渔船渔港综合管理服务平台构建与应用

薛沐涵 徐 硕，2* 鲁 峰，2* 朱 勇 吴建光 王义刚

（1.中国水产科学研究院渔业工程研究所，北京 100141；2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室，青岛 266237）

1 引言

信息交互是指在原有网络环境和信息化系统的基础上,通过统一数据格式和内容结构的方式，使异构数据库应用系统可以进行数据信息的共享与交换[1-2]。随着地理信息系统、卫星通讯、视频监控、数据挖掘、大数据分析等信息化技术手段与渔船渔港生产作业、经营管理、科技创新的深度融合，积累了大量基础数据信息[3-4]。在这种形势下，统一规范的数据信息描述和交互标准成为当前渔业信息化工作研究的重点。Borlund提出了评价的交互式信息检索系统的替代模型框架，用来收集和分析红外交互数据[5]。美国联邦航空局在广域民航管理系统中广泛使用航班信息交换模型（Flight Information Exchange Model，简称FIXM）实现了航班信息的高效共享和交换[6-7]。在美国、欧盟国家等，船舶交通管理系统（Ⅴessel Traffic Service，简称ⅤTS）已经实现了与其他信息系统进行信息交互[8]。在国内，兰月新通过构建大数据信息模型，对大数据背景下网络媒体的信息交互问题展开研究[9]。王治莹等提出了舆情信息交互传播干预模型，可以识别重大突发事件中多种舆情信息的交互传播规律和更有针对性地制定干预决策[10]。王晰巍等基于社会网络和语义分析法，构建新媒体环境下企业与用户信息交互行为模型，增强企业与用户之间的信息交互[11]。在渔业领域，王明灯等基于北斗短报文技术，提出一种渔业交易信息服务应用的设计方案，实现了目前渔业供需信息实时通过渔业信息服务平台进行统一的信息收集、整合和发布[12]。

近年来我国围绕渔船渔港生产经营和监督管理需求，建设了一批渔船渔港监管与各类业务相关的信息化系统，并对渔船渔港数据资源综合治理和提出了明确要求，但是对于渔船渔港信息交互和综合管理服务的研究仍处于起步阶段，存在数据来源和汇聚缺乏统一渠道、系统部署存在较大信息和数据安全隐患等问题。综上所述，结合中华人民共和国农业农村部对渔船渔港信息化工作的资源整合与数据共享需求，对渔船渔港数据资源的标准化处理方法和信息交互模式展开研究，提高渔船渔港数据资源的可用性、共享性和联通性，成为下一步推进我国渔船渔港信息化建设工作的重点。

2 需求分析

渔船渔港基础数据资源是渔船渔港综合管理信息的载体，深入挖掘其潜在应用价值，有利于进一步推动渔船渔港科学管理和信息化建设。基础数据资源共享与信息交互是渔船渔港数据资源综合治理研究的重点，主要有以下三方面需求：

（1）渔船渔港数据交换共享问题。渔船渔港数据资源具有采集源头分散、资源基础庞大、数据信息孤岛和异构系统信息交换等特点，需要通过建立渔船渔港数据资源共享与信息交互标准进行约束和规范，实现数据资源集中存储和跨系统间的信息交换和共享[13-14]。

（2）渔船渔港数据资源安全问题。渔船渔港相关数据作为渔船渔港综合监管的重要战略性资源，涉及较多可追溯和涉密信息，在数据共享与交换时需要建立标准的数据权限控制策略，在数据分类和权限分级的基础上，对敏感数据和关键访问进行权限控制[15]。同时，要通过接口传输协议保证数据在通讯过程中的保密性。

（3）渔船渔港信息系统整合问题。渔船渔港信息系统建设起步较早，但系统建设时缺乏顶层设计，目前存在部署分散、安全隐患大、联通性差等问题，需要通过业务协同的方式，整合现有信息系统和数据资源，促进渔船渔港基础数据资源的共享共建。

针对渔船渔港数据资源综合治理中的三个关键问题，构建渔船渔港信息交互模型，通过数据资源目录梳理、定义共享元数据和规范信息交互模式，完成渔船渔港数据资源的优化整合和共享交换。

3 渔船渔港信息交互模型研究

3.1 数据分类信息

渔船渔港元数据是相关信息系统涉及的基础数据单元，描述渔船渔港数据资源的属性信息[16]。渔船渔港元数据管理是渔船渔港数据资源综合治理的核心和基础，通过对渔船渔港元数据资源目录进行梳理，可以为信息的发现、采集和管理提供一种统一的表达和控制方式，保证基础数据资源在信息交换中的一致性及在不同的数据管理环境中的可比性，实现渔船渔港数据资源的集中化和标准化，提高数据的共享交换效率[17]。本文采用线性分类法[18]对渔船渔港元数据资源目录进行梳理，结合渔船渔港相关信息系统的业务特点，将渔船渔港元数据进行分类及分类号顺序编码，并对每类元数据的内容进行说明。类别代码为“0”代表共享元数据，从“1”开始代表业务元数据，分类号代表类别代码的下位类编码，从“01”开始顺序编码，若无下位类则为“00”。例如：“001”代表共享元数据下渔船基本信息类的基础共享元数据。渔船渔港数据分类情况具体如表1所示。

表1 渔船渔港元数据类目表Table 1 Metadata category table of fishing vessels and fishing ports

3.2 数据属性信息

在数据分类的基础上，每一类元数据下定义一个包含六个数据属性的子集对各数据项进行详细描述，包括：元数据中文名称、英文短名、标识符、数据类型、表示格式和说明。在同一标准范围内，每项元数据的中文名称、英文短名和标识符都是唯一的。英文短名由按照一定规则组成的惯用英文缩写或其他自定义名称表示；标识符中由类别代码和分类号组成第三至五位的分类代码部分，用来标识元数据分类；表示格式是从应用角度规定元数据值的格式需求，包括元数据值类型、允许最大长度和表示格式等；说明是对元数据概念与含义的描述。其中，说明为可选属性，即根据数据采集情况可选择提供的属性，其余五项均为必选属性。以渔船基本信息类共享元数据为例，其部分元数据项属性如表2所示。

表2 渔船基本信息类共享元数据属性Table 2 Shared metadata attribute of fishing vessel basic information class

3.3 内容结构信息

渔船渔港共享元数据的内容结构，描述了渔船渔港元数据实体的构成元素、定义标准及各实体间的映射关系，从渔船渔港数据资源结构出发，参考国家农业科学数据共享中心制定的《农业科学数据共享标准体系及参考模型》[19]和中国农业科学院农村科技数据共享平台元数据规范，采用UML[20-21]的模型元素描述其中的实体、元素及其定义等抽象信息，以及各个实体之间的逻辑结构和关系。渔船渔港共享元数据内容结构主要由七个主要模块组成。其中，共享元数据信息主要由采集信息、分类信息、数据质量信息、限制信息、安全信息、运维信息、应用模式信息单向聚合关联，图1 中的数字表示多重性，即元数据实体间的映射关系。例如：MD_共享元数据信息和MD_安全信息之间是[1..*]，表示共享元数据有一个或者多个安全信息实体。渔船渔港共享元数据内容结构UML图解如图1所示。

图1 渔船渔港共享元数据内容结构UML图解Fig.1 UML diagram of fishing vessels and fishing ports shared metadata content structure

3.4 信息交互模型

渔船渔港信息系统对相关数据进行采集、加工、处理、汇交、分发、服务和应用过程中，需要进行大量的信息交互。构建渔船渔港信息交互模型，规范系统间的信息交互模式，对所交换的数据信息进行预定义和结构化，可以在进行双边或多边交互时，对信息进行无歧义的理解和处理[22-23]。渔船渔港信息交互模型如图2所示。

图2 渔船渔港信息交互模型Fig.2 Information interaction model of fishing vessels and fishing ports

（1）基于XML的信息交互模式

按照XML 编码规则（见《GB/T 18793-2002 信息技术可扩展置标语言(XML)1.0》），映射形成符合W3C XML 语法[24]要求、可在同构或异构系统间交换的XML Schema，在参与信息交互的系统都可以理解并遵守的XML Schema 模式[25]下，Java Bean 处理逻辑首先解析Schema 文件[26]，生成保存数据信息的XML 文档模板和包含显示信息的XSL 文件，当著录一条元数据时，实例化一个XML 文档模板生成一个XML 文件，保存录入的元数据信息。保存数据信息的XML 文档模板和包含显示信息的XSL 文件在Java Bean 处理逻辑控制下，通过XSLT 转换为HTML文档，通过数据映射接口的映射，实时显示在数据库和应用系统服务的交互界面上，这种信息交互模式可以有效提高系统间的业务协同效率。

（2）渔船渔港信息交互模型样例

渔船渔港信息系统间的信息交互包括：渔船渔港信息系统内的信息交互、与省级渔船渔港信息系统之间的信息交互和与农业农村部其他系统或外部委系统之间的信息交互。渔船渔港信息系统信息交互模型分别定义了渔船渔港信息系统、各个子系统和省级相关信息系统的XML模式，详细说明了XML模式的含义、元素、属性、数据类型等。渔船渔港信息系统共享元数据编码和信息交互模式样例如图3 和图4所示。

图3 渔船渔港共享元数据编码样例Fig.3 A sample of shared metadata coding for

图4 渔船渔港信息系统信息交互模式样例Fig.4 A sample of information interaction mode of

4 渔船渔港综合管理服务平台构建

基于渔船渔港信息交互模型设计开发渔船渔港综合管理服务平台，按照业务和信息模型、元数据和代码集标准、数据资源交换模式规范构建平台框架，实现渔船管理、渔港监控与执法、进出港管理、事故与救援、灾备中心等不同主题的典型应用。渔船渔港综合管理服务平台结构如图5所示。

图5 渔船渔港综合管理服务平台结构图Fig.5 Structure of comprehensive management service platform for fishing vessels and fishing ports

（1）业务流程梳理

按照业务主题和面向用户群梳理渔船渔港信息系统的业务流程，实现全融合业务流程整理，并用专业的模型术语描述业务结构，形成业务模型和信息模型。渔船渔港信息系统的主要业务主题包括：岸上的日常业务办理、进出港报告、海上作业监管、渔获物定点上岸和合法性标签发放；面向的用户群也十分广泛，主要包括：船东、船员、业务办理人员、渔政执法人员、银行以及其他捕捞业相关从业人员等；

（2）数据标准化

对渔船渔港元数据和代码集进行提取分析，并按照渔船渔港数据共享元数据标准结构对数据进行格式化、规范化定义[27]。元数据标准包括：标识符、中文名称、短名、定义、数据类型、表示格式、允许值等；代码集标准包括：代码集标识符、代码集名称、描述、引用标准、分类原则与方法、编码方法与代码结构、表示格式、同义名称、备注、代码表详情以及说明等；

（3）数据共享与信息交互

数据共享与信息交互模块采用经过标准化处理的渔船渔港元数据和相关代码规范渔船渔港信息系统的信息交互模式，并根据渔船渔港相关信息系统业务应用场景和数据共享需求，进行数据资源合理有效的调度，提供安全可靠的数据共享服务，实现信息系统间渔船渔港数据资源交换控制。渔船渔港数据资源类型包括：渔船基本信息数据、捕捞许可证相关数据、渔船登记相关数据、船员相关数据、渔船船位相关数据、渔船进出港报告相关数据、电子渔捞日志相关数据等。

渔船渔港综合管理服务平台在Java EE 5 规范下，使用IntelliJ IDEA IDE 开发，基于目前主流的Spring Boot+ⅤUE前后端分离框架，后端采用Mybatis作为持久层框架、redis 作为缓存框架，数据存储采用MySql，同时采用Logback作为日志工具，完成平台的应用开发及扩展。通过数据采集、梳理整合、建模分析、信息交互控制、公共数据存取、数据可视化[28-29]等功能，实现渔船渔港数据资源的统计查询、交换共享和视图综合展示[30]。渔船渔港综合管理服务平台运行界面如图6所示。

图6 渔船渔港综合管理服务平台运行界面图Fig.6 Operation interface of comprehensive management service platform for fishing vessels and fishing ports

5 总结与展望

目前，渔船渔港综合管理服务平台已整合渔船渔港相关信息系统10 余个，与全国11 个省市建立互联互通数据调度中心，平台制定的不同主题表单涉及数据内容1660 余项，主要包括：渔船档案信息、渔船渔港执法数据、船员基本信息、进出港报告数据和渔获物上岸信息等，累计采集数据1100 万条，数据量超过12GB，从多角度融合船位、船员、渔港和渔获物相关的数据信息并进行综合展示，为渔船渔港数据资源交换共享与生产作业信息化管理提供标准化模型参考。例如：渔船相关功能的一键搜索与综合展示视图如图7 所示。在系统使用过程中，有用户反馈会出现数据链路不通畅的问题，经过网络排查已解决相关故障。

图7 渔船相关功能的综合展示视图Fig.7 Comprehensive display view of fishing vessels related functions

依托渔船渔港庞大的数据资源基础，本文开展渔船渔港信息交互模型构建与应用研究，通过数据共享与信息交互，破除数据壁垒，促进渔船渔港基础信息资源共享共建，并且实现了中央与地方渔船渔港信息系统业务的实时联动。研究表明，该模型中提出的渔船渔港数据分类信息、数据属性信息、内容结构信息及信息交互模式是渔船渔港资源整合与数据共享的重要技术支撑。在该模型应用和推广的规划方面，下一步将选取试点省份，纵向建立中央地方“部、省、市、县、渔港”多级业务与数据联动机制，并在此基础上展开渔船渔港多源异构数据的精准分析和多场景分析等工作，根据数据融合互通的情况，结合不同管理对象、不同管理层级具体的业务场景与需求，进一步将渔船渔港综合管理服务平台进行优化升级。