陳冬 陳奕超 劉秀彩

摘 要：針對傳統(tǒng)水路貨運(yùn)OD調(diào)查樣本少、成本高等問題，本次融合AIS數(shù)據(jù)、報(bào)港數(shù)據(jù)、港口地理信息數(shù)據(jù)等多源水運(yùn)數(shù)據(jù)，建立了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的水路貨運(yùn)OD特征挖掘算法，實(shí)現(xiàn)了對水上貨物運(yùn)輸總量及主要貨種運(yùn)輸流量、流向的分析，對輔助管理部門制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃具有重要意義。

關(guān)鍵詞：AIS數(shù)據(jù);水路貨運(yùn)OD;挖掘算法

中圖分類號：U695.2? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0094-03

1 概述

水運(yùn)是綜合運(yùn)輸體系中的一種重要運(yùn)輸方式，具有運(yùn)量大、能耗低、污染少等特點(diǎn)。水路貨運(yùn)的起訖點(diǎn)（Origin and Destination，OD）不僅清晰地反映了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)之間的直接聯(lián)系，而且反映了水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施（包括港口、航道、船閘、錨地等）的利用情況，因此及時(shí)準(zhǔn)確地獲取水路貨運(yùn)OD，對于輔助交通運(yùn)輸管理部門制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、港口航道基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃具有重要意義。

傳統(tǒng)的水路貨運(yùn)OD主要通過人工調(diào)研的方式獲得，通過人工在主要航道上記錄船舶及貨物的運(yùn)輸情況，同時(shí)輔以交通統(tǒng)計(jì)年鑒資料、航道觀測點(diǎn)的交通量觀測資料、港口吞吐量統(tǒng)計(jì)資料，可基本分析出船舶和貨物的流量、流向規(guī)律。由于傳統(tǒng)方法僅為某段時(shí)間的調(diào)研數(shù)據(jù)，同時(shí)需要花費(fèi)較大的人力物力，局限性較大，因此本次基于AIS數(shù)據(jù)、報(bào)港數(shù)據(jù)、港口地理信息數(shù)據(jù)等多源水運(yùn)大數(shù)據(jù)，提出了全新的水路貨運(yùn)OD計(jì)算方法。

2 多源水運(yùn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 AIS數(shù)據(jù)

AIS數(shù)據(jù)來自于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，AIS報(bào)文信號經(jīng)過解析可以解讀為靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息、航次信息、安全信息等四種不同類型的信息。其中，靜態(tài)信息包括船舶MMSI編號、船名、型寬、船上定位天線的位置等;動(dòng)態(tài)信息包括UTC時(shí)間、對地航向、對地航速、船首向、航行狀態(tài)、傾角、轉(zhuǎn)向率等;航次相關(guān)信息包括船舶吃水深度、船舶運(yùn)載的危險(xiǎn)貨物類型、目的港口與預(yù)達(dá)時(shí)間、航線計(jì)劃等;安全信息主要為與船舶航行相關(guān)的航權(quán)消息等。

AIS數(shù)據(jù)主要用以判斷船舶和貨物的流向，本次以2019年某段時(shí)間內(nèi)的江蘇省AIS數(shù)據(jù)為例開展研究，所需要用到的AIS數(shù)據(jù)信息主要有：MMSI（船舶呼號）、NAME1（船舶名稱）、L（船舶所在經(jīng)度）、B（船舶所在緯度）、TYPE1（船舶類型）;STAT（船舶狀態(tài)）、CTIME（測定該位置時(shí)的時(shí)間）。

2.2 報(bào)港數(shù)據(jù)

報(bào)港數(shù)據(jù)記錄了各港口船舶的裝卸信息，主要用于在貨物流向的基礎(chǔ)上進(jìn)一步確定貨物的流量，報(bào)港數(shù)據(jù)信息具體包括船舶的中文船名、海船內(nèi)河船標(biāo)志、船舶種類、進(jìn)（出）港標(biāo)志、進(jìn)（出）港時(shí)間、查驗(yàn)機(jī)構(gòu)、海事機(jī)構(gòu)、簽證方式、總噸、載重噸、實(shí)載貨量、載/卸貨量、前吃水以及后吃水。

2.3 港口基礎(chǔ)設(shè)施地理信息數(shù)據(jù)

水路貨運(yùn)OD以港口為起訖點(diǎn)，因此，本次應(yīng)用GIS系統(tǒng)采集了江蘇省沿江沿海港口各作業(yè)區(qū)的地理信息數(shù)據(jù)，主要包括作業(yè)區(qū)名稱、位置坐標(biāo)、所屬港區(qū)、所屬港口、所屬區(qū)縣、所屬城市、所屬省等信息。

3 貨運(yùn)OD特征挖掘算法

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

AIS等運(yùn)行數(shù)據(jù)在傳輸采集的過程中易出現(xiàn)信息缺失、錯(cuò)誤、重復(fù)、異常等狀況，會(huì)對大數(shù)據(jù)的挖掘分析造成干擾，影響分析效果，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)歸約等預(yù)處理工作，本次主要對AIS船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清理操作。

3.2 貨運(yùn)OD特征挖掘算法

對水路貨運(yùn)OD特征挖掘的關(guān)鍵在于通過船舶AIS軌跡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地判斷船舶?？奎c(diǎn)。本次利用聚類分析方法，將行駛速度小于0.5km/h，行駛距離大于10km，停泊時(shí)間大于3h的停靠點(diǎn)初步判斷為水路貨運(yùn)OD點(diǎn);結(jié)合港口地理信息數(shù)據(jù)，應(yīng)用射線法，進(jìn)一步檢驗(yàn)確定船舶的OD位置，同時(shí)結(jié)合報(bào)港數(shù)據(jù)確定每次貨運(yùn)OD的貨種及運(yùn)量。具體貨運(yùn)OD特征挖掘技術(shù)路線如下圖所示。

3.3 貨運(yùn)OD特征挖掘計(jì)算結(jié)果

圖4-圖7為本次江蘇省內(nèi)水路貨運(yùn)OD挖掘分析結(jié)果，可以看出該時(shí)段內(nèi)江蘇省內(nèi)沿江沿海船舶運(yùn)輸主要在長江沿線城市間進(jìn)行，泰州市、蘇州市、南通市等城市之間貨運(yùn)聯(lián)系強(qiáng)度較大;同時(shí)研究時(shí)段內(nèi)，干、散貨運(yùn)輸區(qū)縣間貨運(yùn)量較大的運(yùn)輸線路主要為太倉市—靖江市、太倉市—鎮(zhèn)江市區(qū)、太倉市—南通市區(qū)、南京市區(qū)—太倉市區(qū);集裝箱運(yùn)輸區(qū)縣間貨運(yùn)量較大的運(yùn)輸線路主要為海門市—南京市區(qū)、南京市區(qū)—常熟市、鎮(zhèn)江市區(qū)—海門市。

4 結(jié)語

本次利用AIS數(shù)據(jù)、報(bào)港數(shù)據(jù)、港口地理信息數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，提出了基于大數(shù)據(jù)方法的水路貨運(yùn)OD計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)了對水上貨物運(yùn)輸總量及主要貨種運(yùn)輸?shù)牧髁?、流向分析。由于原始?shù)據(jù)信息內(nèi)容的限制，目前船舶貨運(yùn)種類只能區(qū)分出散貨、集裝箱等貨運(yùn)大類，因此，本計(jì)算方法在船舶貨運(yùn)種類的細(xì)分上仍有進(jìn)一步提升的需要，未來可以考慮通過進(jìn)一步融合船舶身份信息、港口類別信息的方法，提升各水運(yùn)貨種OD計(jì)算的準(zhǔn)確性。

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