第31卷第4期2010年12月
上海海事大学学报Journal of Shanghai Maritime University
Vol.31No.4Dec.2010
文章编号：1672－9498（2010）04-0013-04
基于AIS 数据的预抵船舶联系信息查询系统
申慧超，胡勤友，杨
春
（上海海事大学商船学院，上海201306）
摘要：为获取指定时间内到达指定区域或港口的船舶联系信息，开发基于自动识别系统（Auto-matic Identification System ，AIS ）数据的预抵船舶联系信息查询系统.该系统运用直接匹配、别名匹配和模板匹配等，
结合预先建立的地理层次树，筛选出指定时间段内到达指定区域或港口的船舶；根据AIS 数据与船舶资料数据库的关联，建立预抵船舶联系信息查询系统.实验表明，该系统可为船舶服务公司提供方便的查询途径，提高工作效率.关键词：预抵船舶；
联系信息；自动识别系统中图分类号：U675.79
文献标志码：A
Inquiry system for contact information of estimated arrival ship
based on AIS data
SHEN Huichao ，HU Qinyou ，YANG Chun
（Merchant Marine College ，Shanghai Maritime Univ.，Shanghai 201306，China ）
Abstract ：In order to obtain the contact information of the ships which are estimated to arrive at the des-ignated area or port during the designated period ，an inquiry system for the contact information of the esti-mated arrival ship based on Automatic Identification System （AIS ）data is developed.By using direct matching ，alias matching and template matching ，combining with the pre-built geographical hierarchy tree ，the ships which are estimated to arrive at the designated area or port during the designated period are screened out.According to the relevance of the AIS data and the ship information database ，the in-quiry system for the contact information of the estimated arrival ship is developed.The experiment shows that the system provides a convenient way for shipping services ，and improves the efficiency.Key words ：estimated arrival ship ；contact information ；automatic identification system
收稿日期：2010-05-19
修回日期：2010-06-01
基金项目：上海市教育委员会科技创新项目（08YZ107）
作者简介：申慧超（1986—），男，河南新郑人，硕士研究生，研究方向为海事信息处理，
（E-mail ）superchaohuishen@163 ；胡勤友（1974—），男，安徽舒城人，副教授，博士，研究方向为智能船舶与海事信息处理，
（E-mail ）qyhu@shmtu.edu 0引言
船舶自动识别系统（Automatic Identification Sys-tem ，AIS ）［1］最初被用于船舶避碰，后被用于船舶导
航，现已被广泛应用于VTS 系统［2］
、海事相关信息
系统［3］、船舶代理业务［4］、船舶动态监控［5-7］
等方
面.本文介绍一种基于AIS 数据的预抵船舶信息查询系统，进一步拓展其在航运服务业中的应用.
未来一段时间范围内抵达某一指定区域或港口的船舶及其联系信息对从事航运服务的公司预测未来的市场需求、寻潜在的客户非常有用.过去，这些信息只能通过向港口咨询或直接与船公司联系才能获得，信息的准确性较差，获取信息的效率较低.现在，可以直接通过AIS 数据查询并筛选出指定时间内到达指定区域或港口的船舶.但是，在船舶驾驶人员通过AIS 设置相关信息时，有些信息具有标准格式（如预计抵港时间），另外一些信息（如航次的目的港）在输入形式上没有统一标准，对于计算机来说可读性很低（尤其是在理解区域或港口之间的从属关系时）.因此，要从海量的船舶航次相关信息中筛选出在指定时间段内抵达某一指定区域或港口的所有船舶，并查出所对应的联系信息还必须依靠人力，获取信息的效率仍然很低.
本文运用预先建立的地理层次树，通过直接匹配、别名匹配和模板匹配等方法实现高效的AIS 数据识别，成功筛选出指定时间段内到达指定区域或港口的船舶，并通过AIS 数据与船舶资料数据库的关联，为从事航运服务的公司提供实时准确的预抵船舶联系信息，提高工作效率.
1系统概述
预抵船舶联系信息查询系统的结构见图1，其
中系统的服务器主要设置4个模块：船舶自动识别信息模块、
船舶资料模块、地理层次树模块和预抵船舶联系信息查询模块
.
图1预抵船舶联系信息查询系统
1.1船舶自动识别信息模块
船舶驾驶人员通过船舶安装的AIS 设备输入船
舶预计抵达时间（Estimated Time of Arrival ，ETA ）、船舶海上移动业务识别码（Maritime Mobile Service Identity ，MMSI ）、船舶呼号、船舶IMO 编号、船舶目
的港、
船舶名称、船舶类型等信息后，AIS 将根据船舶航速按一定周期广播上述信息.船舶自动识别信
息模块通过AIS 数据接收器接收船舶的静态、
动态信息和航次相关信息，
通过程序编程实现实时信息解析并存储于所建的船舶自动识别信息数据库中.1.2
船舶资料模块
该模块用于存储船舶相关信息，主要包括2个
子模块：（1）存储船舶MMSI ，
船舶呼号，船舶IMO 编号和船舶名称中的至少1种船舶基本信息的子模
块；（2）存储船舶所有人、船舶运营公司和船舶管理公司中至少1个公司的名称、地址、通信方式和联系人等船舶联系信息的子模块.
根据系统需要，设计3个表格：船舶基本资料信息表、船舶相关公司基本信息表和船舶相关公司联系人信息表.在船舶基本资料信息表中输入船舶MMSI ，呼号，IMO 编号，船舶名称，船舶所有人名称，船舶运营公司名称，船舶管理公司名称等信息；在船舶相关公司基本信息表中输入公司编号，名称，地址，E-mail ，电话，网站等信息；在船舶相关联系人信
息表中输入联系人编号，名称，电话，E-mail 以及联系人所属公司编号等信息.1.3
地理层次树模块
该模块是预先建立的存储区域之间的隶属关
系、港口之间的隶属关系、区域与港口之间的隶属关系以及区域或港口的别名信息的树结构模块.
在AIS 使用过程中，由于1个港口可能存在很多子港，
大多数船舶驾驶人员可能会把目的港的某个子港作为目的港输入AIS 设备.将地理层次树应用于船舶目的港查询，可以确保把目的港的某个子港作为目的港输入的船舶也能够检索出来.以上海港为例，上海的子港包括洋山、宝山、外高桥等，它们都可作为上海港的目的港输入形式.上海港地理层次树见图2，其中亚洲区域包括中国等子区域，中国区域包括天津、上海等子区域或港口
.
图2上海港地理层次树
1.4
预抵船舶联系信息查询模块
该模块用于接收客户端查询输入，查询在用户
指定的未来一段时间范围内，抵达指定区域或港口的所有船舶，调阅其联系人信息，并发送给客户端.
41上海海事大学学报第31卷
预抵船舶联系信息查询模块包括2个子模块：预抵船舶查询模块和船舶联系信息查阅模块.
1.4.1预抵船舶查询模块
船舶自动识别信息查询模块中的部分信息由船舶驾驶人员输入AIS设备.由于目的港口名称没有输入标准［8］，不同的船舶驾驶人员对同一目的港在输入名称时可能存在很大差异；另外，用户在设定搜索字符串时也存在一定差异，这些使后续的关键字搜索存在很大困难.针对这一问题，预抵船舶查询模块设置3个子模块：直接匹配预抵船舶查询模块、别名匹配
预抵船舶查询模块和模板匹配预抵船舶查询模块.
直接匹配预抵船舶查询模块通过在船舶目的港信息上运用与字符串完全匹配的方法搜索预抵船舶.例如：用户要查上海港的预抵船舶，系统中定义的上海港标准形式为“SHANGHAI”，若某船舶的目的港信息显示为“SHANGHAI”，且该船舶的预计抵达时间恰好在用户设定的时间段内，则直接匹配预抵船舶查询模块将会反馈该船舶的信息.
别名匹配预抵船舶查询模块通过在船舶目的港信息上运用港口的别名进行字符串完全匹配搜索，查预抵船舶.例如：用户要查厦门港的预抵船舶，系统中定义的厦门港标准形式为“XIAMEN”，别名为“AMOY”，若某船舶的目的港信息显示为“AMOY”，且该船舶的预计抵达时间恰好在用户设定的时间段内，则别名匹配预抵船舶查询模块将会反馈该船舶的信息.
模板匹配预抵船舶查询模块通过在船舶目的港信息中运用港口名称模板进行近似匹配搜索，查预抵船舶.例如：用户要查上海港的预抵船舶，系统中定义的上海港标准形式为“SHANGHAI”，其对应的模板有“SHANG（1个或多个空格）HAI”“SHANG（1个或多个指定符号）HAI”和以上海港的标准形式为后缀的模板“XX-SHANGHAI”等形式，而某船舶的目的港信息显示为“SHANG HAI”或“LONDON—SHANGHAI”等，且该船舶的预计抵达时间恰好在用户设定的时间段内，则模板匹配预抵船舶查询模块将会反馈该船舶的信息.由于正则表达式可以匹配出某具体位置出现的某限定子字符串的父字符串，模板匹配的方法可以通过正则表达式实现.［9］如：.*（（？i）shang？［\s］*（？i）hai）Ɣ可以匹配以“SHANG（G字母出现1次或零次）（空格出现1次或多次）HAI”为结尾的字符串.可以运用与此类似的正则表达式建立1个特征，当目的港输入满足上述特征时，可以获得目的港为上海的船舶信息.
1.4.2船舶联系信息查阅模块
该模块用于根据上述预抵船舶查询模块查询到的船舶MMSI，船舶呼号，船舶IMO编号或船舶名称，从船舶资料模块及其子模块中定向调取指定船舶的联系信息.
2匹配查询方法
系统首先通过地理层次树定位用户选择输入的区域和港口名称所对应的节点；然后以此节点为起始节点，遍历其所有子节点，遍历方式可以选择深度优先（Depth-First Search，DFS）或广度优先（Breadth-First Search，BFS）.［10］
对DFS算法作如下描述：设x为起始节点，在对x作访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边xy.若发现顶点y已被访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边xy到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x.接着再选择一条从x出发的未检测过的边重复上述搜索，直至从x出发的所有边都被检测过为止.
对BFS算法作如下描述：设x为起始节点，每条路径上的距离单位为1，在对x作访问标记后，选择所有与x距离为1的节点进行标记，然后遍历所有与x距离为2的节点进行标记.以此类推，直到完全遍历所有从x向下可达的节点.
对地理层次树遍历后，可以得到1个节点集合node［］，对其中的每个节点node［i］，通过直接匹配、别名匹配和模板匹配等3种匹配方式中的至少1种方式对船舶自动识别信息模块中所有船舶的目的港进行匹配，同时根据用户指定的时间
段进行船舶预计抵达时间匹配，检索出指定时间范围内到达指定区域或港口的所有船舶.
系统匹配算法流程如下：
Get contacts｛
Input（Destination，Time）；//参数输入；
Set Node=Destination；
Do travel（BFS|DFS）；.//节点遍历
Return nodes［］；
For（i=0；i<node［］.length；i++）
｛
Do direct matching；//直接匹配
Do alias matching；//别名匹配
正则匹配关键词
Do template matching；//模板匹配
51
第4期申慧超，等：基于AIS数据的预抵船舶联系信息查询系统
｝
Output ships［］；//输出船舶列表
Input ship［i］.MMSI|IMO|Call Sign；
Do SQL query=“select acts from ship contacts module where ship X.MMSI==ship［i］.MMSI”；
Set Contacts=SQL query.Result；
Return Contacts；//返回船舶
｝
3试验
试验所用数据为2010年5月5日至2010年5月15日接收到的2万余条船舶的AIS信息.试验中输入的时间参数为“2010-05-06，2010-05-12”，港口名称为“SHANGHAI”.系统查询结果：预计在2010年5月6日至2010年5月12日抵达上海港的船舶数为153艘，在系统所得船舶列表中的目的港栏无误检数据（即查准的船舶数为153艘）.另外，通过人工在试验数据中的查询得到预计在此期间抵达上海港的船舶数目为154艘.计算得本次试验的查准率为153/153ˑ100%=100%，查全率为153/154ˑ100%≈99%.
4结论
预抵船舶联系信息查询系统将提供一条查询指定时间段内到达指定区域或港口船舶信息的有效途径，使船舶服务公司在短时间内便可获得较为完整的预抵船舶具体信息，并由此预测未来的市场需求、挖掘潜在的客户，极大地提高船舶服务公司的工作效率.但是，本系统还存在一定的局限性：假如有一些船舶的驾驶人员没有输入预计抵港时间、没有输入或更新目的港，就会导致预抵船舶联系信息查询系统无法搜索到此船的信息，这将造成系统的实际查全率降低.随着船舶驾驶人员对AIS认识的提高和使用的进一步规范，本系统的实用价值也会得到进一步提高.下一步研究的目标是使本系统能够统计出经常到达某区域或港口的船舶信息的功能，以帮助从事航运服务的公司确定重点客户.
参考文献：
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［10］严蔚敏，吴伟民.数据结构：C语言版［M］.北京：清华大学出版社，1996：167-170.
（编辑贾裙平）61上海海事大学学报第31卷

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