張文彬 高乃江

摘? 要：針對沿海城市海岸線管控的實際特點，提出了系統(tǒng)的智慧海岸建設(shè)技術(shù)實現(xiàn)方式。分析了利用岸基雷達鏈技術(shù)對海上船舶位置的管控方法，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)技術(shù)對人臉、車輛、船舶的識別方法，以及數(shù)據(jù)ETL技術(shù)的數(shù)據(jù)倉庫存儲涉海要素信息方法。系統(tǒng)地對智慧海岸建設(shè)思路進行了梳理規(guī)劃，為更好地開展海岸線智能管控工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智慧海岸? 岸基雷達鏈? 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)? 數(shù)據(jù)倉庫

中圖分類號：P748? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0123-03

Abstract： Aiming at the actual characteristics of coastal city coastline management， proposed the systematic realization method of smart coast construction technology. Analyzing the management method of ships position at sea that utilizes shore-based radar chains， recognition method of convolutional neural network learning technology for faces， vehicles and ships， and data ETL technology data warehouse storage method of maritime elements information. The construction idea of the smart coast is systematically sorted out and planned to provide reference for the better implementation of the intelligent control of the coastline.

Key Words： coast; Shore-based radar chain; Convolutional neural networks; Data warehouse

1? 研究背景及意義

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展及收入水平的不斷提高，部分周邊國家民眾將就業(yè)眼光轉(zhuǎn)向我國，但因合法入境務(wù)工手續(xù)繁瑣，大量境外人員難以正常入境務(wù)工，采取偷渡入境方式非法進入我國。我市大部分企業(yè)招工困難，且國內(nèi)用工成本較高，在本地務(wù)工人員無法滿足企業(yè)用工需求的情況下，個別企業(yè)鋌而走險，通過非法途徑招收“三非”人員進廠務(wù)工。

2? 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 基于岸基雷達鏈的船舶監(jiān)視管理系統(tǒng)。

在重點海岸線管控區(qū)域部署岸基雷達與視頻監(jiān)控站點，岸基雷達間隔保持合理距離，保證有效掃描區(qū)域部分重合，將各獨立岸基雷達通過軟件系統(tǒng)聯(lián)通形成岸基雷達鏈。岸基雷達全天候?qū)Ｃ娴倪M出港船舶掃描監(jiān)視，結(jié)合激光視頻監(jiān)控技術(shù)，將雷達回波信號和視頻監(jiān)控聯(lián)動處理，并融合船舶識別的AIS信息，提高對近海船舶位置、型號的識別能力和目標跟蹤的精確度，全面提升對沿海涉漁、涉海船舶違法行為的情報獲取能力和精準打擊水平。

2.1.1 自適應(yīng)固定地物雜波濾除

建立在海岸線上的岸基雷達需要克服陸地回波的干擾，采用雜波濾除技術(shù)建立固定地物雜波圖，將架設(shè)在沿岸的岸基雷達站接收到的無用雜波（海島、海岸線、燈塔、陸地、山峰）與固定地物雜波圖對消，篩除干擾信號后只留下移動的船舶回波信號，以保證對海上移動船舶的高效識別。為保證固定地物雜波的準確性，需要雜波圖動態(tài)調(diào)整的自適應(yīng)能力，當(dāng)雷達架設(shè)站點周圍地物環(huán)境發(fā)生變化時，固定地物雜波圖也能夠隨著環(huán)境的變化而自適應(yīng)地變化。

2.1.2 多回波數(shù)據(jù)源融合

多部岸基雷達結(jié)合AIS組網(wǎng)聯(lián)動工作，形成利于船舶管理的岸基雷達鏈，將同一船舶在2個雷達站覆蓋重疊區(qū)分別探測，對雷達點跡數(shù)據(jù)時空配準、誤差補償、點跡合并求精、目標跟蹤濾波，生成連續(xù)的船舶運行數(shù)組數(shù)據(jù)，定位跟蹤雷達輻射范圍內(nèi)的船舶運行軌跡。除了雷達探測信號的相互融合外，還結(jié)合船舶識別AIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將雷達探測的移動目標與船舶識別AIS系統(tǒng)中的船舶數(shù)據(jù)庫匹配關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)雷達探測船舶目標分類的精準識別。

2.1.3 雷達與攝像頭云臺聯(lián)動

將雷達探測的信號與高清球機攝像頭聯(lián)動，實現(xiàn)以攝像頭為“點”、以雷達探測信號為“面”的雷達光點引導(dǎo)技術(shù)。“面”，是指由岸基雷達探測海上回波而獲得目標顯示的大畫面，“點”是指通過高清球機攝像頭云臺捕捉大畫面中的細節(jié)，二者通過雷達光點引導(dǎo)攝像頭技術(shù)達到海上“無盲區(qū)、無死角”的全方位不間斷監(jiān)控，攝像頭云臺可以自動跟蹤雷達回波信號中的具體船舶目標。

2.2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人臉、車輛、船舶識別技術(shù)

在海岸線的港灣碼頭及主要路口卡點，建設(shè)具有人臉、車輛識別功能的高清攝像機，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，加強對走私類、偷渡類等刑事案件的監(jiān)管力度。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（Data Mining）搭建符合執(zhí)法需求的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)性模型，利用人臉、車輛、船舶識別高清攝像機采集生物體特征，比對公安專用數(shù)據(jù)庫并進一步形成違法犯罪研判模型，以加強海岸線智能化監(jiān)管水平，降低執(zhí)法監(jiān)管成本，提高監(jiān)管效率。

2.2.1 人臉識別技術(shù)

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）的人臉識別技術(shù)，是在不同應(yīng)用場景下搜集海量人臉數(shù)據(jù)集，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型自動學(xué)習(xí)人臉特征，并進一步泛化到其他各類識別場景中。系統(tǒng)前端采用高清攝像機采集實時人臉視頻圖像，通過專網(wǎng)傳輸?shù)筋A(yù)處理服務(wù)器檢測、跟蹤、抓拍及質(zhì)量判斷形成一張張的人臉照片，將人臉照片與數(shù)據(jù)集中的人臉數(shù)據(jù)庫特征提取比對，按照業(yè)務(wù)要求研判分析，并輸出比對結(jié)果。

2.2.2 車輛識別技術(shù)

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）的車輛識別技術(shù)，是從海量的車輛數(shù)據(jù)集中，學(xué)習(xí)車輛外形和車牌特征，基于深層次卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型，建立車輛牌號、特征等圖像分類，從而實現(xiàn)對車輛類型等精準識別。業(yè)務(wù)工作中可能會增加晝伏夜出的大貨車等特征比對模型，利用計算機算法分析比對車輛型號布，做到違法犯罪的提前預(yù)警。

2.2.3 船舶識別技術(shù)

在碼頭出入港卡口位置安裝高清攝像機采集進出港船舶視頻圖像，通過歸一、裁剪等操作統(tǒng)一船舶圖像的尺寸大小，再對船舶圖像做亮度增強或噪點去除等技術(shù)操作使船舶圖像清晰度更好、信噪比更高。采用數(shù)字圖像處理的Gabor濾波變換算法提取船舶圖線幅值，提取船舶圖像類型識別特征，根據(jù)特征向量的數(shù)量確定卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)卷積層，將船舶圖像類型作為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的期望輸出，確定卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的層次結(jié)構(gòu)。設(shè)定卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，如權(quán)值、閾值等，通過梯度下降算法對權(quán)值、閾值進行調(diào)整，使得卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出誤差不斷下降，船舶圖像識別準確度逐步提高，從而建立船舶圖像類型的識別分類器。在識別應(yīng)用場景中，對需要識別的船舶圖像信息，通過分類器識別船舶圖像的類型，并輸出。

2.3 基于移動智能終端的出海船舶、出海漁船民信息報備系統(tǒng)

出海船舶和漁船民報備系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)移動智能終端的采集端軟件，依托于手機、平板電腦等移動終端實現(xiàn)的數(shù)據(jù)錄入和上報。該軟件是在國務(wù)院取消海岸管理部門頒發(fā)《出海船舶戶口簿》和《出海船民證》兩項行政許可背景下設(shè)計開發(fā)的，主要理念是在“放管服”的大環(huán)境下，強調(diào)管理部門的服務(wù)水平，以服務(wù)促管理的理念，提高海岸警察部門對出海船舶和出海漁船民管理的有效性。

2.3.1 UI交互設(shè)計

UI交互設(shè)計，即移動端軟件的用戶體驗，可以簡單理解為用戶使用產(chǎn)品的感受。由于軟件的用戶是廣大出海生產(chǎn)作業(yè)的人民群眾，軟件的互動感和體驗效果是移動端UI交互設(shè)計的關(guān)鍵。

2.3.2 優(yōu)化交互設(shè)計的具體策略

保證用戶高效使用。避免用戶做出錯誤的操作，根據(jù)用戶的操作習(xí)慣設(shè)計界面按鈕位置，可以讓用戶點擊一次操作的，絕不點擊兩次，以提高軟件的使用舒適度。如出港船舶在入港時，會在入港報備界面自動回填出港碼頭名稱，避免重復(fù)錄入。

保證產(chǎn)品頁面清晰明了。頁面的色彩搭配、框架構(gòu)型符合漁船民或船舶代理的使用習(xí)慣。操作界面上只有出港和入港兩項按鈕，用戶操作時，系統(tǒng)自動關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)，使操作更加簡便快捷。同時，考慮到海邊環(huán)境較差的問題，頁面優(yōu)化了按鈕大小和觸碰位置。

優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，注重情感投入。設(shè)計工作注入了海岸警察部門對漁船民的關(guān)懷，主要設(shè)計工作也圍繞用戶的需求展開。在漁船民信息報備的頁面，增加了OCR身份證拍照識別技術(shù)，通過拍照提取二代身份證信息，以減少手工錄入的繁雜操作。

2.4 基于數(shù)據(jù)ETL技術(shù)的涉海信息采集云平臺

涉海信息采集云平臺是智慧海岸項目的大腦，負責(zé)收集存儲涉海各類要素數(shù)據(jù)（出海船舶、漁船民、漁業(yè)公司、修造船企業(yè)、港口碼頭、涉海勞務(wù)中介等），平臺分為民警采集端和資源接口端。民警采集端的數(shù)據(jù)來源主要是日常執(zhí)法執(zhí)勤業(yè)務(wù)涉海數(shù)據(jù)的匯總上報。資源接口端的數(shù)據(jù)來源廣泛對接了第三方開發(fā)的涉海應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)，通過專用通道和數(shù)據(jù)接口程序，將社會平臺中的涉海數(shù)據(jù)匯聚到管理部門搭建的數(shù)據(jù)倉庫，現(xiàn)有接入包含：岸基雷達鏈船舶監(jiān)管系統(tǒng)、人臉車輛船舶識別系統(tǒng)、出海船舶漁船民報備系統(tǒng)等數(shù)據(jù)資源。

2.4.1 ETL的內(nèi)容

大量不同類型的數(shù)據(jù)對接到涉海信息采集云平臺，需要平臺自身擁有先進的數(shù)據(jù)ETL功能，從而使不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式后流向目標數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)清洗（ETL）包含3個主要過程：數(shù)據(jù)源抽取（Extract）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（Transform）和數(shù)據(jù)裝載（Loading）。

2.4.2 ETL過程的特點

數(shù)據(jù)的ETL過程是數(shù)據(jù)源的抽取、清洗、轉(zhuǎn)換和裝載，形成數(shù)據(jù)串行或并行的過程，操作流程中對全部數(shù)據(jù)的處理是批量操作，采用批量裝載工具。

元數(shù)據(jù)。是指描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)換前后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換規(guī)則，以及ETL形式參數(shù)的管理。

轉(zhuǎn)換規(guī)則的定義方法。提供包括日期處理函數(shù)、字符串處理函數(shù)等函數(shù)集，采用常用規(guī)則方法定義語言的描述規(guī)則。

數(shù)據(jù)的快速索引。采用Hash算法技術(shù)，將參照關(guān)系表提前裝入內(nèi)存，轉(zhuǎn)換時查找Hash表。

數(shù)據(jù)流程的控制。將相同數(shù)據(jù)單元之間存在共同操作的數(shù)據(jù)表，裝載為一個數(shù)據(jù)ETL單元，通過反復(fù)調(diào)用相同數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換存儲，有效節(jié)省數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資源，進一步提高了系統(tǒng)的工作效率。

3? 應(yīng)用前景

智慧海岸建設(shè)是一項系統(tǒng)性工程，在使用效果上，要突出執(zhí)法部門具體執(zhí)法行為與各軟硬件平臺的相互配合，通過雷達探測系統(tǒng)、人臉車輛船舶識別攝像機，以及服務(wù)于廣大漁船民群眾的出海漁船民報備軟件，各自在職責(zé)范圍內(nèi)采集海岸線附近的動態(tài)數(shù)據(jù)信息，通過涉海信息采集平臺建立數(shù)據(jù)倉庫，分類清洗、轉(zhuǎn)換、存儲涉海要素數(shù)據(jù)信息。智慧海岸建設(shè)是對現(xiàn)有港灣碼頭管理方法的升級，使管理部門借助科技手段，提高港灣碼頭的管理水平，通過信息協(xié)同聯(lián)動、線上線下共管，加大對沿?！叭裏o”船舶的清剿力度，提高走私、偷越國邊境類犯罪案件的打擊能力。

智慧海岸建設(shè)要多方面創(chuàng)新探索，突出產(chǎn)業(yè)融合特點，堅持綠色發(fā)展理念，探索投資機制創(chuàng)新，采取政府與企業(yè)共建的模式，解決建設(shè)資金難題。探索經(jīng)營管理新機制，秉承執(zhí)法與管理相分離原則，以實現(xiàn)海岸線的全天候、全覆蓋監(jiān)控管理，確保漁船生產(chǎn)作業(yè)安全。

4? 結(jié)語

目前，智慧海岸建設(shè)尚屬于技術(shù)探索階段，國內(nèi)并沒有一套可供參考的完整系統(tǒng)，本文作者在研究智慧海岸技防設(shè)施建設(shè)時，對本地的主要港灣碼頭開展的大量的走訪調(diào)研，翻閱了科技類、管理類書籍資料，并與國內(nèi)個別技術(shù)廠商反復(fù)推演項目可行性，結(jié)合本地區(qū)的管理工作經(jīng)驗，提出了以岸基雷達鏈管海管船、人車識別攝像機管陸地的技防手段，同時利用涉海信息采集云平臺系統(tǒng)分類存儲船舶、車輛、出海漁船民數(shù)據(jù)，形成了一套獨立的海岸管理工作方法。智慧海岸建設(shè)的目標是利用現(xiàn)代科技手段實現(xiàn)船從哪里來、在哪里停，下船幾個人、人到哪里去的全域監(jiān)控監(jiān)管，本文所涉及的管理方法可能未必是最好的方案，但是可以為后期建設(shè)提供經(jīng)驗借鑒。

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