北方海區航海保障大數據信息服務頂層設計概述

李建平 辛繼錄

摘 要：近年來，我國不斷推進航海保障能力和服務水平建設。堅持用戶導向和需求導向，推進標準化、智能化建設，滿足多層次、差異化的用戶需求，建成現代化的綜合導助航服務體系，是航海保障發展的目標和任務。本文針對航海保障大數據應用需求，從全局和整體層面進行航海保障信息服務發展的規劃，綜合考慮各個部門的聯系，設計出符合航海保障現狀的大數據應信息服務總體架構。

關鍵詞：航海保障;大數據;信息服務

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0033-03

0 引言

航海保障作為服務水上及涉海用戶的基礎性、公益性行業，主要承擔轄區范圍內海事航標建設養護、港口航道測量繪圖、水上安全通信等技術支持和服務保障職責[1]。北海航海保障中心的轄區覆蓋范圍包括遼寧、河北、山東、天津和黑龍江，共四省一市。黨的十八大和十九大相繼做出了關于建設海洋強國和交通強國等重大戰略部署，北海航海保障中心將進一步整合北方海區的航標、測繪、通信業務和各種航海保障資源，通過搭建內部協同管理平臺和對外綜合信息服務平臺，加快形成以“信息全面、裝備先進、反應快速、服務高效”為特征的綜合航海保障體系，為北方海區航運經濟發展提供綜合性航海保障服務。

近年來，隨著云計算、物聯網、大數據等新技術的蓬勃發展，我國先后出臺了《大數據產業發展規劃（2016-2020年）》和《新一代人工智能發展規劃》，積極推動先進的信息技術廣泛應用，為海上交通、航海保障事業的快速發展提供了思路。“一帶一路”倡議、京津冀協同發展戰略、雄安新區建設、“冰上絲綢之路”合作發展，為北方海區航海保障事業發展帶來了戰略機遇。同時，隨著國際海事組織（IMO）、國際航標組織（IALA）、國際海道測量組織（IHO）和國際電信聯盟（ITU）的共同推進下，e-Navigation（e航海）戰略不斷深入發展，各類新興技術和智能化發展理論逐步滲透到航海領域，相應的e航海示范工程在丹麥、瑞典、挪威、芬蘭、韓國、新加坡等國家相繼建設，為不斷拓展海上信息服務研究奠定了基礎。近年來，我國也先后建設了洋山港、天津港復式航道、長江口、珠江口等e航海示范工程，為海上用戶提供日益豐富的航行服務信息，有力保障了海上安全，積累了做好航海保障信息服務的工作經驗。

要全面做好北方海區航海保障信息服務建設，需要充分利用大數據、物聯網、人工智能等先進理念和信息技術，更加科學合理深入的利用當前的各類航海保障數據資源，深挖各類基礎設施資源的優勢，加強航海保障綜合信息服務的頂層設計，全面把握涉海用戶需求，梳理服務內容及形式，并依托軍民融合及北斗系統發展的戰略機遇，積極推進北方海區航海保障綜合信息服務的換擋升級，打造優質服務產品和服務窗口品牌。

本文將以信息管理與服務的精細化為目的，利用大數據技術對已有航海保障數據進行關聯性分析，開展航海保障信息服務頂層設計，指導航海保障工作今后有序開展信息服務產品的建設，實現全面、及時、可靠、高效的信息服務。

1 北方海區航海保障信息服務現狀

自2012年底正式成立以來，北海航海保障中心主動聚焦海上用戶需求，加強基礎設施支撐能力建設，不斷豐富數據感知、信息服務手段，航海保障信息服務水平持續提升。

1.1 航海保障數據資源不斷豐富

近年來，北海航海保障中心不斷加強航海保障數據感知系統建設，在船舶自動識別系統（AIS）、航標遙測遙控、港域環境監測等系統的基礎上，相繼開展了北方海區重點港口水文信息服務系統、北方海區沿海水域的北斗地基增強系統、天津港氣象實況服務平臺等信息系統，不斷豐富了北方海區航標、水文、氣象、船舶、海圖、高精度定位等各類數據資源，為做好內部管理和對外信息服務奠定了基礎。

1.2 航海保障信息服務手段不斷拓展

在充分利用互聯網、4G等公共網絡資源以及甚高頻（VHF）無線通信的基礎上，北海航海保障中心不斷豐富和拓展海上通信手段，積極開展水上寬帶通信網絡研究與建設工作，先后開展了基于甚小口徑衛星終端站（V-SAT）和長期演進技術（LTE）的渤海西部水上寬帶試點研究;利用北斗技術開展海上安全信息播發，并實現了“北斗-手機短信”“北斗-微信”的跨網互通;同時，積極開展甚高頻數據交換系統（VDES）技術研究，不斷提升水上通信方式建設，為開展各類航海保障信息服務搭建了數據傳輸的支撐平臺。

1.3 航海保障信息服務產品不斷升級

依托官方網站，北海航海保障中心向社會公眾提供了海區航行警告、航標動態、海圖改正、氣象預報等助航服務信息。“北海航海保障中心”“天津航標”“天津海岸電臺”等微信服務公眾號相繼開通;北斗海上安全信息播發系統用戶不斷增加，“電子圍欄”、預警告警、跨網通信功能不斷完善;差分GPS、北斗高精度定位信息持續播發;“北海之聲”語音廣播的專題欄目日益豐富，受到船員用戶的點贊;天津海岸電臺APP等手機應用相繼投入使用，為廣大涉海用戶提供了更多便捷選擇。

1.4 航海保障信息服務支撐能力不斷提升

2018年底，北海航海保障中心率先完成航海保障云數據中心基礎建設，實現了計算存儲等虛擬化資源的動態管理與應用，搭建了統一身份認證、數據交換平臺等支撐模塊，完成了重要航海保障業務數據的匯聚清洗工作，構建了航海保障數據資源主題數據，開發了數據服務接口，為內部管理與對外服務等各項工作的開展提供堅實保障。

經過多年建設，北方海區航海保障信息服務的能力和水平都在不斷提升。但同時也應該清晰看到，當前的航海保障信息服務仍呈現出不平衡、不充分的特點，與對接服務對象的需求還有一定距離，信息服務產品仍有待豐富，智能化應用功能不多，個性化服務需要拓展，數據資源應用有待深化[2]。因此，有必要結合國家發展戰略和行業發展方向，全面分析梳理航海保障信息服務的發展趨勢，開展指導中長期發展與建設的統籌規劃、頂層設計。

2 航海保障大數據信息服務的總目標及原則

2.1 航海保障大數據信息服務的總目標

建設北方海區航海保障大數據信息服務體系是根據國家“智慧海洋”到信息的發展趨勢和社會需求提出來的，核心理念是：整合資源、搭建平臺、高效管理、集中服務，形成一體化的航保數據生產、管理與應用服務模式。通過充分利用泛在網絡環境，由目前沿用的單純向社會各類用戶提供生產好的航保產品的模式轉化為提供實時有效的北方海區航海保障大數據信息服務模式。這種轉化需要提升幾種能力：（1）構建北方海區數據信息“大數據”的獲取和數據庫的動態變化監測和實時更新能力，高效的分析利用這些海量數據提取出有效信息;（2）構建滿足社會公共服務的北方海區航保基準體系和基礎信息數據庫系統;（3）構建、實時有效的數據傳輸和信息服務的互聯網支撐運行環境;（4）構建支持政府、企事業單位和大眾用戶開放式協同運作的技術管理體制;（5）構建信息共享（信息安全和知識產權）的相關法規、標準體系和運行機制。

針對航海保障信息服務將滿足“領導管理決策、部門信息共享、社會公共服務”三個層次的需求，通過采用信息化戰略理論與方法，采用先進成熟的建設思路和技術，在充分考慮已有信息資源和深入分析各部門需求的基礎之上，采用軟件體系結構方法，設計多個架構，從多個視角描述航海保障大數據信息服務平臺的技術視圖，既關注縱向（自上而下）、更關注橫向（自左至右或自右至左），實現海洋航保信息的互聯、互通、互操作，最終形成支持工程化實踐的總體技術設計方案。

2.2 設計原則

根據航海保障大數據信息服務建設的特點，在進行頂層設計時，應當從整體和全局出發，綜合考慮各個部分的聯系，設計出合理的框架結構，結合其他領域信息化的成功案例，頂層設計應參照以下四點原則進行：

（1）統一規劃、集約建設。具體規劃內部部門的業務范圍，將目標統一于航海保障信息化服務上，充分利用一切資源，更加合理地運用現代管理和技術，充分發揮人力資源的積極效應，提高工作效益和效率。（2）數據集中、資源共享。設計航海保障基礎數據庫，將近年來的海事航保數據分類分層存入，制定數據庫操作規范，提高數據安全性。設計資源共享方式，對不同需求、不同地位的用戶提供不同的權限，以便于航海保障信息服務的共享。（3）部門協同、集成應用。加強中心內部部門之間的協作同步，優化業務作業流程，拓寬部門溝通渠道。將不同孤立的應用系統集成化，使得相互聯系，從而構成一個有機整體。（4）融合服務、便民利民。堅持以服務對象為中心的發展理念，加強“互聯網+”服務功能建設，實現航海保障數據服務的個性化定制和智能化應用，將海事航保信息以服務的形式傳遞給用戶，提升服務友好性，更好滿足服務對象的新需求、新期待，方便港口船只的停泊和海上的安全航行等。

3 航海保障大數據信息服務頂層設計概述

按照應用、數據、服務等維度分析梳理，北方海區航海保障大數據信息服務頂層設計總體框架主要包含6個邏輯功能層和1個標準規范體系，分別為信息服務門戶邏輯層、信息服務應用邏輯層、航保數據資源邏輯層、航保數據感知邏輯層、航保數據傳輸邏輯層、基礎設施邏輯層和信息服務標準規范體系。各邏輯層均具備通用的接口平臺，實現數據的互聯互通。主要功能如圖1所示。

信息服務門戶邏輯層：該層是面向各類用戶及相關設備的邏輯功能層，是信息服務的窗口。其主要功能是實現各類功能應用模塊和數據服務接口的集成與展示，方便用戶及設備獲取相應的服務或數據。該邏輯層是門戶網站、APP、微信平臺、語音平臺、AIS服務平臺等各具體服務窗口的總集合，能夠有效支撐各種展示形式、各種通信手段、各種服務內容的需求。信息服務門戶邏輯層包括內網門戶和外網門戶，內網門戶面向的服務對象為海事系統內部的單位、部門和工作人員，外網門戶面向的服務對象為外部用戶。

信息服務應用邏輯層：該層是根據用戶需求開發的各類應用、服務系統，包含了滿足用戶需求的各類功能服務模塊，能夠有效支撐不同用戶的實際需求。如信息查詢、預警報警、GIS平臺、專題示意圖、用戶管理平臺、決策分析系統等，從而實現數據融合推送、計劃航線服務、基礎信息推送、異常事件預警、歷史信息分析、數據可視化服務、區域流量統計等具體功能以滿足用戶需求。該邏輯層是通過開發各類信息服務系統、功能支撐模塊，滿足不同用戶個性化、定制化的信息服務需求。各功能模塊支持與信息服務門戶的對接，并通過數據接口調用航保數據資源邏輯層的數據資源。

航保數據資源邏輯層：該層是對航海保障數據資源的統一存儲、管理與共享平臺的功能邏輯層。其具備數據交換、數據清洗、數據接口服務等具體實現功能，搭建了各類航海保障主題數據庫，能夠有效支撐上層信息應用系統、大數據分析和數據接口服務等功能需求。根據航海保障大數據體系架構設計、數據資源建設中可知的數據類型（AIS、雷達、水文、氣象、航標），數據來源方式及數據結構，大數據管理平臺擁有對各類數據的接入、清洗、轉換，數據組織與管理，并實現對航海保障大數據分析平臺和航海保障大數據決策支持平臺提供服務。

航保數據感知邏輯層：該層是實現各類航海保障數據多手段、多渠道采集與產生的功能邏輯層。其依托各類感知設備，實現多種數據的采集，不斷豐富航海保障數據資源，如水文、氣象、船舶動態等數據。主要包括推進衛星遙感數據平臺建設，不斷豐富航海保障相關的高分辨率遙感數據;加快沿海主要港口潮汐、水文、氣象等信息采集終端的補點建設;加強北斗地基增強等高精度導航定位信息資源建設等。

航保數據傳輸邏輯層：該層是基于有線網絡、4G/5G、LTE、衛星（北斗、VSAT等）、微波、VHF、VDES等技術搭建的水上通信網絡邏輯集合。其實現了從沿岸到遠海的多重通信網絡的覆蓋，能夠有效支撐應用終端，為開展信息服務提供通信網絡資源服務，提升水上信息服務水平，需要積極搭建水上寬帶高速網絡，實現不同帶寬網絡的多重覆蓋，為港口、航道、重要水域提供高速寬帶、為中遠海提供通信保障[3]。

基礎設施邏輯層：該層是各類計算、存儲、網絡、操作系統、數據庫等基礎性軟硬件的功能邏輯層。其利用虛擬化等信息技術，實現計算、存儲、網絡等資源的共享共用，通常采用虛擬化、分布式存儲、分布式計算等先進技術與應用模式，并與具體業務相結合，確保先進技術與模式應用的有效與適用，為開展各類信息服務提供必要的基礎運行環境。

信息服務標準體系：該體系用于定義航保業務主題數據庫的數據源標準、存儲標準，數據流轉過程中的傳輸標準以及對外提供服務的服務標準等，標準編制與服務應用系統、功能模塊、數據匯聚存儲等建設工作同步開展，確保系統建設和信息服務規范有序。

4 相關建議

4.1 加強組織領導和宣傳貫徹

大數據信息系統的建設是“一把手”工程，需要得到組織領導的大力支持，為保證規劃任務的實施和總體目標的實現，上級領導要不斷提高抓大謀總的能力，努力推進管理創新，全面參與并領導規劃的實施。由于大數據信息系統涉及多個部門和單位的協助，需要單位各級領導要高度重視，認真組織學習、宣傳和貫徹，深刻理解頂層設計的思想內涵和基本內容，切實將本總體設計作為制定規劃、謀劃發展的行動綱領。

4.2 加強信息服務合作

加強與海洋、氣象等部門的戰略合作，實現水文、氣象等數據資源的交換與共享，嘗試通過共商共建、市場化等途徑開展相關信息服務工作，建立服務合作機制，使得各個航海保障部門間能相互理解、交流、合作，共同推進信息服務內容的不斷豐富，信息服務水平不斷提升。

4.3 加強信息服務的分級管理

結合用戶身份及實際需求，對信息服務內容及數據資源進行授權管理，向不同用戶提供不同類別、不同范圍、不同精度、不同粒度、不同時效性的信息及數據服務。針對性的為用戶提供業務定制化服務和信息及數據安全管理，確保信息及數據服務的安全可靠為前提，最大限度的為用戶提供豐富的服務。

4.4 制定大數據安全管理規則

為了確保航保大數據信息系統的數據安全，使得在信息系統使用和維護過程中不會造成數據丟失和泄密，特制定數據安全管理制度。針對各個信息系統系統管理員、數據庫管理員和各個信息系統使用人員培訓教育。

4.5 加強國內外合作交流

國內科研院所、高校和企業的先進技術、合理的管理體制、完善的法律法規、高效的運行機制等都是值得學習和借鑒的。而最有效的學習方式，就是加強國內外合作與交流，在交流合作中提高自身的科技實力，及時與先進的規范與技術同步，形成自己的知識產權，提高航海保障核心技術水平、增強航海保障自主創新能力，實現技術的共建共享，為提高我國航海保障的國際影響力做好支撐。

5 結語

依托前期數據資源及應用服務建設基礎，聚焦用戶實際需求，開展北方海區航海保障大數據信息服務頂層設計，明確航海保障信息服務建設發展的總體目標，梳理技術、管理及應用功能的邏輯層次，能夠有效指導各項工作協調有序開展，助推北方海區綜合航海保障體系建設，全面提升航海保障信息服務的質量和水平，全力保障船舶航行安全。

參考文獻

[1] 聶乾震.基于e-航海理念的現代化綜合航海保障系統研究[J].中國海事，2016（12）：22-25.

[2] 李建濤.論航海保障信息化服務體系建設[J].中國海事，2017（1）：46-47.

[3] 李樹兵.基于e-Navigation的港口航道綜合保障系統[J].交通企業管理，2015（9）：53-55.