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)最重要的基礎設施，也是開發(fā)利用海洋生物資源的重要基地和樞紐。加強漁港信息化建設是我國海洋漁業(yè)發(fā)展調(diào)整中的一個重要方面，能夠為“依港管船管人管安全”工作開展提供強有力支撐。本文詳細介紹了“智慧漁港”信息系統(tǒng)的組成部分與實現(xiàn)方法，闡述了系統(tǒng)如何采用多模式融合通信技術、漁船識別技術、船員信息管理技術等，實現(xiàn)對港、船、人的全面管控及綜合指揮調(diào)度，供我國沿海省市漁港建設及管理機構(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)修補和漁船生產(chǎn)及生活物資補給而設的港口，是漁船隊的基地。根據(jù)其服務范圍與功能、漁船數(shù)量、吞吐能力、發(fā)展前景等，我國沿海漁港可分為中心漁港、一級漁港、二級漁港、三級及以下漁港。新時期漁港建設基本思路是“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)濟區(qū)為平臺和載體，加快建設智慧漁港，全面提升漁港管理的信息化水平，促進“依港管港、依港管船、依港管漁、依港管人”，推動漁港科學化管理。

目前，我國共有各級漁港一千余座，多建于20世紀80年代，信息化水平落后，存在諸多問題。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，無法滿足漁業(yè)安全生產(chǎn)和漁港經(jīng)濟區(qū)發(fā)展需要；進出港登記報告不規(guī)范，無法實現(xiàn)對港內(nèi)漁船的動態(tài)實時監(jiān)管；漁船超員、超載、超航區(qū)、超抗風等級出海等違法違規(guī)行為屢禁不止等，漁港信息化改造迫在眉睫。

漁港信息化建設是我國海洋漁業(yè)發(fā)展調(diào)整過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、順風耳”，還能為漁業(yè)產(chǎn)、供、銷及相關的管理和服務提供有效信息支持，為“依港管船管人管安全”工作開展提供強有力支撐。經(jīng)過前期調(diào)研沿海漁港建設需求，山東省日照市海洋與漁業(yè)監(jiān)督監(jiān)察支隊和有關公司合作開發(fā)了“智慧漁港”信息系統(tǒng)，本文詳細介紹了系統(tǒng)開發(fā)思路、實現(xiàn)方法及初步成效，以期為我國沿海各漁港建設及管理提供參考經(jīng)驗。

一、系統(tǒng)概述

“智慧漁港”信息系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）采用信息化手段和人工智能技術，打通國家、省市及協(xié)管部門權威數(shù)據(jù)和服務，基于電子政務云服務，融合北斗、AIS、雷達、漁港視頻監(jiān)控等技術，加強對重點漁船的管控能力，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、實時預警、實時救援、實時視頻功能于一體，重點圍繞“人、船、港”等三個關鍵點，著力解決“船只合法、船在哪里、誰在船上、生產(chǎn)安全”等問題。系統(tǒng)具有漁船時刻“在線”、漁船分類統(tǒng)計、漁船出海報備、人員核對、船舶進出港點驗、漁船傾覆落水報警、航道錨地違規(guī)錨泊報警、未開啟AIS終端報警、實時救援指揮、“三無”船舶甄別等有效管控能力。系統(tǒng)對接國家、省市和協(xié)管部門權威電子海圖與界限服務，準確標注海洋地標（詳細地名等）、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，以及實時上報船舶航行、人員行為、設備預警等信息。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)收集不及時不準確、船員管理手段缺乏、預警無響應、缺少智能化的船舶安全預警系統(tǒng)等問題，有效提升漁業(yè)船舶管理現(xiàn)代化、智慧化、精準化水平和海洋漁業(yè)監(jiān)管水平。

二、實現(xiàn)方法

系統(tǒng)綜合采用多模式融合通信技術、氣象數(shù)據(jù)解析與展示技術、漁船識別技術、船員信息管理技術等信息化手段，實現(xiàn)對港、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

目前，在常規(guī)專網(wǎng)通信領域，實現(xiàn)語音互通功能主要靠使用延續(xù)美國雷神公司標準設計制造的集群網(wǎng)關硬件，其存在無法對通信設備進行控制的缺點。在新系統(tǒng)中運用的多模式融合通信技術，創(chuàng)新性地利用數(shù)字化軟交換實現(xiàn)對短波、超短波、甚高頻等海上專網(wǎng)通信設備的監(jiān)測與控制，打破了以往專網(wǎng)通信對硬件的過度依賴，填補了海上融合通信領域的空白。通過打造高效多頻段通信互通模式，實現(xiàn)基于用戶需求的通信資源調(diào)配、動態(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)議的標準化技術，通過數(shù)字化技術搭建不同頻段之間的互聯(lián)互通平臺；通過對核心交換技術、實時通信技術、語音編解碼技術、基于通信協(xié)議的控制技術、通信網(wǎng)安技術的研究，以軟件（互聯(lián)網(wǎng)）替代硬件通信設備，實現(xiàn)基于通信協(xié)議的不同通信設備之間互聯(lián)互通、不同地域的通信系統(tǒng)互聯(lián)互通、同一平臺不同通信系統(tǒng)設備的遠程控制、基于通信分組成員需求的通信資源動態(tài)分配，同時確保現(xiàn)有系統(tǒng)平滑擴容。

系統(tǒng)主要由多模控制器、核心交換機和通信終端構(gòu)成。由于不同的通信終端（短波電臺、超短波電臺、甚高頻電臺、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，在通信設備前置加裝自主研發(fā)的多?？刂破鬟M行前置協(xié)議采集、分析，開發(fā)標準化通信MICON（全數(shù)字化安全級儀控平臺系統(tǒng)）控制協(xié)議，可完成通信過程的編碼、解碼和控制命令傳輸。在通信過程中，控制器把本地設備的協(xié)議轉(zhuǎn)化為標準協(xié)議后發(fā)出信息，收到信息時，控制器把標準協(xié)議轉(zhuǎn)化為本地協(xié)議并控制設備執(zhí)行。該差異化兼容控制及標準化協(xié)議轉(zhuǎn)化過程，實現(xiàn)了不同設備同一平臺控制應用。系統(tǒng)基于SDN（軟件定義網(wǎng)絡）技術實現(xiàn)全過程的通信軟交互，基于加權優(yōu)先級的調(diào)度算法實現(xiàn)信息交互的控制，采用高壓縮比的雙語音編解碼算法提高通信效率，采用“時分復用技術”與“令牌環(huán)算法”結(jié)合的方法，對預定通信頻率資源范圍進行頻譜資源使用感知，自動分配空閑可用通信頻率建立通信連接，并實現(xiàn)無損耗系統(tǒng)平滑擴容。

系統(tǒng)主要技術指標為：系統(tǒng)整體語音傳輸抖動≤100ms、傳輸給甚高頻系統(tǒng)的抖動≤60ms；至少支持G711、G729A兩種編碼要求，并根據(jù)發(fā)起呼叫端的語音編碼方式自動匹配，根據(jù)網(wǎng)絡情況自動選擇編碼模式；通話組容量≥16個、通話成員容量≥200個、通話及錄制≥16路；支持分權限系統(tǒng)控制，授權用戶可更改控制電臺或公網(wǎng)電話運行參數(shù)；控制命令執(zhí)行間隔時間應＞1s，支持執(zhí)行防抖動；支持防抖動傳輸及糾錯交互；支持序列號認證、來源認證、加密授權。

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

多模通信系統(tǒng)服務器主要技術指標為：支持24h運行，平均故障恢復時間＜3min；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)速率≥6000kb/s。其主要功能有四項。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，實現(xiàn)組內(nèi)所有對象的跨頻段通信。群呼是依據(jù)任務及需求的變化，對不同通話組或通信終端任意組合建立臨時的通話群組，實現(xiàn)通信。遠程控制包括短波電臺遠程控制、超短波電臺遠程控制、甚高頻電臺遠程控制、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

目前，氣象數(shù)據(jù)技術領域尚存在一些未解決的問題，如數(shù)據(jù)不能定時更新操作，不能設置定時任務執(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，但過大的json文件會加大網(wǎng)絡傳輸壓力；風場展示大部分使用單一顏色渲染來標識數(shù)據(jù)大小，不匹配專業(yè)人士看風矢的行業(yè)習慣。

在新系統(tǒng)中，我們將原始的grib格式風場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成體積更小、便于加密的png文件，解決了現(xiàn)有技術中，采用json文件進行web間傳輸導致的網(wǎng)絡傳輸壓力較大問題，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)一次獲取未來七天的預測數(shù)據(jù)，每天定時執(zhí)行獲取預測數(shù)據(jù)的腳本，并按照固定命名方式給png文件命名，刪除前一天預測數(shù)據(jù)并保存當天預測數(shù)據(jù)。這種定時更新操作，保證了每次獲取氣象數(shù)據(jù)的準確性和時效性。

客戶端基于leaflet（地圖庫）框架渲染風場數(shù)據(jù)，生成leaflet圖層，獲取對應時刻的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致數(shù)據(jù)，根據(jù)風速大小的差異選擇不同顏色的色帶，還可以設置圖層透明度與地圖數(shù)據(jù)疊加，更加清晰地顯示風速大小。由于專業(yè)人員更習慣使用風矢的方式標識數(shù)據(jù)，而非專業(yè)人員更傾向于使用數(shù)值或者渲染顏色等更直觀方式，本技術提出了按色帶渲染不同數(shù)值的方案，并在渲染基礎上添加風矢、數(shù)值與粒子，以多種形式綜合展示風場數(shù)據(jù)，方便技術人員、行政管理人員、漁船船員等所有人員查看使用。

（三）漁船識別技術

漁船識別技術使用兩路攝像頭對航行漁船進行自動跟蹤及抓拍，通過第一路攝像頭抓拍漁船視頻幀，將視頻幀中的圖像進行移除模糊、抑制噪點、添加顆粒等清晰化操作，對因虛焦引起的模糊、因運動引起的模糊以及高斯模糊的照片，通過傅里葉變換方法重建失真圖像，復原模糊圖片，有效地把模糊、散焦、抖動的照片變清晰。將清晰的圖片使用YOLOv3算法（目標檢測算法），提取特征后得到特征圖，生成候選區(qū)域并產(chǎn)生預測框標簽，將特征圖與預測框標簽建立關聯(lián)，創(chuàng)建損失函數(shù)，最終形成漁船識別模型。

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

目前，漁船信息識別主要采用RFID射頻技術，能夠準確識別進出港漁船船號，但由于RFID識別距離有限，且需要在船上進行施工安裝后使用，給漁船管理特別是外籍漁船管理帶來了額外麻煩。本系統(tǒng)通過視頻識別技術獲取進出港漁船信息，作為卡口處RFID識別船舶身份的補充，彌補RFID識別距離小的不足。漁船識別技術的應用，能夠?qū)O船船號實時顯示在監(jiān)控器上，后期可根據(jù)船號查詢漁船信息，方便漁港管理人員對漁船的動態(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

通過采集船員的照片、位置以及時間生成登記信息，使用信息—摘要算法5（以下簡稱“MD5算法”）進一步提取特征信息，采用128位的AES（高級加密標準）加密算法對提取出的特征信息進行加密，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，對核查信息賦予唯一的信息ID，并保存。同時，將采集照片處理為縮略圖后，同位置和時間合并生成上報信息。使用MD5算法提取特征信息并利用AES加密算法進行加密，與上報信息組合生成記錄信息，上傳至服務器，進行船員登記。利用網(wǎng)絡時間校準功能對信息采集時間進行校準，防止有人擅自篡改時間造假。管理人員可以登錄服務器，查看服務器中保存的上報信息，以了解船員登記情況。

當管理人員對某一條上報信息的真實性存在質(zhì)疑時，可以通過服務器發(fā)送請求，要求上傳縮略圖所對應的原始照片，進一步核查，實現(xiàn)原始信息的追源。服務器在追源時，可以通過對原始登記信息以及追源時上傳的核查信息進行比對，準確驗證信息是否真實有效，從而對出港船員進行管理，杜絕無證船員、超員出海等違規(guī)行為的發(fā)生。

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

三、展望

目前，我國漁港基礎建設和管理水平仍相對落后，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，如何通過加強漁港信息化建設讓我國海洋漁業(yè)管理的各項工作更符合漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，如加強伏季休漁、限額捕撈、定點上岸和漁獲統(tǒng)計等，還需進一步展開深入的研究和探索。