我国沿海渔港信息化建设的思考

陈孟婕，蒋庆朝，刘慧媛

(中国水产科学研究院渔业工程研究所，北京 100141)

渔港(本文指我国沿海渔港，下同)是渔民生产、生活的重要场所，承担着渔船避风减灾、鱼货装卸、交易中转、保鲜加工、渔捞生产、生活物资补给、沿岸增养殖渔业后勤条件服务、渔船渔具维修、渔业休闲观光等重要功能。信息技术在渔业领域的应用极大促进渔业生产、管理的现代化建设。在未来渔港监督管理、规划建设以及安全生产中，信息技术将发挥着积极的支撑作用。随着云计算、大数据技术的发展，渔港信息技术应用形式更加多样化。但是，渔港信息化建设仍然是各省各自为政，并未形成全国范围的整体设计与规划，信息化建设水平也表现为区域发展不均衡。现有渔港数据，基本上是一个渔港一套数据，分布较为分散，未构建区域/全国整体数据架构体系。

1 渔港信息化建设现状

1.1 渔港信息系统建设情况

目前，渔港信息技术应用主要是渔港日常管理与港区资源统筹。在渔港日常管理中，信息化应用包括基于北斗/船舶自动识别系统(Automatic identification system，AIS)/通导设备的渔船船位监控[1-2]；基于地理信息系统(Geographic information system，GIS)技术、物联网技术的渔港视频监控、进出港渔船管理、渔船身份识别与管理、渔船渔港指挥调度、遇险应急救援、海域信息监测、海洋空间资源一张图地理信息系统等[3-6]。在港区资源统筹管理中，信息化应用主要是利用ERP系统、视频监控系统、渔船进出港口监测平台实现渔港水产品、资金流、人流、物流等资源统筹和实时监控，实现各部门管理的信息互通。然而，对于渔港的其他相关经济活动管理，如渔获上岸管理、渔船安全救助、渔港防灾减灾等业务，信息化应用研究不足，数据碎片、数据孤岛等现象普遍存在于渔港信息系统中[7]。

1.2 渔港数据现状

数据作为渔港信息化建设基础，需要通过数据处理技术，进行深层次的整合处理、分析，构建数据模型、渔港数据概貌，为信息化应用提供丰富的数据来源，进而为渔港建设规划与安全生产管理提供实时准确的数据。

现有渔港数据包括渔港设施、渔船交通、渔港监督、渔政管理、渔业经济、科研教育等，基本上是一个渔港一套数据，分布较为分散，未构建区域/全国整体架构体系。

目前，渔港数据应用存在的问题包括：1)数据分析不足。海量数据没有被充分挖掘利用，数据分析偏向于管理，而智能化、场景化分析较少，数据利用率低，更谈不上跨行业数据的融合分析。2)数据收集不易。由于渔港的建设重硬件、轻软件的特点，导致渔港数据采集功能薄弱，缺乏合理的空间结构性，不能全面反映渔港最新动态变化。3)数据不一致。在渔港各个主题数据中，数据来源有多个方面，包括渔业统计年鉴、农业农村部普查、文献资料等，各方数据有所差异。4)数据积累不均衡。由于渔港建设发展不平衡、信息化发展层次参差不齐，导致了渔港数据在各个类别中分布不均衡的现象。

2 渔港信息化发展需求

信息化建设对于未来渔港经济区发展将是一项很重要的工作内容。在云计算、物联网技术的带动下，数据、计算能力、数据模型得到极大的发展，渔港信息化建设步伐将进一步加快。

渔港属性中，码头、防波堤等功能设施以及地形地势整体环境都具有显著的地理特征，基于地理信息应用的研究能够增强渔港可视化表达能力与分析能力，辅助整体布局规划与建设管理。渔港生产所需的卸鱼设施、补给设施以及环境因素等数据能够反映渔港实时动态，为保障生产安全、渔船停泊、补给供应、港区管理等渔港业务提供丰富的数据来源，为渔港各项业务安全、有序的开展提供数据支持和科学依据。

通过对地理信息技术、多传感终端数据融合技术、智能场景分析技术、智能决策分析技术等渔港信息化关键技术的应用研究，构建渔港与用户的沟通交互平台，进一步提升渔港信息化表达能力。利用计算能力、智能算法在渔港数据中叠加应用，融合地理属性、动态实时、上下文场景等多源异构数据构建智能化分析模型，挖掘渔港发展趋势、动态变化规律，识别生产环节潜在风险，为渔港监督管理、日常服务、渔业生产发展提供更多业务支撑，例如实时、全局化的策略优化、预测预报以及反馈干预，提升渔港整体功效、降低渔业生产管理成本，为进一步加快渔港现代化建设、构建“人-港-船-渔”一体化的智能生态渔港经济体奠定基础，促进渔业绿色健康可持续发展。

3 渔港信息化体系框架设计

对于未来渔港信息化建设，在充分调研论证、分析发展需求基础上，分别从硬件部署和软件架构两个方面入手，构建渔港信息技术体系结构，如图1所示。

渔港信息化体系结构底层是信息化基础设施，包括终端感知设备、网络设备、云端计算设备。终端感知设备包括部署在渔港渔船上的感知终端，如视频、电子标签(Radio frequency identification，RFID)、通导、AIS、微波、线圈，以及跨领域综合信息感知终端，如定位、气象等。网络传输设备包括各种有线网络、无线网络等，云端计算设备包括信息集中汇聚处理的存储、计算设备等。

信息化基础设施之上是数据汇聚与融合，依赖数据管理工具，对复杂数据进行处理与存储。渔港数据按主题划分为渔港设施、渔船交通、渔港监督、渔政管理、休闲渔业、综合管理、渔业经济、科研教育8个类别[8-10]，表1中描述了渔港数据分类体系与主要内容。

表1 渔港数据体系

支撑平台包括大规模计算引擎、智能算法库、平台运行工具箱等核心技术栈，实现渔港数据的深入挖掘与分析。

应用层从政府、渔港、渔民三个方面，构建政府治理、渔港管理、公共服务、智能分析、交互式搜索五类应用示范工程。

4 未来渔港信息化建设关键技术集成研究路径

基于渔港信息化建设现状，渔港信息化关键技术以渔港视频网络为基础开展研究。

4.1 超大规模渔港视觉系统应用

原农业部渔政指挥中心办公厅2010年发布《渔港视频监控系统建设规范》，规定了渔港视频监控系统规定总体结构、港区监控系统、传输网络、联网系统信息传输、监控管理平台和系统安全性及环境适应性等方面的技术要求。目前，国内三级以上渔港普遍配备了视频采集设备，部分采集设备具备短距离红外夜视功能。渔港视频系统的建设实现了港口信息实时采集监控[11]，包括渔船进出港、港口码头、冷冻仓储作业、渔获物加工运输等作业场地的视频实时图像，为渔港管理部门、运输加工企业提供各类监管信息和生产信息。

随着渔港生产管理安全性需求的日益增加，渔港视频监控系统纳入社会治安综合防控体系。然而，渔港视频监控技术应用仍存在一定局限：1)多数摄像头无透雾、热成像和动态跟踪等功能，白天基本可以覆盖港区，夜晚则不能有效监控。2)摄像头智能分析不足，缺乏险情判断、智能分析和自动报警能力，难以满足渔港全时动态监控的需要。3)沿海渔港环境生态较为复杂，对于渔船、渔获等对象的识别度要求较高，需要对算法进行改进。4)对于我国上百座中心、一级渔港以及数量众多的二级以下渔港的视频进行联网，对数据存储、数据处理以及数据分析都带来巨大挑战。

在视觉分析技术的研究中，软件定义摄像头具有嵌入式可编程模块，实现终端技术实时更新升级[12]。事件驱动摄像头是目前视频采集领域的热点，以事件采样作为视频终端的数据采样策略，对场景进行特征编码，压缩数据量，提升视频数据信息传输效率[13-14]。应用计算机视觉技术的关键是改造渔港视频系统视频采集终端，从简单摄像头向智能摄像头升级，优化数据传输、信息识别，进一步构建区域性、全国范围的超大规模渔港视觉系统应用。

4.2 “云-端”协同智能渔港一体化应用

在超大规模渔港视觉系统应用中，数据量、计算量上达到一定量级，业界在构造渔港智能化解决方案中，通常分为终端智能、云端智能和“云-端”协同智能[15-17]。

对于终端智能方案，关键技术包括感知建模技术、神经网络视觉编码技术、神经网络模式识别技术、上下文场景理解等，将采集数据在终端感知层进行处理解析，并快速将结果予以反馈[18-19]。

相对于终端有限的计算、存储能力，云端解决方案提供海量计算资源、存储资源、丰富的智能算法库支撑，利用感知设备采集数据，云端进行特征提取、模式识别、场景理解等复杂计算，时间复杂度也更高[20-21]。

“云-端”协同智能方案则融合了终端方案、云端方案的特点，一方面赋予终端一定的智能处理能力，例如进行场景识别、特征提取；另一方面将更复杂的计算、分析功能上移至云端，例如预测分析、评估等，从而实现云端和终端的协同一体化应用。

4.3 “单体-多体-生态”渔港智联网构建

渔港智联网构建包括渔港整体感知、渔港交互智能、渔港场景智能、渔船渔港协同智能、渔港群生态智能等五个方面研究。

渔港整体感知中，以大数据、泛在网为基础环境构建渔港智能体，通过数据赋能计算，提升云端和感知终端智能化程度，深化渔港智能化应用。

渔港智能交互研究支持语音、视频等多模态交互方式，横向打通渔港、渔船、人员组织、渔获物等渔港交互对象的信息通道。

渔港场景智能则利用时空感知技术，把渔港锚地、航道、泊位、门卫、周边环境等作业区域不同服务需求与场景结合，实现信息服务与推送，从而纵向打通信息通道。

渔船渔港协同智能中，渔港为渔船提供生产、航行等全方位服务，例如安全预警、辅助航行、救助报警、水域监测等统一服务管控。

渔港群生态智能技术将加强“港-船-人-渔”互动、渔港周围环境一体化，构建基础服务封装的开发者平台，提供如时空场景能力、AR能力、服务分发能力、多媒体能力、智能语音能力、图形分析能力、机器学习能力等服务能力，通过开发者定义渔港上层应用，构建可持续发展的渔港群生态发展模式。

5 结语

未来渔港信息化应用建设，将集中在信息化基础设施完善和信息技术创新应用两个方面。渔港信息化基础设施的完善包括硬件环境全面部署、升级，实现港港互联、港船互通。基于云计算技术、物联网技术等信息技术的应用与创新，将使渔港突破现有信息系统的部署架构，建立“云-端”协同的渔港信息应用架构。在新型“云-端”架构中，利用“渔港云”强大算力、存储能力、丰富的智能算法库，实现全局化的数据汇聚融合、综合处理分析，发挥核心指挥作用，同时，利用“渔港端”能够提供及时的信息感知、信息反馈。基于“云-端”应用架构的智慧大脑，一方面提供信息感知、决策支撑、信息优化；另一方面将进一步向信息预测、干预、规划方面提供深层次挖掘，开发直接面向政府、企业、渔民等用户窗口，从而将以监督管理为主的渔港信息化应用向渔港生产管理、渔港经济区建设、渔港布局规划管理以及更多渔港业务领域延伸，充分发挥渔港数据核心价值，助力渔港又好又快发展。