福建省漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃端瓊

(福建省海洋預(yù)報(bào)臺(tái)，福建 福州 350001)

傳統(tǒng)的漁船監(jiān)管缺乏漁船全生命周期數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析，而且管控分析還停留在傳統(tǒng)人海戰(zhàn)術(shù)，漁船管理方式在面對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)速度、事態(tài)研判和處置效率也無法滿足漁船生產(chǎn)安全管理和監(jiān)管要求。近年來，隨著海洋資源的發(fā)展，各國(guó)對(duì)漁船安全問題非常重視，為提升漁業(yè)生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)漁船安全監(jiān)管信息化，其在漁船監(jiān)控系統(tǒng)(Vessel monitoring system，VMS)、船舶自動(dòng)識(shí)別(Automatic identification system，AIS)、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(Electronic chart display and information system，ECDIS)等方面的研究也都取得了重要進(jìn)展[1-3]。早在 1991年，美國(guó)就開始了漁船監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，通過 GPS 衛(wèi)星通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)追蹤船位、收集漁獲、監(jiān)控環(huán)境等功能。歐盟于1994 年開始實(shí)施漁船監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)劃，為目前全球應(yīng)用范圍最廣的組織[4]。中國(guó)于2008年建立了中國(guó)漁政管理指揮系統(tǒng)，在漁業(yè)管理、救助等方面發(fā)揮了較好的作用[5]。2007年起，福建、浙江、山東等省份紛紛投入建設(shè)漁船安全救助信息系統(tǒng)，有力保障了漁業(yè)生產(chǎn)安全[6-10]。

由于臺(tái)灣海峽的狹管效應(yīng)，導(dǎo)致福建海域常年大風(fēng)浪天氣頻發(fā)，海況復(fù)雜，海難事故頻發(fā)，漁業(yè)安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻，再加上新型定位終端數(shù)量增多，出現(xiàn)了原有系統(tǒng)承載能力不足、數(shù)據(jù)來源多、標(biāo)準(zhǔn)不一、缺少終端鏈路監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析展示有限、無法形成值班業(yè)務(wù)閉環(huán)等問題，而之前投建的系統(tǒng)已無法滿足需求。本文為了解決上述問題，提出福建省漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，通過融合大量重點(diǎn)船舶定位信息，匯聚整合漁船相關(guān)數(shù)據(jù)，打造集值班管理、應(yīng)急管理和分析服務(wù)于一體的業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，以期進(jìn)一步提升海洋漁業(yè)信息智能化應(yīng)用和漁業(yè)管理部門政府服務(wù)能力。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

1.1 總體框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)遵循海洋信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，并依托“數(shù)據(jù)福建”政務(wù)云平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“政務(wù)云平臺(tái)”)的安全保障體系和配套的運(yùn)維保障體系，按照感知層、傳輸層、設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、用戶層的架構(gòu)設(shè)計(jì)，其架構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用SOA開發(fā)框架，從下至上由感知層、傳輸層、設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層構(gòu)成，依托政務(wù)云平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施，通過匯集前端感知設(shè)備回傳的感知數(shù)據(jù)形成漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理所需的數(shù)據(jù)資源中心，構(gòu)建以大數(shù)據(jù)及服務(wù)支撐、移動(dòng)應(yīng)用支撐和通用能力支撐的應(yīng)用支撐系統(tǒng)，定制開發(fā)值班管理-應(yīng)急指揮-數(shù)據(jù)分析為主線的業(yè)務(wù)應(yīng)用，形成覆蓋桌面端(PC端)和移動(dòng)端的應(yīng)用體系，為各層級(jí)用戶提供服務(wù)。

1.1.1 感知層

前端感知層包括固定式北斗示位儀、插卡式AIS設(shè)備和漁港視頻監(jiān)控設(shè)備等感知設(shè)備，通過前端感知設(shè)備獲取漁船定位數(shù)據(jù)和漁港監(jiān)控視頻。

1.1.2 傳輸層

傳輸層為前端感知設(shè)備采集的定位數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻提供數(shù)據(jù)傳輸通道，包括電子政務(wù)外網(wǎng)、北斗衛(wèi)星鏈路、視頻專網(wǎng)、無線通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等。其中，固定式北斗示位儀設(shè)備數(shù)據(jù)通過北斗衛(wèi)星鏈路傳送；監(jiān)控視頻通過視頻專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸；用戶通過電子政務(wù)外網(wǎng)、無線通信網(wǎng)(即移動(dòng)網(wǎng)絡(luò))或互聯(lián)網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

1.1.3 設(shè)施層

設(shè)施層依托政務(wù)云平臺(tái)提供的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等基礎(chǔ)環(huán)境，將系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

1.1.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層按照數(shù)據(jù)量分為大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架和傳統(tǒng)Oracle業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框架對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、加工；傳統(tǒng)Oracle存儲(chǔ)業(yè)務(wù)化應(yīng)用數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)量相對(duì)較小。按照結(jié)構(gòu)類型分為結(jié)構(gòu)化庫(kù)和非結(jié)構(gòu)化庫(kù)，其中結(jié)構(gòu)化庫(kù)包括基礎(chǔ)庫(kù)、感知庫(kù)、業(yè)務(wù)庫(kù)、專題庫(kù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化庫(kù)用來存儲(chǔ)視頻、圖片、語(yǔ)音、Word文檔等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

1.1.5 支撐層

支撐層為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一用戶認(rèn)證、分布式緩存、海陸一張圖、智能語(yǔ)音引擎、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)展示、統(tǒng)計(jì)分析等數(shù)據(jù)和應(yīng)用支撐服務(wù)。

1.1.6 應(yīng)用層

應(yīng)用層包括漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)、福海通、全國(guó)漁業(yè)無線電管理服務(wù)平臺(tái)等。其中，漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)包括一張圖、漁船管理、值班管理、臺(tái)風(fēng)防御、突發(fā)應(yīng)急。福海通包括福海通App和福海通小程序，福海通App是漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)在移動(dòng)端的延伸；福海通小程序是基于閩政通構(gòu)建的一個(gè)面向漁民和公眾服務(wù)的小程序。全國(guó)漁業(yè)無線電管理服務(wù)平臺(tái)包括漁船信息查詢、AIS卡管理、AIS設(shè)備管理、九位碼管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理。

1.1.7 用戶層

用戶層包含漁業(yè)行政管理部門工作人員、值班人員、執(zhí)法總隊(duì)；省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(漁港)工作人員；漁民和公眾等。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)以Java開發(fā)語(yǔ)言為基礎(chǔ)構(gòu)建跨平臺(tái)、易移植、低耦合的技術(shù)架構(gòu)，滿足福建省漁船監(jiān)管服務(wù)需求和后續(xù)靈活拓展的需求。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示，包括傳輸層/采集層、計(jì)算層、存儲(chǔ)層、應(yīng)用層。

1.2.1 傳輸層/采集層

漁船定位數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)通過Kafka異步消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)快速分發(fā)到各個(gè)處理子應(yīng)用以及多渠道的消息推送；采用Sqoop實(shí)現(xiàn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)和Hive之間的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為頂層的統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)查詢支持；采用Flume、Logstash對(duì)各個(gè)支撐系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的日志進(jìn)行收集，結(jié)合ES、Kibana完成日記集中查詢。

1.2.2 計(jì)算層

系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)算方式分為離線計(jì)算、實(shí)時(shí)計(jì)算，其中對(duì)漁船在港情況、漁船實(shí)時(shí)在線率等業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用離線計(jì)算[7]；對(duì)電子圍欄預(yù)警、敏感海域預(yù)警、漁船自沉報(bào)警等實(shí)時(shí)性要求非常高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采用流式計(jì)算分析漁船的違法行為。

1.2.3 存儲(chǔ)層

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用Oracle存儲(chǔ)；Hive作為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，提供統(tǒng)計(jì)分析能力；Greenplum用來存儲(chǔ)歷史軌跡數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)并行查詢；Redis用來提供熱點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在HDFS當(dāng)中。

1.2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層以Springboot為基礎(chǔ)框架、Mybatis為數(shù)據(jù)庫(kù)持久層框架、Shiro為權(quán)限攔截框架、Jredis為內(nèi)存數(shù)據(jù)連接框架、Vue為前端展示框架。

1.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

漁船數(shù)據(jù)資源中心設(shè)計(jì)如圖3所示，通過采集或?qū)訁R聚整合“人、船、港”業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及前端北斗、AIS感知設(shè)備數(shù)據(jù)等，構(gòu)建漁船數(shù)據(jù)資源中心，在數(shù)據(jù)服務(wù)能力方面提供API服務(wù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)查詢引擎、決策分析引擎等賦能應(yīng)用，最終面向上層漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.3.1 來源層

系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集或?qū)痈＝ㄊO業(yè)船舶數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、中國(guó)漁政管理指揮系統(tǒng)、廈門州航標(biāo)處AIS位置管理系統(tǒng)、北斗運(yùn)營(yíng)中心漁船位置管理系統(tǒng)等16套系統(tǒng)，為應(yīng)用服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.3.2 數(shù)據(jù)資源中心

數(shù)據(jù)資源中心[11-13]建立了基礎(chǔ)庫(kù)、業(yè)務(wù)庫(kù)、感知庫(kù)、專題庫(kù)和非結(jié)構(gòu)化庫(kù)，同時(shí)提供數(shù)據(jù)管控服務(wù)以及數(shù)據(jù)挖掘與治理。頂層通過API服務(wù)網(wǎng)關(guān)對(duì)外提供接口服務(wù)；通過數(shù)據(jù)查詢引擎提供跨庫(kù)查詢，屏蔽底層不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的語(yǔ)法差異；通過決策分析引擎對(duì)外提供統(tǒng)一的統(tǒng)計(jì)分析入口。

1.3.3 應(yīng)用層

系統(tǒng)為管理部門提供漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理服務(wù)，為公眾提供海洋預(yù)報(bào)、氣象信息、漁業(yè)資訊和漁業(yè)政策查詢服務(wù)，為漁業(yè)從業(yè)人員提供漁船相關(guān)信息管理與動(dòng)態(tài)查看服務(wù)。

1.4 業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)業(yè)務(wù)面向省、市、縣、鄉(xiāng)提供逐級(jí)上報(bào)、上下貫通的體系架構(gòu)，輔以信息管理提供底層數(shù)據(jù)管理、一張圖提供可視化展示方式、分析服務(wù)提供個(gè)性化分析能力。業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖4所示，由信息管理、值班管理、應(yīng)急管理、分析服務(wù)、一張圖組成。

1.4.1 信息管理

信息管理涵蓋系統(tǒng)中船員、漁船、漁港等相關(guān)信息管理，以及養(yǎng)殖區(qū)信息、實(shí)時(shí)海況、漁業(yè)承災(zāi)體信息、漁業(yè)災(zāi)害資源等輔助決策信息的展示。系統(tǒng)中的漁船、船員、漁港等數(shù)據(jù)來自于外部系統(tǒng)，通過接口對(duì)接方式，實(shí)現(xiàn)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫(kù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了漁船、漁港、船員、臺(tái)風(fēng)、應(yīng)急資源等數(shù)據(jù)檢索的“快、精、準(zhǔn)、全”和統(tǒng)一存儲(chǔ)。

1.4.2 值班管理

值班管理提供日常值班管理、話務(wù)接處警、通訊錄調(diào)度管理、報(bào)表管理等模塊，通過自然語(yǔ)言識(shí)別技術(shù)，標(biāo)識(shí)語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字中的重點(diǎn)信息，如電話、地址，輔助定位、二次定位快速鎖定事件發(fā)生位置。在日常值班事件處理過程中發(fā)生事件升級(jí)，則一鍵轉(zhuǎn)換為應(yīng)急事件，進(jìn)入應(yīng)急管理模塊中處理。

1.4.3 應(yīng)急管理

應(yīng)急管理提供了應(yīng)急事件全生命周期的信息化管理手段，從事前的應(yīng)急資源管理、應(yīng)急演練管理，到事中的應(yīng)急事件處置、應(yīng)急輔助決策、指揮調(diào)度管理、應(yīng)急資源檢索，再到事后的總結(jié)評(píng)估管理，貫穿應(yīng)急事件處置的每一個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急事件聯(lián)動(dòng)、高效處置。

1.4.4 分析服務(wù)

分析服務(wù)包括一船一檔、數(shù)據(jù)魔方和數(shù)據(jù)分析工具，一船一檔提供船舶畫像能力，為漁船分析提供可視化能力；數(shù)據(jù)魔方是數(shù)據(jù)碰撞分析工具，可通過“托、拉、拽”快速實(shí)現(xiàn)多表之間的交集、并集、篩選處理，預(yù)置多船一碼、一船多碼等分析模型；數(shù)據(jù)分析提供報(bào)表定制化工具，用戶可自定義關(guān)注報(bào)表。

1.4.5 一張圖管理

一張圖管理包括日常管理一張圖、決策指揮一張圖，日常管理一張圖服務(wù)于日常值班管理工作，為基層工作人員提供地理信息可視化視圖[12-15]；決策指揮一張圖為領(lǐng)導(dǎo)提供輔助決策。

2 應(yīng)用效果

系統(tǒng)為漁業(yè)主管部門提供實(shí)時(shí)海上漁船的準(zhǔn)確位置、航向、船速和歷史軌跡，第一時(shí)間接收遇險(xiǎn)報(bào)警信息、聯(lián)系周邊漁船前往救援，形成省、市、縣三級(jí)聯(lián)動(dòng)的海上突發(fā)事件應(yīng)急處置機(jī)制，有效增強(qiáng)了海洋與漁業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力。

系統(tǒng)自2020年8月運(yùn)行以來，共接收?qǐng)?bào)警并成功救助遇險(xiǎn)船舶104起(艘)，成功救助遇險(xiǎn)船員1 107人，挽回經(jīng)濟(jì)損失3.12億元。特別是2020年12月7日15時(shí)，系統(tǒng)收到“閩東漁61389”報(bào)警，通過系統(tǒng)查詢周邊船舶，緊急調(diào)度漁船“閩東漁61168”前往救援，最終船上10人被全部救起；2021年7月15日15時(shí)32分接報(bào)險(xiǎn)情，通過系統(tǒng)快速定位事發(fā)船舶位置，協(xié)調(diào)福建省海上搜救中心派遣東海第二救助飛行隊(duì)救助直升機(jī)前往事發(fā)海域救助“閩閩漁11029”，并協(xié)調(diào)福州市海洋與漁業(yè)局、平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局派出“中國(guó)海監(jiān)8015”等船舶前往現(xiàn)場(chǎng)組織救援，于17時(shí)06分，東二飛直升機(jī)“B-7310”通過系統(tǒng)精確定位事發(fā)船舶位置，并在事發(fā)海域附近成功救起“閩閩漁11029” 5名遇險(xiǎn)船員。

系統(tǒng)依托政務(wù)云平臺(tái)的基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行部署應(yīng)用。在項(xiàng)目實(shí)施建設(shè)工程中，新增敏感海域預(yù)警、天基AIS接入融合處理、僵尸漁船統(tǒng)計(jì)、碼號(hào)錯(cuò)誤分析等多種大數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)，但可研申請(qǐng)批復(fù)的服務(wù)器虛擬資源有限，對(duì)系統(tǒng)整體響應(yīng)影響較大，后續(xù)將根據(jù)業(yè)務(wù)需求及服務(wù)器資源規(guī)則優(yōu)化申請(qǐng)政務(wù)資源擴(kuò)容升級(jí)。此外，針對(duì)本次項(xiàng)目大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件申請(qǐng)的單一物理機(jī)存在的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，后續(xù)將向政務(wù)云平臺(tái)申請(qǐng)容災(zāi)備份，確保系統(tǒng)高效、可靠、持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

福建省漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建全國(guó)首個(gè)漁船畫像，實(shí)現(xiàn)漁船全生命周期管控，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)省級(jí)多源數(shù)據(jù)融合與精細(xì)化保障，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)漁業(yè)安全行為智能化管理，運(yùn)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)覆蓋全省海域的海洋漁業(yè)智能語(yǔ)音交互服務(wù)，重點(diǎn)打造了一批智慧化漁船應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)建設(shè)成效顯著，漁船漁民安全得到了有力保障，經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出效益顯著。系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益獲得行業(yè)專家的高度評(píng)價(jià)，作為全國(guó)漁船安全管理、海難事故救助模范樣板，福建省漁船動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)受到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、福建省委省政府充分肯定，其建設(shè)思路值得全國(guó)大力推廣應(yīng)用。