淺析“大數(shù)據(jù)”在鎮(zhèn)江智能航道中的應(yīng)用研究

摘 要：近幾年來(lái)，大數(shù)據(jù)在各行各業(yè)開(kāi)啟了更多的運(yùn)用，為各行業(yè)提供了極大的便利性，也為鎮(zhèn)江智能航道建設(shè)提供了巨大的想象空間。主要闡述了大數(shù)據(jù)定義及特征，從中發(fā)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)本質(zhì)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了大數(shù)據(jù)與鎮(zhèn)江智能航道兩者之間的聯(lián)系，重點(diǎn)研究了大數(shù)據(jù)在鎮(zhèn)江智能航道上的應(yīng)用，以及構(gòu)建鎮(zhèn)江智能航道大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智能航道;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)分析;決策平臺(tái)

京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段是全國(guó)第一條國(guó)家級(jí)文明樣板航道，可常年通行1000噸級(jí)以下船舶，轄區(qū)內(nèi)有一座口門(mén)船閘、一個(gè)內(nèi)河服務(wù)區(qū)，是京杭大運(yùn)河綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分。近年來(lái)，鎮(zhèn)江航道系統(tǒng)致力于信息化建設(shè)，已具備建設(shè)鎮(zhèn)江智能航道的基礎(chǔ)條件，到時(shí)隨著鎮(zhèn)江智能航道建設(shè)的有序推進(jìn)，船舶交通量、水文天氣、斷面測(cè)量、航標(biāo)、航道兩岸設(shè)施等采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體量將會(huì)變?yōu)楹Ａ繑?shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從中挖掘出有用的信息，通過(guò)認(rèn)真分析來(lái)揭示數(shù)據(jù)之間有意義的聯(lián)系、趨勢(shì)和模式，從而來(lái)預(yù)測(cè)船舶交通量變化、推演航道斷面變化、預(yù)測(cè)水位變化以及處理一些重難點(diǎn)問(wèn)題，為鎮(zhèn)江智能航道發(fā)展工作打開(kāi)新局面。

一、大數(shù)據(jù)的定義、特征及本質(zhì)

（一）大數(shù)據(jù)定義

目前，雖然大數(shù)據(jù)的重要性得到了大家的一致認(rèn)同，但是關(guān)于大數(shù)據(jù)的定義卻眾說(shuō)紛紜。大數(shù)據(jù)[1]是一個(gè)抽象的概念，除去數(shù)據(jù)量龐大，大數(shù)據(jù)還有一些其他的特征，這些特征決定了大數(shù)據(jù)與“海量數(shù)據(jù)”和“非常大的數(shù)據(jù)”這些概念之間的不同。大數(shù)據(jù)并沒(méi)有明確的概念，我對(duì)大數(shù)據(jù)定義是：可以被現(xiàn)代技術(shù)及設(shè)備采集、分析和開(kāi)發(fā)利用的巨量數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)體，通過(guò)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論的原理，去偽存真得出有用的信息經(jīng)過(guò)云計(jì)算成為指導(dǎo)有關(guān)部門(mén)的決策依據(jù)。

（二）大數(shù)據(jù)特征

大數(shù)據(jù)[2]有五個(gè)特征（5V）：①大量（Volume），數(shù)據(jù)體量巨大，目前起始計(jì)量單位至少是PB。②多樣（Variety），廣泛的數(shù)據(jù)來(lái)源，決定了大數(shù)據(jù)形式的多樣性，比如網(wǎng)絡(luò)日志、文檔、圖片、音視頻、地理位置及傳感器等數(shù)據(jù)，不僅包括傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也包括半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。③高速（Velocity），大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生非?？焖?，主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸，對(duì)于產(chǎn)生的高速數(shù)據(jù)分析需要更高的平臺(tái)設(shè)備及技術(shù)支撐。④價(jià)值（Value），價(jià)值密度低，商業(yè)價(jià)值高，這也是大數(shù)據(jù)的核心特征。⑤真實(shí)性（Veracity）：數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在巨量的數(shù)據(jù)里挖掘出有用的信息。

（三）大數(shù)據(jù)本質(zhì)

與傳統(tǒng)的小數(shù)據(jù)比較，大數(shù)據(jù)的本質(zhì)在于通過(guò)從大量不相關(guān)的各種類型的數(shù)據(jù)中，挖掘出對(duì)未來(lái)趨勢(shì)與模式預(yù)測(cè)分析有價(jià)值的數(shù)據(jù)，并通過(guò)云計(jì)算、人工智能和數(shù)據(jù)挖掘方法深層次分析，發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律及新的思路，并運(yùn)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，達(dá)到改善人民生活水平。

二、大數(shù)據(jù)與鎮(zhèn)江智能航道的聯(lián)系

（一）鎮(zhèn)江智能航道定義

鎮(zhèn)江智能航道[3]（Intelligent channel）是指充分結(jié)合我市航道特點(diǎn)，在數(shù)字航道基礎(chǔ)上，利用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制、人工智能等技術(shù)，自動(dòng)獲取航道系統(tǒng)要素信息，通過(guò)融合處理與深度挖掘，實(shí)現(xiàn)航道規(guī)劃科學(xué)化、建養(yǎng)智能化、管理現(xiàn)代化，為水路運(yùn)輸高效、安全、節(jié)能提供實(shí)時(shí)、精確、便捷的航道服務(wù)。

（二）大數(shù)據(jù)與鎮(zhèn)江智能航道的聯(lián)系

大數(shù)據(jù)的作用是在巨量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)算法模型，獲得有用的信息，然后優(yōu)化資源配置，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、預(yù)測(cè)分析和未來(lái)趨勢(shì)推演。通過(guò)從船舶交通量、水文天氣、斷面測(cè)量、航標(biāo)、航道兩岸設(shè)施等感知的各種類型的數(shù)據(jù)中，挖掘出對(duì)鎮(zhèn)江智能航道建設(shè)及管理的有價(jià)值的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及科學(xué)研究方法，提升水運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，讓船舶航行更安全，推動(dòng)水上運(yùn)輸進(jìn)入智能時(shí)代。大數(shù)據(jù)與智能是息息相關(guān)的，要想鎮(zhèn)江航道更智能就離不開(kāi)大數(shù)據(jù)，從而，可以看出，大數(shù)據(jù)是智能航道的充分必要條件。

三、鎮(zhèn)江智能航道大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

（一）開(kāi)展智能養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，通過(guò)傳感器及電子巡檢等數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)預(yù)防式養(yǎng)護(hù)

根據(jù)廣泛布局和多方獲取得到的航道基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析生成航道“體檢報(bào)告”，結(jié)合養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化、安全標(biāo)準(zhǔn)化，便于管理層研究決策，安檢人員例行維護(hù)，精準(zhǔn)化排定養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

（二）完善航道兩岸設(shè)施維護(hù)預(yù)警機(jī)制，助力航道健康發(fā)展[4]

在智能航道中借助布設(shè)在航道兩岸標(biāo)志標(biāo)牌上的傳感器和全航段覆蓋的高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)航道設(shè)施、船閘設(shè)施和服務(wù)區(qū)設(shè)施的自動(dòng)感知和監(jiān)控，從而對(duì)航道基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)及交通航運(yùn)信息的自動(dòng)化采集，利用數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)分析等技術(shù)創(chuàng)建出數(shù)據(jù)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，重點(diǎn)針對(duì)水上航道、水下航道、航道兩岸等方面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成“體檢”報(bào)告，根據(jù)報(bào)告制定檢修計(jì)劃，實(shí)施維護(hù)項(xiàng)目，從而完善航道兩岸設(shè)施維護(hù)預(yù)警機(jī)制，推動(dòng)航道健康發(fā)展。

（三）實(shí)時(shí)提供航道信息服務(wù)，便捷有效服務(wù)社會(huì)公眾

航道信息服務(wù)的重要特點(diǎn)之一就是實(shí)時(shí)性，具有實(shí)時(shí)性的航道信息服務(wù)才是有價(jià)值的。利用數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術(shù)，對(duì)海量的航道資源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，從中提取出船民及社會(huì)大眾關(guān)心的信息（水位、天氣、通航狀況、航道斷面、航運(yùn)配載、物資補(bǔ)給、船舶維保等），通過(guò)公共信息服務(wù)平臺(tái)、智能終端、信息推送、甚高頻語(yǔ)音和可變情報(bào)板等多種手段為船民提供實(shí)時(shí)信息，同時(shí)信息共享給航運(yùn)公司、港口碼頭等單位。

（四）完善航道應(yīng)急管理機(jī)制，保障航道安全

通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)航道受控危險(xiǎn)源點(diǎn)數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行分析，鎮(zhèn)江航道部門(mén)在第一時(shí)間獲取危險(xiǎn)源點(diǎn)信息，啟動(dòng)航道應(yīng)急預(yù)案，指揮人員通過(guò)指揮平臺(tái)發(fā)布指令，現(xiàn)場(chǎng)人員可利用單兵系統(tǒng)、航政艇、航政車等手段進(jìn)行應(yīng)急處置，并將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況反饋回指揮中心供領(lǐng)異判斷和決策，從而作出合理的決策。

四、構(gòu)建鎮(zhèn)江智能航道大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)

大數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)分析的入口，所以是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而數(shù)據(jù)的類型也是復(fù)雜多樣的，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化最常見(jiàn)，就是具有模式的數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則或不完整，沒(méi)有預(yù)定義的數(shù)據(jù)模型，包括所有格式的文本、圖片、XML、HTML、各類報(bào)表、圖像和視頻信息等。過(guò)去航道人員通過(guò)水尺進(jìn)行測(cè)量水文數(shù)據(jù)，具有不準(zhǔn)確性;航道斷面通過(guò)船艇拖帶鏈索巡回航行、測(cè)深桿測(cè)深來(lái)了解水下情況，這種方式效率低、精度不高、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大;船舶交通量依靠大量人工去點(diǎn)船進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，勞動(dòng)量大又容易出現(xiàn)錯(cuò)誤;而航道通航狀況需要結(jié)合水文數(shù)據(jù)、航道斷面數(shù)據(jù)，以及船舶交通量情況來(lái)設(shè)置;從而需要構(gòu)建航道大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。[5-6]

（一）建立航道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為航道大數(shù)據(jù)分析提供海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

建設(shè)鎮(zhèn)江智能航道離不開(kāi)大數(shù)據(jù)的分析，首先要建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)的采集能力，通過(guò)激光開(kāi)度儀、PLC控制系統(tǒng)等手段獲取水文數(shù)據(jù);采用多波束測(cè)深儀系統(tǒng)與軟式掃床對(duì)航道進(jìn)行掃測(cè)斷面收集數(shù)據(jù);利用激光器掃描獲取船舶三維輪廓空間數(shù)字特征量、視頻抓拍等技術(shù)手段統(tǒng)計(jì)船舶交通量數(shù)據(jù);通過(guò)航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)收集大量的航標(biāo)數(shù)據(jù)。同步組建大數(shù)據(jù)中心機(jī)房，運(yùn)用通訊交互，智能分析，智能控制，人性化的展現(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)及輸出等功能，為航道大數(shù)據(jù)分析提供海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（二）建立航道大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)，提升為民服務(wù)能力和提高航道管理效率

智能航道中的大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)應(yīng)由數(shù)據(jù)分析與決策支持、能效管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、生成報(bào)表四大部分組成。數(shù)據(jù)分析與決策支持是對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的航道數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、挖掘和處理，以各種圖表方式展現(xiàn)航道運(yùn)行狀況、維護(hù)狀況和船閘各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);能效管理是根據(jù)船閘通過(guò)能力分析，提出優(yōu)化建議，適時(shí)調(diào)整運(yùn)調(diào)方案，提升通航效率;根據(jù)設(shè)施設(shè)備工作狀態(tài)，及時(shí)升級(jí)更換，在確保航道管理的基礎(chǔ)上降低運(yùn)維成本;數(shù)據(jù)庫(kù)管理是直接管理基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)案庫(kù)、工作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、救援隊(duì)伍數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)庫(kù)、法規(guī)庫(kù)、案例庫(kù)、事件信息數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和文檔庫(kù)等;生成報(bào)表是可以自動(dòng)生成航道相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表或定制上級(jí)單位需要的數(shù)據(jù)，為鎮(zhèn)江水運(yùn)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)為航道管理人員提供高效、便捷的分析決策和綜合應(yīng)用管理工具，對(duì)整個(gè)鎮(zhèn)江航道暢通、船閘運(yùn)行調(diào)度管理實(shí)施全程監(jiān)管，實(shí)時(shí)掌握查詢航道基礎(chǔ)設(shè)施、全線船閘管理運(yùn)行調(diào)度、船舶航運(yùn)等情況，提升了為民服務(wù)能力和提高了航道管理效率。

五、展望

以上幾方面都是談到大數(shù)據(jù)在鎮(zhèn)江智能航道中的應(yīng)用研究和怎么構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)，顯然，大數(shù)據(jù)在智能航道上的應(yīng)用研究遠(yuǎn)不止以上幾方面，大數(shù)據(jù)已經(jīng)涉及到生活的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于大數(shù)據(jù)的研究涉及的領(lǐng)域也很廣。當(dāng)前國(guó)家正在逐步推進(jìn)大運(yùn)河文化帶建設(shè)，鎮(zhèn)江交通航道部門(mén)盡快完成鎮(zhèn)江智能航道建設(shè)體系并分布實(shí)施，讓大數(shù)據(jù)成為鎮(zhèn)江航道發(fā)展的引擎。本文通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的綜述，淺析大數(shù)據(jù)的特征、大數(shù)據(jù)本質(zhì)以及鎮(zhèn)江智能航道大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究和如何構(gòu)建鎮(zhèn)江智能航道大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)，對(duì)鎮(zhèn)江智能航道的建設(shè)提供了一項(xiàng)解決和參考方法。

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作者簡(jiǎn)介：朱訓(xùn)松（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：航道管理信息化。