航標運行管理信息平臺建設的思考

季克淮，王玉強（北海航海保障中心天津航標處，天津 300456）

一、引言

隨著我國海洋強國戰(zhàn)略的實施以及“一帶一路”倡議的加快推進，港口和航運經濟迎來了新一輪的發(fā)展機遇，航標作為保障水上船舶航行安全的重要設施之一，其建設數量也大幅增加。此外，智能航運、智慧港口、數字航道將在未來的港口和航運經濟中扮演重要的角色，這對航標管理的信息化、智能化提出了更高的要求。

我國沿海航標運行管理信息化系統建設經歷了多年的探索，也取得了豐富的建設經驗和成效。然而，從建成的信息系統、平臺的使用效果來看卻不盡如人意，“一平臺、多系統”的硬性“捆綁”現象較為普遍[1]。以天津航標處為例，2019年之前，該處建設和使用的航標運行管理信息系統就包含基礎數據庫、遙測遙控、值班管理等10余個相對獨立、功能單一的信息化系統。這些系統信息資源共享不充分，存在嚴重的信息孤島現象，從而導致航標運行、維護效率低下。為適應智能航運時代的發(fā)展，進一步提升航標管理的信息化、智能化水平，給用戶提供更加優(yōu)質、高效的助航服務，建設統一的航標運行管理信息平臺十分必要。

二、航標運行保障系統建設概況

航標運行保障系統由天津航標處主持研發(fā)，系統遵循“一平臺、一張圖、全生命周期管理”的理念，以質量管理體系文件為藍本，將基礎設施與日常管理數字化、網聯化、智能化，通過一個系統平臺，整合多種業(yè)務資源，對轄區(qū)內航標進行工況、器材、維護和應急等全面性、綜合性業(yè)務管理，實現了轄區(qū)航標動態(tài)、靜態(tài)信息和基礎性數據資源的集中集約化運維管理，如圖1所示。

圖1 航標運行保障系統界面展示

該系統設有日常管理、工況監(jiān)控、報表臺賬及系統設置四大功能模塊。其中，日常管理模塊包含基礎資料管理、維護管理、巡檢管理、器材管理、動態(tài)管理、應急管理、值班管理等功能，并建立線上審批流程；工況監(jiān)控模塊包含航標遙測遙控、船舶動態(tài)監(jiān)控、CCTV監(jiān)控、AIS鏈路監(jiān)控等功能，并為終端廠商開通線上測試接口；報表臺賬模塊可實現航標運維、管理、統計等數據直觀可視化展示；系統設置模塊可對機構、用戶及角色進行有效管理。

三、航標運行保障系統建設經驗

（一）廣泛調研，科學擬定開發(fā)方案

一是學習領會交通運輸部海事局海事信息一體化建設方案、海事網絡信息化建設頂層設計等指導文件，確立系統開發(fā)遵循SOA（面向服務的架構）體系架構，J2EE（基于Java組建技術的企業(yè)應用系統開發(fā)規(guī)范）應用開發(fā)技術架構、海事網絡信息體系頂層設計及網絡安全等級保護二級的技術路線要求；二是跟蹤國家北斗衛(wèi)星導航系統建設動態(tài)，主動落實北斗系統的行業(yè)推廣應用工作，明確遙測遙控航標通信方式采用北斗及公網通信，定位方式采用北斗衛(wèi)星導航系統，并兼容GPS（全球定位系統）等其他衛(wèi)星導航系統；三是調研行業(yè)其他單位，詳細了解航標運行相關系統建設和使用情況，取長補短，進一步完善系統開發(fā)方案。

（二）注重需求，契合日常管理場景

一是參照國內外標準規(guī)范文件，梳理上級及本級質量管理體系和業(yè)務管理制度，通過完善的業(yè)務流程說明使系統開發(fā)人員熟悉每一項航標管理工作的具體流程，從而充分保障系統功能設計與質量體系等管理文件及日常工作流程一致；二是開展細致的系統業(yè)務需求分析工作，通過與各項業(yè)務工作主辦人員及部門領導座談，充分掌握每項業(yè)務工作的實際流程，再通過與基層航標管理站、航標養(yǎng)護中心及機關業(yè)務科室相關人員的研討，進一步優(yōu)化業(yè)務工作流程，同時使得系統設計更加契合日常航標管理工作場景。

（三）分步部署，保障系統運行穩(wěn)定

系統開發(fā)建設是一項業(yè)務涉及面廣、人多、線長的系統性工程，研發(fā)工作歷時3年，各功能模塊按里程碑開發(fā)逐一完善、精雕細琢的形式開展，在確保該功能完全契合實際業(yè)務使用需求后分步上線。為保障系統穩(wěn)定運行，一是在完成需求分析、系統架構設計的基礎上，及時開展航標基礎數據的采集、清洗工作，建立完善系統自身的航標基礎數據庫；二是開展航標遙測遙控通信協議的制定，并適時對外發(fā)布，便于供應商提前對遙測遙控終端產品通信協議升級和調試，保障航標工況監(jiān)控功能模塊第一時間上線運行；三是日常管理模塊涵蓋的業(yè)務種類較多，根據功能開發(fā)難易及復雜程度，按照“先易后難、功能完備”的原則，每項功能完善一個、上線一個，確保系統運行穩(wěn)定可靠。

四、航標運行保障系統開發(fā)成效

2021年，航標運行保障系統在天津航標處轄區(qū)穩(wěn)定高效運行的基礎上，已經在北方海區(qū)范圍內進行了推廣應用，取得了良好的使用效果。

（一）多數據融合，實現智能化

航標運行保障系統建設始終堅持“一平臺”理念，整合航標管理各項業(yè)務功能，做到各業(yè)務模塊互聯互通、充分聯動，拒絕重復性勞動，實現航標巡檢、維護計劃智能推薦，航標維護質量統計表、巡檢回執(zhí)、巡檢月報等航標業(yè)務報表智能生成，大幅提高運行維護效率。

（二）多重技術應用，保證安全性

一是系統部署在海事內網運行，并按照網絡安全等級保護二級的技術路線進行設計；二是航標遙測遙控數據采用雙向加密傳輸；三是不同的用戶擁有不同的操作權限，用戶登錄均需要短信驗證，用戶所有操作痕跡全程可追溯；四是非注冊用戶零權限，具備更高級別的用戶安全體系，保障系統安全運行。

（三）創(chuàng)新監(jiān)控設計，保持先進性

一是遙測遙控通信協議公開、通用，適用于所有燈器及終端（包括AIS設備、雷達應答器、多功能航標采集終端、供電系統等），不排斥任何燈器及終端生產廠商；二是通信協議兼容北斗、GPRS（基于GSM系統的無線分組交換技術）、物聯網、AIS等通信方式，兼容北斗、GPS、GLONASS（俄羅斯開發(fā)的格洛納斯全球衛(wèi)星導航系統）及GALILEO（歐洲開發(fā)的伽利略衛(wèi)星導航系統）等衛(wèi)星定位方式；三是通信協議支持監(jiān)控信息多元化，除了常規(guī)的燈器開關燈狀態(tài)、工作電流和電壓的監(jiān)控外，還支持燈器內溫、濕度采集、剩余電量直觀顯示、重力加速度即時報警，能夠更全面掌握航標的工作狀況，如圖2所示。

圖2 系統航標運行狀態(tài)界面展示

（四）定制通信機制，確保穩(wěn)定性

受北斗收發(fā)功耗制約，北斗終端通信窗口期較短，需要在盡可能短的時間內對盡可能多的燈器進行操作。為保障系統穩(wěn)定運行，天津航標處對北斗通信鏈路進行了針對性配置，定制了北斗通信機制。一是北斗通信鏈路采用“一主機+二重機”的架構，大幅提高北斗指揮機的通信效率；二是系統自動為新關聯燈器新建位置設置任務，能在航標漂移時立即啟動跟蹤模式，高頻跟蹤航標漂移情況；三是燈器長時間未返回數據時，系統自動新建遙測任務嘗試喚醒燈器；四是有操作權限的管理人員亦可通過制定遙測或遙控任務計劃來操控燈器；五是當計劃任務在本次通信窗口期執(zhí)行失敗時，系統會在下個窗口期予以重試，直到操作成功為止。

（五）標準數據接口，具備擴展性

一是系統由天津航標處自主開發(fā)，享有數據源代碼及數據接口等核心管控權，便于開展系統二次開發(fā)及數據應用；二是系統已完成與交通運輸部海事局綜合導助航系統數據對接；三是系統已對外提供航標基礎數據、電子海圖、短信通知、水文氣象等數據接口服務；四是系統已面向轄區(qū)海事用戶提供代維專用航標運行狀況查詢服務。

（六）自主海圖服務，保持現勢性

開發(fā)自主知識產權的電子海圖服務，海、陸圖無縫疊加，可與海圖更正公告保持同步更新，隨時保持系統海圖的現勢性。

（七）全生命周期管理，具備追溯性

系統整合了航標器材、航標維護等各項業(yè)務管理功能，實現了航標全生命周期管理。一是實現了航標從設置、日常巡檢、維護保養(yǎng)、故障修復直至航標撤除的全生命周期管理；二是實現了航標器材從器材入庫、調撥管理、使用情況、維修情況、使用地點直至器材報廢的全生命周期管理。

五、航標運行保障系統存在的問題及解決措施

（一）存在的問題

1.北斗短報文通信與5G通信信號存在鄰頻干擾

北斗衛(wèi)星定位業(yè)務（RDSS）下行為S波段，頻率為2 483.8～2 500 MHz，而中國移動5G部分通信頻段為2 515～2 575 MHz，與北斗衛(wèi)星的下行頻率較為接近，易產生鄰頻干擾，尤其是距離中國移動5G基站較近的北斗燈器及終端受干擾的影響更大。

2.老舊燈器及終端入網存在困難

系統采用全新的通信協議，遙測遙控燈器及終端需要進行通信協議升級才能接入系統正常運行。但是一小部分老舊燈器及終端使用年限較久，通信模塊等硬件不支持通信協議升級，導致此部分老舊燈器及終端無法接入航標運行保障系統。

3.巡檢、維護等現場使用不夠便捷

航標管理人員在進行現場巡檢、航標堆場維護等工作時，不能及時將相關情況上傳至系統，需要手動記錄，回到辦公室后再進行上傳，不夠方便和快捷。

（二）解決措施

1.與5G通信信號鄰頻干擾問題

為降低5G基站對北斗通信燈器及終端的影響，天津航標處主要采取以下兩種方式予以解決：一是對受5G基站干擾嚴重的北斗通信燈器及終端進行改造，加裝5G信號濾波器，還原北斗通信信號，可有效降低5G鄰頻干擾；二是在受中國移動5G基站影響范圍內，將北斗通信+北斗定位的燈器或終端調換成公網通信+北斗定位的燈器或終端，可有效避免5G信號對北斗短報文通信的干擾。

2.老舊燈器無法接入問題

為了將小部分硬件不支持通信協議升級的老舊燈器和終端接入系統，一是更換老舊燈器和終端的通信模塊，此方式費用相對較低，但可能存在通信不穩(wěn)定的情況；二是更換燈器或終端的主板，此方式費用相對較高，但通信較為穩(wěn)定。

3.便捷性問題

為了提高系統使用的便捷性，在系統開展二期開發(fā)時，同步開發(fā)了手機APP。在APP上線運行后，航標管理人員可通過APP直接上傳航標巡檢相關參數及現場圖片。

六、航標運行保障系統開發(fā)使用建議

（一）系統架構微服務化

隨著系統應用愈加成熟，系統對外服務需求隨之增加，各種需求的開發(fā)調試會增加系統發(fā)布頻次，從而導致系統短暫中斷，且頻繁更改存在系統異?；虮罎⒌娘L險。微服務架構憑借針對特定服務發(fā)布影響小、風險小、成本低、能快速交付需求的優(yōu)勢逐漸成為系統后續(xù)的發(fā)展方向。

（二）同步“智慧航道”建設

隨著《智能航保實施計劃（2021—2025年）》的發(fā)布，“智能航標”“智慧航道”建設正式拉開序幕。系統需緊跟“智能航標”“智慧航道”發(fā)展步伐，探索拓展建設智能化立體通航環(huán)境綜合展示功能。

（三）加強系統大數據應用

系統自建航標基礎數據庫、航標維護數據庫、航標巡檢數據庫、航標器材數據庫、航標遙測遙控數據庫及AIS數據庫。隨著系統的運行，后續(xù)將持續(xù)產生海量數據，為航標維護保養(yǎng)科學化配置及航標效能評估、航標器材質量評估、海上通信質量評估等大數據挖掘使用提供可靠支撐。

（四）保障系統持續(xù)運行維護

任何一個信息化系統的開發(fā)運行都不是一蹴而就，而是一個長期積累不斷完善的過程。因此，系統在正常使用的情況下，還會出現一些新的情況或者不夠完善的地方，需要運營團隊持續(xù)的跟進和維護，及時修復系統出現的錯誤或漏洞，使系統運行更加高效、順暢，為航標運行管理工作提供可靠保障。