(jīng)過該網(wǎng)關到達后端服務，與Facade模式類似。API網(wǎng)關作為系統(tǒng)接口對外的統(tǒng)一出口，可減少調(diào)用方對服務實現(xiàn)的感知。

利用API Gateway技術，使用戶在不感知服務邊緣的情況下，利用統(tǒng)一的接口組裝服務。

2.4 用戶訪問層

用戶在使用該系統(tǒng)過程中，可通過終端設備隨時訪問系統(tǒng)，并能將評估分析結果便捷地用于展示、打印和下載等輸出操作，訪問層設計滿足電腦、手機等多種終端對系統(tǒng)的訪問和操作，實現(xiàn)攜帶和使用簡便、操作靈活。

表1 基于船舶AIS數(shù)據(jù)的港口船舶營運效率指標

3 基于船舶AIS數(shù)據(jù)的港口營運效率評估系統(tǒng)總體功能

系統(tǒng)由港口基礎信息管理、船舶AIS數(shù)據(jù)處理、效率評估和改善建議等4個功能模塊構成，系統(tǒng)總體功能結構見圖3。

1) 對進出港口的船舶AIS數(shù)據(jù)進行解析過濾等處理，并生成基于電子海圖的空間軌跡。

2) 通過分析船舶運動軌跡，統(tǒng)計船舶在進出港過程中的時間消耗分布，包含錨地、航道、泊位及其他區(qū)域。

3) 通過對船舶進出港口時間消耗進行統(tǒng)計分析，根據(jù)預設的指標評估模型評價港口船舶運營效率，并生成報告。

4) 對以上3步進行綜合分析，提出港口船舶運營效率改善的部分建議。

3.1 港口基礎信息管理

港口基礎信息管理模塊主要用于對港口各項地理資源信息進行維護管理，為后續(xù)的分析統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支持，屬于靜態(tài)信息管理，包括泊位、航標、地名、水深、航道、錨地和其他等要素的基礎資料和坐標信息。

3.2 AIS數(shù)據(jù)處理

AIS接口的通信協(xié)議采用IEC 61162-2標準(NEMA高速協(xié)議)。系統(tǒng)在接收到AIS報文數(shù)據(jù)之后，根據(jù)AIS數(shù)據(jù)報文標準進行報文數(shù)據(jù)的解析，得到具體的船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)信息，并對軌跡大幅跳動和速度大幅波動等異常的數(shù)據(jù)進行過濾處理，結合電子海圖生成船舶進出港運動軌跡并存入數(shù)據(jù)庫。

3.3 效率評估

系統(tǒng)根據(jù)評估指標和計算公式，對船舶進出港口在不同區(qū)域消耗的時間進行統(tǒng)計分析，并按年、季度和月等不同周期生成報表。對不同港口的數(shù)據(jù)進行對比分析，并生成港口船舶運營效率評估報告。

3.4 改善建議

根據(jù)上述港口整體效率評估結果，找出港口船舶運營效率問題熱點，結合港口管理輔助決策知識庫，系統(tǒng)可自動生成改善建議報告。

4 結束語

港口是海上交通運輸?shù)年P鍵節(jié)點，應用船舶AIS數(shù)據(jù)，結合港口基礎信息、港口調(diào)度信息和碼頭裝卸作業(yè)信息等，通過信息化手段，建立港口船舶營運效率評估系統(tǒng)，提出的評估指標能較全面地反映出港口船舶整體營運狀態(tài)，有利于港口管理部門科學地掌握港口的整體效率情況。