黃端瓊

(福建省海洋預報臺，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突發(fā)事件的響應速度、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，各國對漁船安全問題非常重視，為提升漁業(yè)生產(chǎn)效率，實現(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)、船舶自動識別(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展[1-3]。早在 1991年，美國就開始了漁船監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應用，通過 GPS 衛(wèi)星通訊技術(shù)實現(xiàn)追蹤船位、收集漁獲、監(jiān)控環(huán)境等功能。歐盟于1994 年開始實施漁船監(jiān)控系統(tǒng)計劃，為目前全球應用范圍最廣的組織[4]。中國于2008年建立了中國漁政管理指揮系統(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]。

由于臺灣海峽的狹管效應，導致福建海域常年大風浪天氣頻發(fā)，海況復雜，海難事故頻發(fā)，漁業(yè)安全生產(chǎn)形勢嚴峻，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、標準不一、缺少終端鏈路監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析展示有限、無法形成值班業(yè)務閉環(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，提出福建省漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)(以下簡稱“系統(tǒng)”)設計與實現(xiàn)方案，通過融合大量重點船舶定位信息，匯聚整合漁船相關(guān)數(shù)據(jù)，打造集值班管理、應急管理和分析服務于一體的業(yè)務應用體系，以期進一步提升海洋漁業(yè)信息智能化應用和漁業(yè)管理部門政府服務能力。

1 系統(tǒng)設計與功能實現(xiàn)

1.1 總體框架設計

系統(tǒng)遵循海洋信息化標準規(guī)范體系，并依托“數(shù)據(jù)福建”政務云平臺(以下簡稱“政務云平臺”)的安全保障體系和配套的運維保障體系，按照感知層、傳輸層、設施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應用層、用戶層的架構(gòu)設計，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、設施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應用層和用戶層構(gòu)成，依托政務云平臺的基礎設施，通過匯集前端感知設備回傳的感知數(shù)據(jù)形成漁船動態(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)及服務支撐、移動應用支撐和通用能力支撐的應用支撐系統(tǒng)，定制開發(fā)值班管理-應急指揮-數(shù)據(jù)分析為主線的業(yè)務應用，形成覆蓋桌面端(PC端)和移動端的應用體系，為各層級用戶提供服務。

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設備和漁港視頻監(jiān)控設備等感知設備，通過前端感知設備獲取漁船定位數(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)進行傳輸；用戶通過電子政務外網(wǎng)、無線通信網(wǎng)(即移動網(wǎng)絡)或互聯(lián)網(wǎng)對系統(tǒng)進行訪問。

1.1.3 設施層

設施層依托政務云平臺提供的計算、存儲、網(wǎng)絡、安全等基礎環(huán)境，將系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在云計算數(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)存儲框架和傳統(tǒng)Oracle業(yè)務數(shù)據(jù)庫，大數(shù)據(jù)存儲框架對海量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、加工；傳統(tǒng)Oracle存儲業(yè)務化應用數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)量相對較小。按照結(jié)構(gòu)類型分為結(jié)構(gòu)化庫和非結(jié)構(gòu)化庫，其中結(jié)構(gòu)化庫包括基礎庫、感知庫、業(yè)務庫、專題庫等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化庫用來存儲視頻、圖片、語音、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)務應用提供統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一用戶認證、分布式緩存、海陸一張圖、智能語音引擎、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)展示、統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)和應用支撐服務。

1.1.6 應用層

應用層包括漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)、福海通、全國漁業(yè)無線電管理服務平臺等。其中，漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)包括一張圖、漁船管理、值班管理、臺風防御、突發(fā)應急。福海通包括福海通App和福海通小程序，福海通App是漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)在移動端的延伸；福海通小程序是基于閩政通構(gòu)建的一個面向漁民和公眾服務的小程序。全國漁業(yè)無線電管理服務平臺包括漁船信息查詢、AIS卡管理、AIS設備管理、九位碼管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、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；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)語言為基礎構(gòu)建跨平臺、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、計算層、存儲層、應用層。

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異步消息隊列實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)快速分發(fā)到各個處理子應用以及多渠道的消息推送；采用Sqoop實現(xiàn)Oracle數(shù)據(jù)庫和Hive之間的數(shù)據(jù)導入導出，形成數(shù)據(jù)倉庫，為頂層的統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)查詢支持；采用Flume、Logstash對各個支撐系統(tǒng)、應用系統(tǒng)產(chǎn)生的日志進行收集，結(jié)合ES、Kibana完成日記集中查詢。

1.2.2 計算層

系統(tǒng)運行計算方式分為離線計算、實時計算，其中對漁船在港情況、漁船實時在線率等業(yè)務場景應用離線計算[7]；對電子圍欄預警、敏感海域預警、漁船自沉報警等實時性要求非常高的業(yè)務場景，采用流式計算分析漁船的違法行為。

1.2.3 存儲層

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用Oracle存儲；Hive作為數(shù)據(jù)倉庫，提供統(tǒng)計分析能力；Greenplum用來存儲歷史軌跡數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多節(jié)點并行查詢；Redis用來提供熱點數(shù)據(jù)查詢。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲在HDFS當中。

1.2.4 應用層

應用層以Springboot為基礎框架、Mybatis為數(shù)據(jù)庫持久層框架、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)設計

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

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)、中國漁政管理指揮系統(tǒng)、廈門州航標處AIS位置管理系統(tǒng)、北斗運營中心漁船位置管理系統(tǒng)等16套系統(tǒng)，為應用服務提供數(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]建立了基礎庫、業(yè)務庫、感知庫、專題庫和非結(jié)構(gòu)化庫，同時提供數(shù)據(jù)管控服務以及數(shù)據(jù)挖掘與治理。頂層通過API服務網(wǎng)關(guān)對外提供接口服務；通過數(shù)據(jù)查詢引擎提供跨庫查詢，屏蔽底層不同數(shù)據(jù)庫之間的語法差異；通過決策分析引擎對外提供統(tǒng)一的統(tǒng)計分析入口。

1.3.3 應用層

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

1.4 業(yè)務架構(gòu)設計

系統(tǒng)業(yè)務面向省、市、縣、鄉(xiāng)提供逐級上報、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、分析服務提供個性化分析能力。業(yè)務架構(gòu)如圖4所示，由信息管理、值班管理、應急管理、分析服務、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、實時海況、漁業(yè)承災體信息、漁業(yè)災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)，通過接口對接方式，實現(xiàn)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫。系統(tǒng)實現(xiàn)了漁船、漁港、船員、臺風、應急資源等數(shù)據(jù)檢索的“快、精、準、全”和統(tǒng)一存儲。

1.4.2 值班管理

值班管理提供日常值班管理、話務接處警、通訊錄調(diào)度管理、報表管理等模塊，通過自然語言識別技術(shù)，標識語音轉(zhuǎn)文字中的重點信息，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，則一鍵轉(zhuǎn)換為應急事件，進入應急管理模塊中處理。

1.4.3 應急管理

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

1.4.4 分析服務

分析服務包括一船一檔、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”快速實現(xiàn)多表之間的交集、并集、篩選處理，預置多船一碼、一船多碼等分析模型；數(shù)據(jù)分析提供報表定制化工具，用戶可自定義關(guān)注報表。

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)導提供輔助決策。

2 應用效果

系統(tǒng)為漁業(yè)主管部門提供實時海上漁船的準確位置、航向、船速和歷史軌跡，第一時間接收遇險報警信息、聯(lián)系周邊漁船前往救援，形成省、市、縣三級聯(lián)動的海上突發(fā)事件應急處置機制，有效增強了海洋與漁業(yè)防災減災能力。

系統(tǒng)自2020年8月運行以來，共接收報警并成功救助遇險船舶104起(艘)，成功救助遇險船員1 107人，挽回經(jīng)濟損失3.12億元。特別是2020年12月7日15時，系統(tǒng)收到“閩東漁61389”報警，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32分接報險情，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救助直升機前往事發(fā)海域救助“閩閩漁11029”，并協(xié)調(diào)福州市海洋與漁業(yè)局、平潭綜合實驗區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局派出“中國海監(jiān)8015”等船舶前往現(xiàn)場組織救援，于17時06分，東二飛直升機“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名遇險船員。

系統(tǒng)依托政務云平臺的基礎運行環(huán)境進行部署應用。在項目實施建設工程中，新增敏感海域預警、天基AIS接入融合處理、僵尸漁船統(tǒng)計、碼號錯誤分析等多種大數(shù)據(jù)分析業(yè)務，但可研申請批復的服務器虛擬資源有限，對系統(tǒng)整體響應影響較大，后續(xù)將根據(jù)業(yè)務需求及服務器資源規(guī)則優(yōu)化申請政務資源擴容升級。此外，針對本次項目大數(shù)據(jù)存儲組件申請的單一物理機存在的單點故障風險，后續(xù)將向政務云平臺申請容災備份，確保系統(tǒng)高效、可靠、持續(xù)穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

福建省漁船動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建全國首個漁船畫像，實現(xiàn)漁船全生命周期管控，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)省級多源數(shù)據(jù)融合與精細化保障，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)漁業(yè)安全行為智能化管理，運用人工智能技術(shù)實現(xiàn)覆蓋全省海域的海洋漁業(yè)智能語音交互服務，重點打造了一批智慧化漁船應用服務。系統(tǒng)建設成效顯著，漁船漁民安全得到了有力保障，經(jīng)濟投入產(chǎn)出效益顯著。系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟社會效益獲得行業(yè)專家的高度評價，作為全國漁船安全管理、海難事故救助模范樣板，福建省漁船動態(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，其建設思路值得全國大力推廣應用。