本发明涉及港口规划，具体涉及一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法及系统。
背景技术：
1、海运进口天然气(液化天然气/lng)是我国能源供应的重要构成，跟踪和评估沿海进口lng运输港口设施保障能力适应性至关重要。
2、目前在沿海港口lng(天然气)运输系统跟踪和适应性评估工作中，主要是基于历史维度港航统计数据开展有关分析工作，通过定期调研跟踪获取沿海港口吞吐量统计数据、各港口企业码头设施能力和码头运输量等统计数据，分析评价码头历史利用率、码头能力适应性等。
3、现状沿海lng运输系统跟踪和适应性评估研究技术支撑手段主要存在以下的问题：
4、一是，跟踪及评估工作数据搜集方式主要通过定期调研工作，调研搜集的港航大数据均为历史性数据，存在工作周期长、数据信息滞后和数据时效性欠缺问题。
5、二是，全国沿海港口lng码头分布点多、经营主体众多，数据出处多源、统计标准和制式不一，数据集成和分析效率低。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法及系统，以解决现有技术中跟踪及评估工作数据搜集方式存在工作周期长、数据信息滞后和数据时效性欠缺问题；并且全国沿海港口lng码头分布点多、经营主体众多，数据出处多源、统计标准和制式不一，数据集成和分析效率低的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本发明具体提供一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，包括以下步骤：
3、数据获取：获取包括第一ais(船舶自动识别系统)历史大数据和第一ais实时大数据在内的ais数据；
4、数据预处理：基于lng船舶的船舶类型关键字信息，清洗所述第一ais历史大数据和所述第一ais实时大数据中的不是lng船舶干扰数据，并构建全球lng运输船舶ais大数据资源池；
5、对所述全球lng运输船舶ais大数据资源池中的重复数据、异常数据进行去重、删除；
6、船舶航次关联分析：基于arcgis平台，并集成包括国际、国内lng港口的码头、锚地在内的空间地理信息数据，对进口lng船舶国际-国内运输的船舶时空运动轨迹解析；
7、将空间距离最近、航行速度最接近的轨迹点进行关联，确保船舶轨迹数据为同一船舶、同一航次的轨迹数据；
8、基于预处理后的lng船舶ais大数据和国际、国内lng港口的空间地理信息数据，将lng船舶运动轨迹数据和国际-国内港口区域地理信息数据进行匹配计算，得到全球lng船舶每航次时空数据信息；
9、计算泊位利用率及泊位合理可发挥能力：将清洗、关联及航次分析后的全球lng船舶历史ais数据导入mysql(数据库管理系统)数据库，基于mysql数据库可计算得到国内各lng码头泊位利用率、泊位合理可发挥能力。
10、作为本发明的一种优选方案，所述第一ais历史大数据、第一ais实时大数据均源于“星载网络+岸基网络+船基网络”多源ais数据源，以保障国际国内重点水域数据覆盖密度。
11、作为本发明的一种优选方案，对所述全球lng运输船舶ais大数据资源池的处理方法包括数据表关联、表合并、行列筛选及数据转换。
12、作为本发明的一种优选方案，将lng船舶运动轨迹数据和国际-国内港口区域地理信息数据进行匹配的方法为：
13、对船舶进出港和靠离泊时刻进行识别，分析计算出每条船的离泊时间、离港时间、一程运输到港时间、一程运输靠泊时间、国内二程转运到港时间、国内二程转运靠泊时间，以上触发时间构成一条lng船舶的一个航次；以此建立得到每条lng船单航次的20项指标数据集；
14、所述20项指标数据集主要包括船舶id、mmsi号(水上移动通信业务标识码)、船型、航行状态、港口id、港口到港时间、港口离港时间、港口靠泊码头id、港口靠泊时间、港口离泊时间、航行时间、航行里程。
15、作为本发明的一种优选方案，采用时空-速度最近邻法将空间距离最近、航行速度最接近的轨迹点进行关联；
16、所述采用时空-速度最近邻法的方法为：针对具有相同mmsi号的两条ais船舶轨迹，两条轨迹为轨迹1和轨迹2；
17、若关联轨迹点距离轨迹1延伸线垂向距离d1最近、且速度v距离轨迹最近点(v1)的速度相对更接近，则将关联轨迹点关联到轨迹1上。
18、作为本发明的一种优选方案，基于ais数据提出有别于规范通用标准的泊位利用率计算公式，所述lng泊位利用率测算公式为：
19、
20、所述计算公式能够计算不同区域、不同季节的lng泊位利用率评估值；
21、式中各符号的含义如下：
22、api表示：lng泊位在全年或某一段季节内的泊位利用率，可分为冬季(11月～2月)、其他季节(3月～10月)；
23、si表示：基于lng船舶ais数据分析，得到在某一段季节内到达我国沿海某lng码头的任一种船型数量；
24、代表船型划分为：i＝1代表q-max船、i＝2代表q-flex型船、i＝3代表15～20万方船型、i＝4代表15万方以下船型；
25、ti表示：基于lng船舶ais数据分析，得到我国沿海某lng码头对应靠泊船型的靠泊时间；
26、tpi表示：全年或某一段季节内的有效作业天数。
27、作为本发明的一种优选方案，lng泊位合理可发挥能力测算公式为：
28、根据lng运输的季节性特征和泊位实际利用率特点，本发明在规范提出的lng泊位通过能力计算公式基础上，进一步提出了基于季节不均衡性的lng泊位合理通过能力测算公式，所述基于季节不均衡性的lng泊位合理通过能力测算公式如下：
29、
30、所述lng泊位合理可发挥能力测算公式能够测算不同区域、不同季节的lng泊位合理可发挥能力；
31、式中各符号的含义如下：
32、pt表示：lng泊位全年或某一段季节合理能力评估值，单位为万吨；
33、api表示：lng泊位全年或某一段季节的泊位利用率，基于lng泊位利用率测算公式得到；
34、tpi表示：全年或某一段季节内的有效作业天数；
35、td表示：昼夜小时数，取24小时；
36、tz表示：对应船型净卸船时间，单位为h，通过调研得到；
37、tf表示：船舶的装卸辅助作业时间，单位为h，通过调研得到；
38、th表示：候潮、候流或不在夜间进出航道和靠泊、离泊需增加的时间，单位为h，通过调研得到；
39、gj表示：对应代表船型的实载量，单位为万吨，通过调研得到；
40、aj表示：对应代表船型的比重，根据ais数据测算得到。
41、进一步地，根据lng泊位合理通过能力测算公式，若待跟踪评估的lng泊位合理可发挥能力评估值高于或等于全国/某一段季节的实际运输量，则待跟踪评估lng港口设施能力评价结果为方案合理；
42、若评估函数得到的lng泊位合理可发挥能力函数评估值低于全国/某一段季节的实际运输量，则待跟踪评估lng港口设施能力评价结果为方案不合理。
43、进一步地，基于全球lng运输船舶ais实时大数据，短期到港lng船舶预测和接卸量预测评估方法为：
44、根据实时数据提供的国际航线lng运输船舶当前位置，提取该船舶ais静态数据‘destination’(预计目的地)字段信息，结合前述评估得到的各lng船舶历史挂靠航线概率分析，匹配得到在航lng船舶最近的经验航线，利用经验航线匹配预到我国沿海港口的lng船舶；以此评估得到短期一段时间内，预抵达沿海各lng码头的船舶分船型数量，结合调研经验得到的lng分船型实载率经验参数，可测算得到沿海各lng码头短期预接卸船舶的lng接卸量；
45、所述短期到港lng船舶预测和接卸量预测评估方法用于对我国沿海港口lng船舶预测，并辅助短期供应形势评估决策。
46、进一步地，lng接卸量预测算公式为：
47、
48、式中各符号的含义如下：
49、pp表示：沿海某lng码头短期几日内预计lng接卸量，3天、5天、7天等；
50、sjp表示：基于预测抵达沿海港口的lng船舶ais数据分析，得到短期几日内到达我国沿海某lng码头的任一种船型数量；
51、gj表示：对应代表船型的实载量，单位为万吨。
52、本发明从历史、实时和短期预测三个维度，构建评估函数，定量化计算出适用于沿海不同区域、不同季节的lng港口码头合理利用率、合理可发挥能力评估值，定量化评估出短期到达我国沿海港口lng船舶艘次和接卸量。
53、在lng运输系统跟踪评估工作和辅助有关部门应急管理工作中提供定量指标支撑，提高规划科学性，实现了lng运输系统跟踪评估分析过程中的历史数据、实时数据更新与国际-国内港口地理信息匹配、分析过程和统计效果可视化等技术问题，提高工作效率和工作质量。
54、本发明进一步地提供一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估系统，所述沿海lng港口运行跟踪评估系统基于上述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法构建，便于规划人员定量决策分析；
55、所述沿海lng港口运行跟踪评估系统包括基于历史ais数据决策分析子系统及基于实时ais数据决策分析子系统；
56、所述基于历史ais数据决策分析子系统包括用于人机交互的前端可视层、用于处理数据信息的业务逻辑层、用于存储数据信息的数据支撑层；
57、所述基于实时ais数据决策分析子系统采用声明式http客户端框架feign技术，通过定义接口描述调用服务的api，继而通过注解配置请求和响应的处理方式，调用ais实时数据在线http目标服务。
58、数据支撑层的构建方法为：将清洗和航线分析后的lng船舶运输历史ais数据资源池，导入mysql数据库；基于gis平台，得到系统构建所需的国际、国内lng码头等港口空间地理信息数据资源；
59、业务逻辑层的构建方法为：根据系统业务功能需求，采用spring框架技术进行业务整合，加载spring应用上下文初始化器，初始化springapplication对象，配置项目启动类和设置事件监听加载；基于数据支撑层封装数据，进行算法功能逻辑业务封装，将每个业务模块进行包、分服务、分功能处理，建立上下文持续运行机制，形成系统的通用服务包；
60、前端可视层的构建方法为：采用node.js以及vue-cli系统进行构建，并采用vue适配的element ui可视化框架进行渲染，通过pc端为用户提供数据的展现与管理，如流量流向地图展示、船舶时空轨迹查询、船舶在港各环节时间统计查询、地图服务操作、数据记录的增删改查等；并集成gis平台数据，与基础支撑层的arcgis服务相配合，完成对航迹图、各数据图层、遥感影像及流向图的叠加展示，属性查询等操作。
61、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
62、本发明通过获取ais历史大数据和ais实时大数据，构建全球lng运输船舶ais大数据资源池，并对大数据进行吃醋李及关联分析，将全球lng船舶历史ais数据导入mysql数据库，基于mysql数据库可计算得到国内各lng码头泊位利用率、泊位合理可发挥能力。收集数据的周期短，数据实时更新，时效性有保障，并且统计标准和制式统一，数据集成和分析效率高。
1.一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估方法，其特征在于，
10.一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估系统，其特征在于，
11.一种基于ais数据挖掘的沿海lng港口运行跟踪评估系统，其特征在于，
