大數(shù)據(jù)下天津VTS效益評(píng)估新方法

鄭永春，李 晨，馬 龍（天津海事局，天津，300211）

一、引言

船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）在維護(hù)水上交通秩序、保障船舶交通安全、保護(hù)水域環(huán)境、提高船舶通航效率等方面發(fā)揮了重要作用，因而能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)VTS產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，能夠幫助VTS更好地提供相關(guān)服務(wù)，提升監(jiān)管效能和對(duì)外品牌效應(yīng)。天津海事局船舶交通管理中心（以下簡稱天津VTS中心）早在2001年就受部海事局委托，承擔(dān)對(duì)港口型VTS效益進(jìn)行評(píng)估的科研任務(wù)[1]。彼時(shí)，天津VTS中心同大連海事大學(xué)一起，以天津VTS中心運(yùn)行多年來的船舶通航數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參照國際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）公約和國內(nèi)法律法規(guī)，初步構(gòu)建了港口型VTS中心的效益評(píng)估方法[2]。隨著新型監(jiān)管技術(shù)的應(yīng)用和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，天津港的通航環(huán)境和天津VTS中心監(jiān)管手段已有了重大改變，探索新的效益評(píng)估方法是VTS人員面臨的課題。

二、新VTS效益評(píng)估方法的研究背景

（一）復(fù)式航道投入使用

天津港復(fù)式航道是由警戒區(qū)（黃色區(qū)域）、部分天津港主航道（航道里程22+465至13+910，即29號(hào)燈浮至39號(hào)燈?。┖湍媳眱蓚?cè)各增加的一條寬度100米的小船航道（綠色區(qū)域）構(gòu)成的可供船舶進(jìn)出港航行的水域，見圖1。2014年1月1日天津港復(fù)式航道正式開通，實(shí)現(xiàn)大小船舶分流，使天津港航道通航效率顯著提升。

（二）新監(jiān)管服務(wù)模式的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的快速更迭，組織內(nèi)的信息孤島逐漸被打破，通過數(shù)據(jù)挖掘與融合不斷實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化與再造。天津VTS中心推出智能監(jiān)管服務(wù)新模式、船舶航行計(jì)劃報(bào)告“零待時(shí)”、船舶網(wǎng)上計(jì)劃申報(bào)系統(tǒng)、VTS相關(guān)方協(xié)作新模式、“五維度”船舶交通信息公共服務(wù)模式等舉措，不僅提高了VTS工作效率，更助推了港航企業(yè)降本增效。

（三）Transas系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和MIS系統(tǒng)的應(yīng)用

天津VTS中心引進(jìn)達(dá)到國際領(lǐng)先水平的Transas公司專業(yè)VTS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了港口重點(diǎn)水域9個(gè)雷達(dá)站全覆蓋、船舶交通實(shí)時(shí)3D顯示、管理信息系統(tǒng)（MIS）智能關(guān)聯(lián)、VTS信息實(shí)時(shí)發(fā)布查詢等重要功能，這些系統(tǒng)的建設(shè)不僅提升了VTS的運(yùn)行監(jiān)管水平，提高了天津港的通航效率，更為港航企業(yè)乃至國家節(jié)約了成本，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

由天津VTS中心和北京視酷偉業(yè)股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的MIS系統(tǒng)，通過交通信息數(shù)據(jù)管理和基本數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的智能結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)VTS水域進(jìn)出港船舶航行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)掌控和基本的船舶交通數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)、管理等功能。

Transas系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和MIS系統(tǒng)的使用，為天津VTS中心提供了船舶大數(shù)據(jù)。

三、VTS大數(shù)據(jù)

（一）大數(shù)據(jù)概述

大數(shù)據(jù)，通俗的講就是海量的數(shù)據(jù)，即多而廣的信息、技術(shù)以及數(shù)據(jù)資料，具有規(guī)模大、儲(chǔ)存量大、計(jì)算量大、數(shù)據(jù)的增長速度和獲取速度快等特性，數(shù)據(jù)具有格式種類多樣性、廣泛性、高價(jià)值屬性、無結(jié)構(gòu)性、便捷性等特點(diǎn)。

（二）VTS大數(shù)據(jù)支撐

天津VTS中心在日常業(yè)務(wù)中，積累了大量的船舶行為數(shù)據(jù)。根據(jù)天津VTS中心轄區(qū)的基本情況，綜合MIS系統(tǒng)和其他統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)歷史數(shù)據(jù)、管轄水域的交通狀況、進(jìn)出港船舶調(diào)查數(shù)據(jù)、實(shí)態(tài)交通觀測數(shù)據(jù)、海上交通事故數(shù)據(jù)、通航環(huán)境數(shù)據(jù)、投資及運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用等進(jìn)行調(diào)查，獲取相關(guān)基礎(chǔ)資料與數(shù)據(jù)，在多次調(diào)研中加深對(duì)于業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的理解。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與建模階段，深入分析MIS系統(tǒng)，導(dǎo)入船舶檔案、航行計(jì)劃等數(shù)據(jù)，進(jìn)行清洗和預(yù)處理后，結(jié)合VTS效益分析的需求，從不同的角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。

評(píng)估與部署階段，規(guī)范海事數(shù)據(jù)的提取與處理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的綜合利用能力。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，植入MIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取、核心參數(shù)自動(dòng)計(jì)算、任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)的效益值計(jì)算等功能，提高效益計(jì)算處理效率與合理性，減少人為統(tǒng)計(jì)偏差。

四、更新效益評(píng)估軟件計(jì)算方法

天津VTS中心的效益評(píng)估，是以天津港復(fù)式航道智能管控一體化建設(shè)為基礎(chǔ)，對(duì)天津VTS中心智能化改造后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行綜合評(píng)估。通過建立數(shù)據(jù)模型，對(duì)天津VTS中心效益進(jìn)行計(jì)算。包括：創(chuàng)建核心算法，設(shè)立效益計(jì)算模型，建立關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫，合理評(píng)估水上交通安全服務(wù)的波及效應(yīng)[3]。

天津VTS中心經(jīng)過多輪理論與實(shí)證方法的深入研究，在之前已有評(píng)估體系基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)處理方式、船舶節(jié)約時(shí)間計(jì)算和船舶運(yùn)營成本核算進(jìn)行了大量優(yōu)化。通過細(xì)化VTS效益來源與評(píng)估模型，同時(shí)深入挖掘MIS系統(tǒng)大數(shù)據(jù)，改進(jìn)數(shù)據(jù)來源與處理方式，建立船舶營運(yùn)成本數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)化計(jì)算，并將效益評(píng)估軟件植入MIS系統(tǒng)，提高VTS效益評(píng)估體系與軟件的通用性。

（一）設(shè)計(jì)效益評(píng)估軟件

由于數(shù)據(jù)龐大、分類繁雜，以往運(yùn)用excel軟件來進(jìn)行計(jì)算的方法難以為繼，因此天津VTS中心與集美大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了一款VTS效益評(píng)估軟件。

通過深入分析MIS系統(tǒng)，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，制作效益評(píng)估軟件，將船舶檔案、航行計(jì)劃等數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，進(jìn)行清洗和預(yù)處理。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、導(dǎo)出、排序、異常值處理等，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、修改或刪除異類數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)種類和研究目的，結(jié)合VTS效益分析的需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的綜合利用能力。該軟件與MIS系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化提取、核心參數(shù)自動(dòng)計(jì)算、任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)的效益值計(jì)算等功能，提高效益計(jì)算處理效率與合理性，減少人為統(tǒng)計(jì)偏差。通過軟件，我們不僅可以計(jì)算交管中心每年的總效益，還能夠統(tǒng)計(jì)每一艘船舶的效益[4]。

圖2 VTS效益評(píng)估軟件研究思路

（二）革新軟件核心技術(shù)算法

在2017年研究成果的基礎(chǔ)上，效益評(píng)估體系被重新劃分為信息提供和安全保障2個(gè)模塊，將之前采集到的信息進(jìn)行深度挖掘和整理，取消了傳統(tǒng)的抽樣計(jì)算轉(zhuǎn)而使用全數(shù)據(jù)分析的方式。針對(duì)天津港目前的通航狀況，經(jīng)過調(diào)研后新增加了“大船掉頭組織”“單船船寬≥52米”“兩船船寬和≥80．6米”3項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并對(duì)之前技術(shù)指標(biāo)的算法進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的算法更符合港內(nèi)船舶的實(shí)際航行情況，并且計(jì)算方式精確到秒，確保結(jié)果真實(shí)[5]。

1． 大船掉頭組織經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

在天津VTS中心管轄水域內(nèi)，因部分船長大于200米的船舶在靠離泊時(shí)需要占用航道掉頭，由此對(duì)于臨近泊位船舶的進(jìn)出會(huì)產(chǎn)生影響。VTS經(jīng)過科學(xué)調(diào)度，能夠減少過往船舶的等待時(shí)間。在計(jì)算這種效益時(shí)，通過建立相鄰泊位干擾規(guī)則，逐一比對(duì)船舶掉頭時(shí)間區(qū)間內(nèi)受影響的船舶的航行或作業(yè)時(shí)間，基于船舶動(dòng)態(tài)記錄的各種時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算出他船減少等待的時(shí)間[6]。

主要考慮通過VTS中心交通組織，使得受大型船舶掉頭干擾的泊位的進(jìn)出港船舶提前上線節(jié)省的時(shí)間帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，具體計(jì)算方法和流程圖分別見表1和圖3。

表1 大船掉頭時(shí)因交通組織產(chǎn)生的直接效益計(jì)算方法

圖3 大船掉頭情況下的船舶效益測算軟件圖

2． 單船船寬≥52米條件下經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

單船船寬≥52米時(shí)，天津港航道同樣實(shí)行單向通航的交通組織模式。主要考慮通過VTS中心交通組織使得反向通行船舶提前上線節(jié)省時(shí)間帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益[6]，具體計(jì)算方法和流程圖分別見表2和圖4。

表2 單船船寬≥52米時(shí)因交通組織產(chǎn)生的直接效益計(jì)算方法

圖4 單船船寬≥52米的直接效益計(jì)算流程圖

3． 兩船船寬和≥80．6米條件下經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

兩船船寬和≥80．6米且兩船船寬均＜52米時(shí)，天津港航道同樣實(shí)行單向通航的交通組織模式[6]。主要考慮通過VTS中心交通組織使得反向通行船舶提前上線節(jié)省的時(shí)間帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，具體計(jì)算方法和流程圖分別見表3和圖5。

圖5 兩船船寬和≥80.6米的直接效益計(jì)算流程圖

表3 兩船船寬和≥80.6米時(shí)因交通組織產(chǎn)生的直接效益計(jì)算方法

（三）船舶航行計(jì)劃報(bào)告“零待時(shí)”

天津VTS中心自2019年2月1日起推出“航行計(jì)劃隨時(shí)接收，航行動(dòng)態(tài)及時(shí)編排”的航行計(jì)劃報(bào)告“零待時(shí)”舉措。實(shí)行“零待時(shí)”之后，各商船均有了不同程度的效益提升。

施行船舶航行計(jì)劃報(bào)告“零待時(shí)”后，船舶申報(bào)航行計(jì)劃更加便捷，為進(jìn)出天津港的商船和非商船節(jié)約了大量時(shí)間，提高了船舶進(jìn)出港周轉(zhuǎn)效率，有效提升了碼頭、泊位、裝卸、帶纜等港口設(shè)施的利用率。通過對(duì)商船和非商船船期成本調(diào)研及節(jié)約時(shí)間的整理，可計(jì)算出“零待時(shí)”施行期間為船舶節(jié)約的成本，此成本可計(jì)入天津VTS中心直接經(jīng)濟(jì)效益中。

商船“零待時(shí)”所產(chǎn)生的效益的計(jì)算：產(chǎn)生效益=船期成本x節(jié)約時(shí)間，即：

其中Eb代表產(chǎn)生效益（萬元），Qb代表商船船期成本（萬元/天），Tb代表商船節(jié)約時(shí)間（天）。由于美元兌人民幣為浮動(dòng)匯率，暫定比值為7，商船船期成本經(jīng)測算約為12．09萬（人民幣）/天。經(jīng)計(jì)算，2019年施行船舶航行計(jì)劃報(bào)告“零待時(shí)”后，全年為商船共節(jié)約成本約為1 563．42萬元。

五、結(jié)語

效益評(píng)估系統(tǒng)融合了通信、信息、服務(wù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，是信息的整合與評(píng)估。大數(shù)據(jù)下的效益評(píng)估體系為VTS核心業(yè)務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)賦能，助推整個(gè)天津VTS中心的信息化升級(jí)以及智能交管等新技術(shù)、新方法的研發(fā)和應(yīng)用。大數(shù)據(jù)下的效益評(píng)估體系還可應(yīng)用于其他海事局港口型VTS效益計(jì)算，并為各聯(lián)檢口岸單位、港航企業(yè)、碼頭、航道的效益計(jì)算提供參考。