我國沿海漁港信息化建設(shè)的思考

陳孟婕，蔣慶朝，劉慧媛

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所，北京 100141)

漁港(本文指我國沿海漁港，下同)是漁民生產(chǎn)、生活的重要場所，承擔著漁船避風(fēng)減災(zāi)、魚貨裝卸、交易中轉(zhuǎn)、保鮮加工、漁撈生產(chǎn)、生活物資補給、沿岸增養(yǎng)殖漁業(yè)后勤條件服務(wù)、漁船漁具維修、漁業(yè)休閑觀光等重要功能。信息技術(shù)在漁業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用極大促進漁業(yè)生產(chǎn)、管理的現(xiàn)代化建設(shè)。在未來漁港監(jiān)督管理、規(guī)劃建設(shè)以及安全生產(chǎn)中，信息技術(shù)將發(fā)揮著積極的支撐作用。隨著云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，漁港信息技術(shù)應(yīng)用形式更加多樣化。但是，漁港信息化建設(shè)仍然是各省各自為政，并未形成全國范圍的整體設(shè)計與規(guī)劃，信息化建設(shè)水平也表現(xiàn)為區(qū)域發(fā)展不均衡?，F(xiàn)有漁港數(shù)據(jù)，基本上是一個漁港一套數(shù)據(jù)，分布較為分散，未構(gòu)建區(qū)域/全國整體數(shù)據(jù)架構(gòu)體系。

1 漁港信息化建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 漁港信息系統(tǒng)建設(shè)情況

目前，漁港信息技術(shù)應(yīng)用主要是漁港日常管理與港區(qū)資源統(tǒng)籌。在漁港日常管理中，信息化應(yīng)用包括基于北斗/船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic identification system，AIS)/通導(dǎo)設(shè)備的漁船船位監(jiān)控[1-2]；基于地理信息系統(tǒng)(Geographic information system，GIS)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的漁港視頻監(jiān)控、進出港漁船管理、漁船身份識別與管理、漁船漁港指揮調(diào)度、遇險應(yīng)急救援、海域信息監(jiān)測、海洋空間資源一張圖地理信息系統(tǒng)等[3-6]。在港區(qū)資源統(tǒng)籌管理中，信息化應(yīng)用主要是利用ERP系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、漁船進出港口監(jiān)測平臺實現(xiàn)漁港水產(chǎn)品、資金流、人流、物流等資源統(tǒng)籌和實時監(jiān)控，實現(xiàn)各部門管理的信息互通。然而，對于漁港的其他相關(guān)經(jīng)濟活動管理，如漁獲上岸管理、漁船安全救助、漁港防災(zāi)減災(zāi)等業(yè)務(wù)，信息化應(yīng)用研究不足，數(shù)據(jù)碎片、數(shù)據(jù)孤島等現(xiàn)象普遍存在于漁港信息系統(tǒng)中[7]。

1.2 漁港數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)作為漁港信息化建設(shè)基礎(chǔ)，需要通過數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進行深層次的整合處理、分析，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型、漁港數(shù)據(jù)概貌，為信息化應(yīng)用提供豐富的數(shù)據(jù)來源，進而為漁港建設(shè)規(guī)劃與安全生產(chǎn)管理提供實時準確的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有漁港數(shù)據(jù)包括漁港設(shè)施、漁船交通、漁港監(jiān)督、漁政管理、漁業(yè)經(jīng)濟、科研教育等，基本上是一個漁港一套數(shù)據(jù)，分布較為分散，未構(gòu)建區(qū)域/全國整體架構(gòu)體系。

目前，漁港數(shù)據(jù)應(yīng)用存在的問題包括：1)數(shù)據(jù)分析不足。海量數(shù)據(jù)沒有被充分挖掘利用，數(shù)據(jù)分析偏向于管理，而智能化、場景化分析較少，數(shù)據(jù)利用率低，更談不上跨行業(yè)數(shù)據(jù)的融合分析。2)數(shù)據(jù)收集不易。由于漁港的建設(shè)重硬件、輕軟件的特點，導(dǎo)致漁港數(shù)據(jù)采集功能薄弱，缺乏合理的空間結(jié)構(gòu)性，不能全面反映漁港最新動態(tài)變化。3)數(shù)據(jù)不一致。在漁港各個主題數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)來源有多個方面，包括漁業(yè)統(tǒng)計年鑒、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部普查、文獻資料等，各方數(shù)據(jù)有所差異。4)數(shù)據(jù)積累不均衡。由于漁港建設(shè)發(fā)展不平衡、信息化發(fā)展層次參差不齊，導(dǎo)致了漁港數(shù)據(jù)在各個類別中分布不均衡的現(xiàn)象。

2 漁港信息化發(fā)展需求

信息化建設(shè)對于未來漁港經(jīng)濟區(qū)發(fā)展將是一項很重要的工作內(nèi)容。在云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的帶動下，數(shù)據(jù)、計算能力、數(shù)據(jù)模型得到極大的發(fā)展，漁港信息化建設(shè)步伐將進一步加快。

漁港屬性中，碼頭、防波堤等功能設(shè)施以及地形地勢整體環(huán)境都具有顯著的地理特征，基于地理信息應(yīng)用的研究能夠增強漁港可視化表達能力與分析能力，輔助整體布局規(guī)劃與建設(shè)管理。漁港生產(chǎn)所需的卸魚設(shè)施、補給設(shè)施以及環(huán)境因素等數(shù)據(jù)能夠反映漁港實時動態(tài)，為保障生產(chǎn)安全、漁船停泊、補給供應(yīng)、港區(qū)管理等漁港業(yè)務(wù)提供豐富的數(shù)據(jù)來源，為漁港各項業(yè)務(wù)安全、有序的開展提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

通過對地理信息技術(shù)、多傳感終端數(shù)據(jù)融合技術(shù)、智能場景分析技術(shù)、智能決策分析技術(shù)等漁港信息化關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，構(gòu)建漁港與用戶的溝通交互平臺，進一步提升漁港信息化表達能力。利用計算能力、智能算法在漁港數(shù)據(jù)中疊加應(yīng)用，融合地理屬性、動態(tài)實時、上下文場景等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)構(gòu)建智能化分析模型，挖掘漁港發(fā)展趨勢、動態(tài)變化規(guī)律，識別生產(chǎn)環(huán)節(jié)潛在風(fēng)險，為漁港監(jiān)督管理、日常服務(wù)、漁業(yè)生產(chǎn)發(fā)展提供更多業(yè)務(wù)支撐，例如實時、全局化的策略優(yōu)化、預(yù)測預(yù)報以及反饋干預(yù)，提升漁港整體功效、降低漁業(yè)生產(chǎn)管理成本，為進一步加快漁港現(xiàn)代化建設(shè)、構(gòu)建“人-港-船-漁”一體化的智能生態(tài)漁港經(jīng)濟體奠定基礎(chǔ)，促進漁業(yè)綠色健康可持續(xù)發(fā)展。

3 漁港信息化體系框架設(shè)計

對于未來漁港信息化建設(shè)，在充分調(diào)研論證、分析發(fā)展需求基礎(chǔ)上，分別從硬件部署和軟件架構(gòu)兩個方面入手，構(gòu)建漁港信息技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

漁港信息化體系結(jié)構(gòu)底層是信息化基礎(chǔ)設(shè)施，包括終端感知設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、云端計算設(shè)備。終端感知設(shè)備包括部署在漁港漁船上的感知終端，如視頻、電子標簽(Radio frequency identification，RFID)、通導(dǎo)、AIS、微波、線圈，以及跨領(lǐng)域綜合信息感知終端，如定位、氣象等。網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備包括各種有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)等，云端計算設(shè)備包括信息集中匯聚處理的存儲、計算設(shè)備等。

信息化基礎(chǔ)設(shè)施之上是數(shù)據(jù)匯聚與融合，依賴數(shù)據(jù)管理工具，對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行處理與存儲。漁港數(shù)據(jù)按主題劃分為漁港設(shè)施、漁船交通、漁港監(jiān)督、漁政管理、休閑漁業(yè)、綜合管理、漁業(yè)經(jīng)濟、科研教育8個類別[8-10]，表1中描述了漁港數(shù)據(jù)分類體系與主要內(nèi)容。

表1 漁港數(shù)據(jù)體系

支撐平臺包括大規(guī)模計算引擎、智能算法庫、平臺運行工具箱等核心技術(shù)棧，實現(xiàn)漁港數(shù)據(jù)的深入挖掘與分析。

應(yīng)用層從政府、漁港、漁民三個方面，構(gòu)建政府治理、漁港管理、公共服務(wù)、智能分析、交互式搜索五類應(yīng)用示范工程。

4 未來漁港信息化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)集成研究路徑

基于漁港信息化建設(shè)現(xiàn)狀，漁港信息化關(guān)鍵技術(shù)以漁港視頻網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)開展研究。

4.1 超大規(guī)模漁港視覺系統(tǒng)應(yīng)用

原農(nóng)業(yè)部漁政指揮中心辦公廳2010年發(fā)布《漁港視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范》，規(guī)定了漁港視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)定總體結(jié)構(gòu)、港區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、監(jiān)控管理平臺和系統(tǒng)安全性及環(huán)境適應(yīng)性等方面的技術(shù)要求。目前，國內(nèi)三級以上漁港普遍配備了視頻采集設(shè)備，部分采集設(shè)備具備短距離紅外夜視功能。漁港視頻系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了港口信息實時采集監(jiān)控[11]，包括漁船進出港、港口碼頭、冷凍倉儲作業(yè)、漁獲物加工運輸?shù)茸鳂I(yè)場地的視頻實時圖像，為漁港管理部門、運輸加工企業(yè)提供各類監(jiān)管信息和生產(chǎn)信息。

隨著漁港生產(chǎn)管理安全性需求的日益增加，漁港視頻監(jiān)控系統(tǒng)納入社會治安綜合防控體系。然而，漁港視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用仍存在一定局限：1)多數(shù)攝像頭無透霧、熱成像和動態(tài)跟蹤等功能，白天基本可以覆蓋港區(qū)，夜晚則不能有效監(jiān)控。2)攝像頭智能分析不足，缺乏險情判斷、智能分析和自動報警能力，難以滿足漁港全時動態(tài)監(jiān)控的需要。3)沿海漁港環(huán)境生態(tài)較為復(fù)雜，對于漁船、漁獲等對象的識別度要求較高，需要對算法進行改進。4)對于我國上百座中心、一級漁港以及數(shù)量眾多的二級以下漁港的視頻進行聯(lián)網(wǎng)，對數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)分析都帶來巨大挑戰(zhàn)。

在視覺分析技術(shù)的研究中，軟件定義攝像頭具有嵌入式可編程模塊，實現(xiàn)終端技術(shù)實時更新升級[12]。事件驅(qū)動攝像頭是目前視頻采集領(lǐng)域的熱點，以事件采樣作為視頻終端的數(shù)據(jù)采樣策略，對場景進行特征編碼，壓縮數(shù)據(jù)量，提升視頻數(shù)據(jù)信息傳輸效率[13-14]。應(yīng)用計算機視覺技術(shù)的關(guān)鍵是改造漁港視頻系統(tǒng)視頻采集終端，從簡單攝像頭向智能攝像頭升級，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸、信息識別，進一步構(gòu)建區(qū)域性、全國范圍的超大規(guī)模漁港視覺系統(tǒng)應(yīng)用。

4.2 “云-端”協(xié)同智能漁港一體化應(yīng)用

在超大規(guī)模漁港視覺系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)量、計算量上達到一定量級，業(yè)界在構(gòu)造漁港智能化解決方案中，通常分為終端智能、云端智能和“云-端”協(xié)同智能[15-17]。

對于終端智能方案，關(guān)鍵技術(shù)包括感知建模技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)視覺編碼技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)、上下文場景理解等，將采集數(shù)據(jù)在終端感知層進行處理解析，并快速將結(jié)果予以反饋[18-19]。

相對于終端有限的計算、存儲能力，云端解決方案提供海量計算資源、存儲資源、豐富的智能算法庫支撐，利用感知設(shè)備采集數(shù)據(jù)，云端進行特征提取、模式識別、場景理解等復(fù)雜計算，時間復(fù)雜度也更高[20-21]。

“云-端”協(xié)同智能方案則融合了終端方案、云端方案的特點，一方面賦予終端一定的智能處理能力，例如進行場景識別、特征提取；另一方面將更復(fù)雜的計算、分析功能上移至云端，例如預(yù)測分析、評估等，從而實現(xiàn)云端和終端的協(xié)同一體化應(yīng)用。

4.3 “單體-多體-生態(tài)”漁港智聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建

漁港智聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建包括漁港整體感知、漁港交互智能、漁港場景智能、漁船漁港協(xié)同智能、漁港群生態(tài)智能等五個方面研究。

漁港整體感知中，以大數(shù)據(jù)、泛在網(wǎng)為基礎(chǔ)環(huán)境構(gòu)建漁港智能體，通過數(shù)據(jù)賦能計算，提升云端和感知終端智能化程度，深化漁港智能化應(yīng)用。

漁港智能交互研究支持語音、視頻等多模態(tài)交互方式，橫向打通漁港、漁船、人員組織、漁獲物等漁港交互對象的信息通道。

漁港場景智能則利用時空感知技術(shù)，把漁港錨地、航道、泊位、門衛(wèi)、周邊環(huán)境等作業(yè)區(qū)域不同服務(wù)需求與場景結(jié)合，實現(xiàn)信息服務(wù)與推送，從而縱向打通信息通道。

漁船漁港協(xié)同智能中，漁港為漁船提供生產(chǎn)、航行等全方位服務(wù)，例如安全預(yù)警、輔助航行、救助報警、水域監(jiān)測等統(tǒng)一服務(wù)管控。

漁港群生態(tài)智能技術(shù)將加強“港-船-人-漁”互動、漁港周圍環(huán)境一體化，構(gòu)建基礎(chǔ)服務(wù)封裝的開發(fā)者平臺，提供如時空場景能力、AR能力、服務(wù)分發(fā)能力、多媒體能力、智能語音能力、圖形分析能力、機器學(xué)習(xí)能力等服務(wù)能力，通過開發(fā)者定義漁港上層應(yīng)用，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的漁港群生態(tài)發(fā)展模式。

5 結(jié)語

未來漁港信息化應(yīng)用建設(shè)，將集中在信息化基礎(chǔ)設(shè)施完善和信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用兩個方面。漁港信息化基礎(chǔ)設(shè)施的完善包括硬件環(huán)境全面部署、升級，實現(xiàn)港港互聯(lián)、港船互通?；谠朴嬎慵夹g(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，將使?jié)O港突破現(xiàn)有信息系統(tǒng)的部署架構(gòu)，建立“云-端”協(xié)同的漁港信息應(yīng)用架構(gòu)。在新型“云-端”架構(gòu)中，利用“漁港云”強大算力、存儲能力、豐富的智能算法庫，實現(xiàn)全局化的數(shù)據(jù)匯聚融合、綜合處理分析，發(fā)揮核心指揮作用，同時，利用“漁港端”能夠提供及時的信息感知、信息反饋?；凇霸?端”應(yīng)用架構(gòu)的智慧大腦，一方面提供信息感知、決策支撐、信息優(yōu)化；另一方面將進一步向信息預(yù)測、干預(yù)、規(guī)劃方面提供深層次挖掘，開發(fā)直接面向政府、企業(yè)、漁民等用戶窗口，從而將以監(jiān)督管理為主的漁港信息化應(yīng)用向漁港生產(chǎn)管理、漁港經(jīng)濟區(qū)建設(shè)、漁港布局規(guī)劃管理以及更多漁港業(yè)務(wù)領(lǐng)域延伸，充分發(fā)揮漁港數(shù)據(jù)核心價值，助力漁港又好又快發(fā)展。