渔港高质量发展迫在眉睫，恒天翼打造“智慧渔港”信息系统

  【天极网企业频道】摘要：渔港既是渔业安全生产最重要的基础设施，也是开发海洋生物资源的重要基地和枢纽，是现代渔业综合管理的核心。渔港信息化建设是我国渔业发展调整过程中的重要措施与环节，能够为“依港管船管人管安全”工作开展提供强有力支撑。本文对“智慧渔港”信息系统的开发进行了详细介绍，系统采用多模通信技术、渔船识别技术、船员信息管理技术等，实现对港、船、人的全面管控及综合指挥调度，对我国沿海各省市渔港建设及管理具有借鉴意义。

信息化系统在渔港管理中的应用

Application of Information System in Fishing Port Management

  一、引言

  渔港是为渔船停泊、鱼货装卸、鱼货保鲜、冷藏加工、修补渔网和渔船生产及生活物资补给而设的港口,是渔船队的基地，根据其服务范围与功能、渔船数量、吞吐能力、发展前景等，可分为中心渔港、一级渔港、二级渔港、三级及以下渔港。新时期渔港建设的基本思路是依港养港、依港拓渔、依港管渔、依港兴业、依港兴城。以渔港经济区为平台和载体，加快建设智慧渔港，全面提升渔港管理的信息化水平，促进“依港管港”、“依港管船”、“依港管鱼”、“依港管人”，推动渔业科学管理。

  目前，我国共有各级渔港一千余座，且多建于上世纪80年代，信息化水平落后，普遍存在以下问题：人员力量不足，管理手段单一粗放;渔港信息化水平不能满足渔业安全生产和渔港经济区发展需要;对港内船舶底数不清、情况不明;进出港登记报告不规范，无法实现对港内渔船动态的实时监管;渔船超员、超载、超航区、超抗风等级出海等违法违规行为突出。因此，对渔港的信息化改造迫在眉睫。渔港信息化建设是我国渔业发展调整过程中非常重要的措施与环节之一，它不但能为渔船安全提供"千里眼、顺风耳"，还能为渔业产、供、销及相关的管理和服务提供有效的信息支持。通过信息化系统的应用，为“依港管船管人管安全”工作开展提供强有力支撑。通过前期调研沿海渔港建设需求，我们开发了“智慧渔港”信息系统，本文详细介绍了系统的开发情况、实现方法及初步成效，以期为我国沿海各渔港建设及管理提供参考经验。

  二、系统概述

  “智慧渔港”信息系统采用信息化手段和人工智能技术，打通国家、省市及协管部门权威数据和服务，基于电子政务云服务，融合北斗、AIS、雷达、渔港视频监控等技术，加强对重点渔船管控能力，确保渔业生产秩序稳定。

  系统集渔港管理、渔船管理、船员管理、海洋气象、实时预警、实时救援、实时视频于一体，重点围绕“人、船、港”3个关键点，着力解决“船只合法、船在哪里、谁在船上、生产安全”等问题。平台对接国家、省市及协管部门权威电子海图和界限服务，准确标注海洋地标(详细地名等)、养殖区域、航道锚地、敏感水域、涉外警戒线、海上南北大通道、近海航路等信息，实现渔船时刻“在线”、分类统计、渔船出海报备、人员核对、船舶进出港点验、渔船倾覆落水报警、航道锚地违规锚泊报警、未开启AIS终端报警、实时救援指挥、“三无船舶”甄别等有效管控手段。实时上报船舶航行、人员行为、设备预警等信息。解决了船舶作业监督管理难、船舶数据收集不及时不准确、船员管理手段缺乏、预警无响应、缺少智能化的船舶安全预警系统等问题，有效提升渔业船舶管理现代化、智慧化、精准化水平，大幅提升了渔业的监管水平。

  三、实现方法

  系统综合采用多模式融合通信技术、气象数据解析与展示技术、渔船识别技术、船员信息管理技术等信息化手段，实现对港、船、人的全面管控及综合指挥调度：

  (一)多模式融合通信技术

  目前在常规专网通信领域，实现语音互通的解决方案主要为延续美国雷神公司标准设计制造的集群网关硬件，其存在无法对通信设备进行控制的缺点。本技术创新性地利用数字化软交换实现对短波、超短波、甚高频等海上专网通信设备的监测与控制，打破了以往专网通信对硬件的过度依赖，填补了海上融合通信领域的空白。通过打造高效多频段通信互通模式，实现基于用户需求的通信资源调配、动态分组、互通转接，打破不同频率通信“孤岛”，提高海上通信效率，在应急状态下保障信息的有效传递。

  多模式融合通信基于通信及控制协议的标准化技术，通过数字化技术搭建不同频段之间的互联互通平台;通过对核心交换技术、实时通信技术、语音编解码技术、基于通信协议的控制技术、通信网安技术的研究，以软件(互连网)替代硬件通信设备的实现方式，实现基于通信协议的不同通信设备之间的互联互通、实现不同地域的通信系统互联互通、实现在同一平台上实现不同通信系统设备的远程控制、实现基于通信分组成员需求的通信资源动态分配，同时确保现有系统平滑扩容。

  系统主要由多模控制器、核心交换机和通信终端构成。由于不同的通信终端(短波电台、超短波电台、甚高频电台、公网电话)使用不同的通信及控制协议，为保证信息的交换，在通信设备前置加装自主研发的多模控制器进行前置协议采集、分析，开发标准化通信MICON控制协议，可完成通信过程的编、解码和控制命令传输。在通信过程中，控制器发出信息时把本地设备的协议转化为标准协议后发出，收到信息时，把标准的协议转化为本地的协议并控制设备执行。该差异化兼容控制及标准化协议转化过程，实现了不同设备同一平台控制应用。系统基于SDN技术实现全过程的通信软交互，采用基于加权优先级的调度算法实现信息交互的调度控制，采用高压缩比的双语音编解码算法提高通信效率。采用“时分复用技术”与“令牌环算法”结合的方法，对预定通信频率资源范围进行频谱资源使用感知，自动分配空闲可用通信频率建立通信连接，并实现无损耗系统平滑扩容。

  主要技术指标：

  系统整体语音传输抖动≤100ms

  传输给甚高频系统的抖动≤60ms

  系统至少支持G711、G729A两种编码要求，并可根据发起呼叫端的语音编码方式自动匹配，并根据网络情况自动选择编码模式

  通话组容量≥16个

  通话成员容量≥200个

  通话及录制≥16路

  支持分权限系统控制，授权用户可更改控制电台或公网电话运行参数;

  控制命令执行间隔时间应>1s，支持执行防抖动;

  支持防抖动传输及纠错交互;支持序列号认证、来源认证、加密授权;

  多模通信系统控制器：支持24小时运行，平均故障恢复时间<10min;电磁辐射小于-40dB时抗干扰工作;支持语音识别能力，能够在信噪比大于20dB的情况下识别语音是否为有效语音;在语音传输抖动小于100毫秒时，能够正确重现语音;在语音数据包丢失10%时，能重现语音内容;

  多模通信系统服务器：支持24小时运行，平均故障恢复时间<3min;数据包转发速率≥6000 KB/s。

  主要功能：

  单呼。由控制中心或客户端呼叫不同通信终端(短波电台、超短波电台、甚高频电台和公网电话等)，或者由不同通信终端呼叫控制中心与客户端。

  组呼。将系统内不同的客户端、通信终端(短波电台、超短波电台、甚高频电台和公网电话等)编入同一通话组，实现组内所有对象的跨频段通信。

  群呼。依据任务及需求的变化，可以对不同的通话组或通信终端任意建立临时的通话群组，实现通信。

  远程控制。包括短波电台远程控制、超短波电台远程控制、甚高频电台远程控制、公网电话系统接入控制。

  (二)气象数据解析与展示技术

  目前，在气象数据技术领域存在以下问题：数据不能定时更新操作，未设置定时任务执行数据更新操作;气象数据用于web间传输的数据文件为json，对于该数据来讲，json文件过大，会加大网络传输的压力;风场的展示大部分只用单一的颜色渲染来标识数据的大小，对于专业人士来说，更倾向于看风矢。

  我们将grib格式风场数据转换成体积更小、便于加密的png文件，解决了现有技术中，采用json文件进行web间传输导致的网络传输压力较大的问题，解析后的png文件较承载相同数据量的json文件，体积减小100倍。该气象数据一次获取未来七天的预测数据，并且每天都定时执行获取预测数据的脚本，并将每天的所有时刻按照固定命名方式给png命名，删除前一天的预测数据保存当天的预测数据，这种定时更新操作，保证了每次获取气象数据的准确性和时效性。

  客户端是基于leaflet框架渲染风场数据，生成leaflet图层，获取对应时刻的png数据，解析得到规则的网格数据，根据双线性插值法插值获取细致的数据，设置色带，基于该数据渲染图层，根据风速大小的差异选择色带的不同颜色表示，并且可以设置该图层的透明度与地图数据叠加，更加清晰的显示风速大小情况。由于专业人员更习惯使用风矢的方式标识数据，而非专业人员更倾向于数值或者渲染颜色等更直观的查看，本技术提出了按照色带渲染不同数值的方案，并且在该渲染基础上添加风矢、数值与粒子，以多种形式更加直观的展示风场数据，方便技术人员、行政管理人员、渔船船员等所有人员查看使用。

  (三)渔船识别技术

  该技术使用两路摄像头对航行的渔船进行自动跟踪及抓拍，通过第一路摄像头抓拍渔船视频桢，将视频帧中的图像通过sharpen、stabilize、focus方式，进行移除模糊、抑制噪点、添加颗粒等清晰化操作，对因虚焦引起的模糊(Out of Focus blur)、因运动引起的模糊(Motion blur)、以及高斯模糊(Gaussian blur)的照片，通过傅里叶变换方法重建失真图像，复原模糊图片，有效的把模糊、散焦、抖动的照片变的清晰起来。将清晰的图片使用YOLOv3算法，提取特征后得到特征图，生成候选区域并产生预测框标签，将特征图与预测框标签建立关联，创建损失函数，最终形成渔船识别模型。

  当渔船经过码头监控点，将抓拍并处理的结果图片桢放入系统中，调用渔船识别模型进行识别。识别到渔船后，将渔船的位置传给第二路摄像头。第二路摄像头根据渔船位置进行PTZ控制，即左右、上下移动，并进行放大处理，并将采集的视频桢发送到服务器进行进行文字运算处理，识别船号文字信息，如视频桢不清楚，将重新进行拍照;识别到船号后，给视频上的渔船加上船号以及渔船船号框，实现在录像中查看到渔船以及渔船的船号。

  目前，渔船信息识别主要采用RFID射频技术，该方法能够准确识别进出港渔船船号，但RFID识别距离有限，且需要在船上进行施工安装，不在船上安装RFID就无法识别船号，这给渔船管理特别是外籍渔船管理带来了不少麻烦。本系统通过视频识别技术获取进出港渔船的信息，可作为卡口处RFID识别船舶身份的补充，弥补RFID识别距离小的问题。该技术的应用，能够实时将渔船的船号显示在监控器上，后期可根据船号进行渔船信息的查询，更加方便渔港管理人员对渔船的动态监管，降低渔船违规出海等情况的发生。

  (四)船员信息管理技术

  通过采集船员的照片、位置以及时间生成登记信息，使用MD5算法(Message-Digest Algorithm 5，信息-摘要算法5)进一步提取特征信息，采用128位的AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)加密算法对提取出的特征信息进行加密，以形成加密特征信息。将登记信息和加密特征信息组合生成核查信息，对核查信息赋予唯一的信息ID，并保存。同时，将采集的照片处理为缩略图后，与位置以及时间合并生成上报信息。使用MD5算法提取特征信息并利用AES加密算法进行加密，与上报信息组合生成记录信息，上传至服务器，进行船员登记。利用网络时间校准功能对信息采集时间进行校准，防止擅自篡改时间影响记录的实际时间。管理人员可以登陆服务器，查看服务器中保存的上报信息，以了解船员的登记情况。当管理人员对某一条上报信息的真实性存在质疑时，可以通过服务器发送请求，要求上传缩略图所对应的原始照片，以提供给管理人员作进一步核查。

  本技术采用“位置+时间+缩略图”的方式形成上报信息，发送至服务器，能够以较小的数据量完成信息的收集工作，便于信息的及时、快速上传，大大降低港口码头的网络压力。当管理人员需要对船员的登记信息作进一步核查时，可以通过服务器要求发送原始照片，从而实现了原始信息的追源;通过从原始的登记信息和上报信息中提取特征信息，由此服务器在追源时，可以通过对先前上传的上报信息以及追源时上传的核查信息进行比对，以准确地验证出信息是否发生篡改，从而有效的对出港船员进行管理，杜绝无证船员、超员出海等违规行为的发生。

  四、结语

  目前，我国渔港基础建设和管理水平，仍处于相对落后的状态，基于渔港管理的各项法律法规体系亦尚不完善。鉴于渔港作为渔业生产的重要基地，如何依托渔港让我国渔业管理的各项各项工作符合渔业可持续发展方向，如伏季休渔、限额捕捞、定点上岸和渔获统计等，还需要更进一步的探索。

  通过对大数据、人工智能等信息技术的应用，“智慧渔港”信息系统实现了对渔船、船员，在港、出港及在海上的全过程监管，通过各种预警信息、预警外置、现场执法实现全流程闭环管理,大大提升海洋渔业现代化、精细化水平，进一步打击了“三无渔船”、非法捕捞、休渔期出海等违法违规行为。该系统的应用，对进一步夯实渔业安全基础，推动渔业高质量发展和渔区社会和谐稳定，具有积极影响。

  作者：付晓鹏1，王光峻2，韩真2，张骏2

  (作者单位：1.日照市海洋与渔业监督监察支队;2.青岛恒天翼信息科技有限公司)