淺析信息化系統(tǒng)在漁港管理中的應(yīng)用

文/付曉鵬 王光峻 韓真 張駿

漁港既是保障漁業(yè)安全生產(chǎn)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是開(kāi)發(fā)利用海洋生物資源的重要基地和樞紐。加強(qiáng)漁港信息化建設(shè)是我國(guó)海洋漁業(yè)發(fā)展調(diào)整中的一個(gè)重要方面，能夠?yàn)椤耙栏酃艽苋斯馨踩惫ぷ鏖_(kāi)展提供強(qiáng)有力支撐。本文詳細(xì)介紹了“智慧漁港”信息系統(tǒng)的組成部分與實(shí)現(xiàn)方法，闡述了系統(tǒng)如何采用多模式融合通信技術(shù)、漁船識(shí)別技術(shù)、船員信息管理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)港、船、人的全面管控及綜合指揮調(diào)度，供我國(guó)沿海省市漁港建設(shè)及管理機(jī)構(gòu)參考借鑒。

漁港是為漁船停泊、漁貨裝卸、漁貨保鮮、冷藏加工、漁網(wǎng)修補(bǔ)和漁船生產(chǎn)及生活物資補(bǔ)給而設(shè)的港口，是漁船隊(duì)的基地。根據(jù)其服務(wù)范圍與功能、漁船數(shù)量、吞吐能力、發(fā)展前景等，我國(guó)沿海漁港可分為中心漁港、一級(jí)漁港、二級(jí)漁港、三級(jí)及以下漁港。新時(shí)期漁港建設(shè)基本思路是“依港養(yǎng)港、依港拓漁、依港管漁、依港興業(yè)、依港興城”，并以漁港經(jīng)濟(jì)區(qū)為平臺(tái)和載體，加快建設(shè)智慧漁港，全面提升漁港管理的信息化水平，促進(jìn)“依港管港、依港管船、依港管漁、依港管人”，推動(dòng)漁港科學(xué)化管理。

目前，我國(guó)共有各級(jí)漁港一千余座，多建于20世紀(jì)80年代，信息化水平落后，存在諸多問(wèn)題。如人員力量不足，管理手段較為單一粗放；漁港信息化水平不足，無(wú)法滿足漁業(yè)安全生產(chǎn)和漁港經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展需要；進(jìn)出港登記報(bào)告不規(guī)范，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)港內(nèi)漁船的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)管；漁船超員、超載、超航區(qū)、超抗風(fēng)等級(jí)出海等違法違規(guī)行為屢禁不止等，漁港信息化改造迫在眉睫。

漁港信息化建設(shè)是我國(guó)海洋漁業(yè)發(fā)展調(diào)整過(guò)程中非常重要的措施與環(huán)節(jié)，不但能為漁船安全提供“千里眼、順風(fēng)耳”，還能為漁業(yè)產(chǎn)、供、銷(xiāo)及相關(guān)的管理和服務(wù)提供有效信息支持，為“依港管船管人管安全”工作開(kāi)展提供強(qiáng)有力支撐。經(jīng)過(guò)前期調(diào)研沿海漁港建設(shè)需求，山東省日照市海洋與漁業(yè)監(jiān)督監(jiān)察支隊(duì)和有關(guān)公司合作開(kāi)發(fā)了“智慧漁港”信息系統(tǒng)，本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)思路、實(shí)現(xiàn)方法及初步成效，以期為我國(guó)沿海各漁港建設(shè)及管理提供參考經(jīng)驗(yàn)。

一、系統(tǒng)概述

“智慧漁港”信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“系統(tǒng)”）采用信息化手段和人工智能技術(shù)，打通國(guó)家、省市及協(xié)管部門(mén)權(quán)威數(shù)據(jù)和服務(wù)，基于電子政務(wù)云服務(wù)，融合北斗、AIS、雷達(dá)、漁港視頻監(jiān)控等技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)漁船的管控能力，確保漁業(yè)生產(chǎn)秩序穩(wěn)定。

系統(tǒng)集漁港管理、漁船管理、船員管理、海洋氣象、實(shí)時(shí)預(yù)警、實(shí)時(shí)救援、實(shí)時(shí)視頻功能于一體，重點(diǎn)圍繞“人、船、港”等三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，著力解決“船只合法、船在哪里、誰(shuí)在船上、生產(chǎn)安全”等問(wèn)題。系統(tǒng)具有漁船時(shí)刻“在線”、漁船分類(lèi)統(tǒng)計(jì)、漁船出海報(bào)備、人員核對(duì)、船舶進(jìn)出港點(diǎn)驗(yàn)、漁船傾覆落水報(bào)警、航道錨地違規(guī)錨泊報(bào)警、未開(kāi)啟AIS終端報(bào)警、實(shí)時(shí)救援指揮、“三無(wú)”船舶甄別等有效管控能力。系統(tǒng)對(duì)接國(guó)家、省市和協(xié)管部門(mén)權(quán)威電子海圖與界限服務(wù)，準(zhǔn)確標(biāo)注海洋地標(biāo)（詳細(xì)地名等）、養(yǎng)殖區(qū)域、航道錨地、敏感水域、涉外警戒線、海上南北大通道、近海航路等信息，以及實(shí)時(shí)上報(bào)船舶航行、人員行為、設(shè)備預(yù)警等信息。系統(tǒng)有效解決了船舶作業(yè)監(jiān)督管理難、船舶數(shù)據(jù)收集不及時(shí)不準(zhǔn)確、船員管理手段缺乏、預(yù)警無(wú)響應(yīng)、缺少智能化的船舶安全預(yù)警系統(tǒng)等問(wèn)題，有效提升漁業(yè)船舶管理現(xiàn)代化、智慧化、精準(zhǔn)化水平和海洋漁業(yè)監(jiān)管水平。

二、實(shí)現(xiàn)方法

系統(tǒng)綜合采用多模式融合通信技術(shù)、氣象數(shù)據(jù)解析與展示技術(shù)、漁船識(shí)別技術(shù)、船員信息管理技術(shù)等信息化手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)港、船、人的全面管控及綜合指揮調(diào)度。

（一）多模式融合通信技術(shù)

目前，在常規(guī)專(zhuān)網(wǎng)通信領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音互通功能主要靠使用延續(xù)美國(guó)雷神公司標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的集群網(wǎng)關(guān)硬件，其存在無(wú)法對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行控制的缺點(diǎn)。在新系統(tǒng)中運(yùn)用的多模式融合通信技術(shù)，創(chuàng)新性地利用數(shù)字化軟交換實(shí)現(xiàn)對(duì)短波、超短波、甚高頻等海上專(zhuān)網(wǎng)通信設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，打破了以往專(zhuān)網(wǎng)通信對(duì)硬件的過(guò)度依賴(lài)，填補(bǔ)了海上融合通信領(lǐng)域的空白。通過(guò)打造高效多頻段通信互通模式，實(shí)現(xiàn)基于用戶需求的通信資源調(diào)配、動(dòng)態(tài)分組、互通轉(zhuǎn)接，打破不同頻率通信“孤島”，提高海上通信效率，在應(yīng)急狀態(tài)下保障信息的有效傳遞。

多模式融合通信基于通信及控制協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)搭建不同頻段之間的互聯(lián)互通平臺(tái)；通過(guò)對(duì)核心交換技術(shù)、實(shí)時(shí)通信技術(shù)、語(yǔ)音編解碼技術(shù)、基于通信協(xié)議的控制技術(shù)、通信網(wǎng)安技術(shù)的研究，以軟件（互聯(lián)網(wǎng)）替代硬件通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于通信協(xié)議的不同通信設(shè)備之間互聯(lián)互通、不同地域的通信系統(tǒng)互聯(lián)互通、同一平臺(tái)不同通信系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、基于通信分組成員需求的通信資源動(dòng)態(tài)分配，同時(shí)確?，F(xiàn)有系統(tǒng)平滑擴(kuò)容。

系統(tǒng)主要由多?？刂破?、核心交換機(jī)和通信終端構(gòu)成。由于不同的通信終端（短波電臺(tái)、超短波電臺(tái)、甚高頻電臺(tái)、公網(wǎng)電話）使用不同的通信及控制協(xié)議，為保證信息交換，在通信設(shè)備前置加裝自主研發(fā)的多?？刂破鬟M(jìn)行前置協(xié)議采集、分析，開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化通信MICON（全數(shù)字化安全級(jí)儀控平臺(tái)系統(tǒng)）控制協(xié)議，可完成通信過(guò)程的編碼、解碼和控制命令傳輸。在通信過(guò)程中，控制器把本地設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議后發(fā)出信息，收到信息時(shí)，控制器把標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議轉(zhuǎn)化為本地協(xié)議并控制設(shè)備執(zhí)行。該差異化兼容控制及標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議轉(zhuǎn)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)備同一平臺(tái)控制應(yīng)用。系統(tǒng)基于SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的通信軟交互，基于加權(quán)優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)信息交互的控制，采用高壓縮比的雙語(yǔ)音編解碼算法提高通信效率，采用“時(shí)分復(fù)用技術(shù)”與“令牌環(huán)算法”結(jié)合的方法，對(duì)預(yù)定通信頻率資源范圍進(jìn)行頻譜資源使用感知，自動(dòng)分配空閑可用通信頻率建立通信連接，并實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗系統(tǒng)平滑擴(kuò)容。

系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)為：系統(tǒng)整體語(yǔ)音傳輸抖動(dòng)≤100ms、傳輸給甚高頻系統(tǒng)的抖動(dòng)≤60ms；至少支持G711、G729A兩種編碼要求，并根據(jù)發(fā)起呼叫端的語(yǔ)音編碼方式自動(dòng)匹配，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)選擇編碼模式；通話組容量≥16個(gè)、通話成員容量≥200個(gè)、通話及錄制≥16路；支持分權(quán)限系統(tǒng)控制，授權(quán)用戶可更改控制電臺(tái)或公網(wǎng)電話運(yùn)行參數(shù)；控制命令執(zhí)行間隔時(shí)間應(yīng)＞1s，支持執(zhí)行防抖動(dòng)；支持防抖動(dòng)傳輸及糾錯(cuò)交互；支持序列號(hào)認(rèn)證、來(lái)源認(rèn)證、加密授權(quán)。

多模通信系統(tǒng)控制器主要技術(shù)指標(biāo)為：支持24h運(yùn)行，平均故障恢復(fù)時(shí)間＜10min；電磁輻射小于-40dB時(shí)抗干擾工作；支持語(yǔ)音識(shí)別能力，能夠在信噪比大于20dB的情況下識(shí)別語(yǔ)音是否為有效語(yǔ)音；在語(yǔ)音傳輸抖動(dòng)小于100ms時(shí)，能夠正確重現(xiàn)語(yǔ)音；在語(yǔ)音數(shù)據(jù)包丟失10%時(shí)，能重現(xiàn)語(yǔ)音內(nèi)容。

多模通信系統(tǒng)服務(wù)器主要技術(shù)指標(biāo)為：支持24h運(yùn)行，平均故障恢復(fù)時(shí)間＜3min；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)速率≥6000kb/s。其主要功能有四項(xiàng)。單呼是由控制中心或客戶端呼叫不同通信終端，或者由不同通信終端呼叫控制中心與客戶端的單向呼叫。組呼是將系統(tǒng)內(nèi)不同的客戶端、通信終端編入同一通話組，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)所有對(duì)象的跨頻段通信。群呼是依據(jù)任務(wù)及需求的變化，對(duì)不同通話組或通信終端任意組合建立臨時(shí)的通話群組，實(shí)現(xiàn)通信。遠(yuǎn)程控制包括短波電臺(tái)遠(yuǎn)程控制、超短波電臺(tái)遠(yuǎn)程控制、甚高頻電臺(tái)遠(yuǎn)程控制、公網(wǎng)電話系統(tǒng)接入控制等內(nèi)容。

（二）氣象數(shù)據(jù)解析與展示技術(shù)

目前，氣象數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域尚存在一些未解決的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)不能定時(shí)更新操作，不能設(shè)置定時(shí)任務(wù)執(zhí)行數(shù)據(jù)更新操作；氣象數(shù)據(jù)用于web間傳輸?shù)奈募樵嫉膅rib格式轉(zhuǎn)換后的json，但過(guò)大的json文件會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力；風(fēng)場(chǎng)展示大部分使用單一顏色渲染來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)大小，不匹配專(zhuān)業(yè)人士看風(fēng)矢的行業(yè)習(xí)慣。

在新系統(tǒng)中，我們將原始的grib格式風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成體積更小、便于加密的png文件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，采用json文件進(jìn)行web間傳輸導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力較大問(wèn)題，解析后的png文件較承載相同數(shù)據(jù)量的json文件，體積減小約100倍。該氣象系統(tǒng)一次獲取未來(lái)七天的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，每天定時(shí)執(zhí)行獲取預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的腳本，并按照固定命名方式給png文件命名，刪除前一天預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)并保存當(dāng)天預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。這種定時(shí)更新操作，保證了每次獲取氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

客戶端基于leaflet（地圖庫(kù)）框架渲染風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，生成leaflet圖層，獲取對(duì)應(yīng)時(shí)刻的png數(shù)據(jù)，解析得到規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，根據(jù)雙線性插值法獲取細(xì)致數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)速大小的差異選擇不同顏色的色帶，還可以設(shè)置圖層透明度與地圖數(shù)據(jù)疊加，更加清晰地顯示風(fēng)速大小。由于專(zhuān)業(yè)人員更習(xí)慣使用風(fēng)矢的方式標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，而非專(zhuān)業(yè)人員更傾向于使用數(shù)值或者渲染顏色等更直觀方式，本技術(shù)提出了按色帶渲染不同數(shù)值的方案，并在渲染基礎(chǔ)上添加風(fēng)矢、數(shù)值與粒子，以多種形式綜合展示風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，方便技術(shù)人員、行政管理人員、漁船船員等所有人員查看使用。

（三）漁船識(shí)別技術(shù)

漁船識(shí)別技術(shù)使用兩路攝像頭對(duì)航行漁船進(jìn)行自動(dòng)跟蹤及抓拍，通過(guò)第一路攝像頭抓拍漁船視頻幀，將視頻幀中的圖像進(jìn)行移除模糊、抑制噪點(diǎn)、添加顆粒等清晰化操作，對(duì)因虛焦引起的模糊、因運(yùn)動(dòng)引起的模糊以及高斯模糊的照片，通過(guò)傅里葉變換方法重建失真圖像，復(fù)原模糊圖片，有效地把模糊、散焦、抖動(dòng)的照片變清晰。將清晰的圖片使用YOLOv3算法（目標(biāo)檢測(cè)算法），提取特征后得到特征圖，生成候選區(qū)域并產(chǎn)生預(yù)測(cè)框標(biāo)簽，將特征圖與預(yù)測(cè)框標(biāo)簽建立關(guān)聯(lián)，創(chuàng)建損失函數(shù)，最終形成漁船識(shí)別模型。

當(dāng)漁船經(jīng)過(guò)碼頭監(jiān)控點(diǎn)，將抓拍并處理的結(jié)果圖片幀放入系統(tǒng)中，調(diào)用漁船識(shí)別模型進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別漁船后，將漁船位置傳給第二路攝像頭。第二路攝像頭根據(jù)漁船位置進(jìn)行左右移動(dòng)、上下移動(dòng)、放大處理，并將采集的視頻幀發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行文字運(yùn)算處理，識(shí)別船號(hào)文字信息，如視頻幀不清楚，將重新進(jìn)行拍照；識(shí)別到船號(hào)后，給視頻上的漁船加上船號(hào)以及漁船船號(hào)框，方便錄像中能查看到漁船及船號(hào)。

目前，漁船信息識(shí)別主要采用RFID射頻技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別進(jìn)出港漁船船號(hào)，但由于RFID識(shí)別距離有限，且需要在船上進(jìn)行施工安裝后使用，給漁船管理特別是外籍漁船管理帶來(lái)了額外麻煩。本系統(tǒng)通過(guò)視頻識(shí)別技術(shù)獲取進(jìn)出港漁船信息，作為卡口處RFID識(shí)別船舶身份的補(bǔ)充，彌補(bǔ)RFID識(shí)別距離小的不足。漁船識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)O船船號(hào)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控器上，后期可根據(jù)船號(hào)查詢漁船信息，方便漁港管理人員對(duì)漁船的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，減少漁船違規(guī)出海等情況的發(fā)生。

（四）船員信息管理技術(shù)

通過(guò)采集船員的照片、位置以及時(shí)間生成登記信息，使用信息—摘要算法5（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“MD5算法”）進(jìn)一步提取特征信息，采用128位的AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）加密算法對(duì)提取出的特征信息進(jìn)行加密，以形成加密特征信息。將登記信息和加密特征信息組合生成核查信息，對(duì)核查信息賦予唯一的信息ID，并保存。同時(shí)，將采集照片處理為縮略圖后，同位置和時(shí)間合并生成上報(bào)信息。使用MD5算法提取特征信息并利用AES加密算法進(jìn)行加密，與上報(bào)信息組合生成記錄信息，上傳至服務(wù)器，進(jìn)行船員登記。利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間校準(zhǔn)功能對(duì)信息采集時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，防止有人擅自篡改時(shí)間造假。管理人員可以登錄服務(wù)器，查看服務(wù)器中保存的上報(bào)信息，以了解船員登記情況。

當(dāng)管理人員對(duì)某一條上報(bào)信息的真實(shí)性存在質(zhì)疑時(shí)，可以通過(guò)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，要求上傳縮略圖所對(duì)應(yīng)的原始照片，進(jìn)一步核查，實(shí)現(xiàn)原始信息的追源。服務(wù)器在追源時(shí)，可以通過(guò)對(duì)原始登記信息以及追源時(shí)上傳的核查信息進(jìn)行比對(duì)，準(zhǔn)確驗(yàn)證信息是否真實(shí)有效，從而對(duì)出港船員進(jìn)行管理，杜絕無(wú)證船員、超員出海等違規(guī)行為的發(fā)生。

本技術(shù)采用“位置+時(shí)間+縮略圖”的方式形成上報(bào)信息，發(fā)送至服務(wù)器，能夠以較小數(shù)據(jù)量完成信息收集工作，便于信息及時(shí)、快速上傳，大大降低港口碼頭網(wǎng)絡(luò)壓力。

三、展望

目前，我國(guó)漁港基礎(chǔ)建設(shè)和管理水平仍相對(duì)落后，基于漁港管理的法律法規(guī)體系尚不完善。漁港是海洋漁業(yè)生產(chǎn)的重要基地，如何通過(guò)加強(qiáng)漁港信息化建設(shè)讓我國(guó)海洋漁業(yè)管理的各項(xiàng)工作更符合漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，如加強(qiáng)伏季休漁、限額捕撈、定點(diǎn)上岸和漁獲統(tǒng)計(jì)等，還需進(jìn)一步展開(kāi)深入的研究和探索。