北方海区航海保障大数据信息服务顶层设计概述

李建平 辛继录

摘 要：近年来，我国不断推进航海保障能力和服务水平建设。坚持用户导向和需求导向，推进标准化、智能化建设，满足多层次、差异化的用户需求，建成现代化的综合导助航服务体系，是航海保障发展的目标和任务。本文针对航海保障大数据应用需求，从全局和整体层面进行航海保障信息服务发展的规划，综合考虑各个部门的联系，设计出符合航海保障现状的大数据应信息服务总体架构。

关键词：航海保障;大数据;信息服务

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0033-03

0 引言

航海保障作为服务水上及涉海用户的基础性、公益性行业，主要承担辖区范围内海事航标建设养护、港口航道测量绘图、水上安全通信等技术支持和服务保障职责[1]。北海航海保障中心的辖区覆盖范围包括辽宁、河北、山东、天津和黑龙江，共四省一市。党的十八大和十九大相继做出了关于建设海洋强国和交通强国等重大战略部署，北海航海保障中心将进一步整合北方海区的航标、测绘、通信业务和各种航海保障资源，通过搭建内部协同管理平台和对外综合信息服务平台，加快形成以“信息全面、装备先进、反应快速、服务高效”为特征的综合航海保障体系，为北方海区航运经济发展提供综合性航海保障服务。

近年来，随着云计算、物联网、大数据等新技术的蓬勃发展，我国先后出台了《大数据产业发展规划（2016-2020年）》和《新一代人工智能发展规划》，积极推动先进的信息技术广泛应用，为海上交通、航海保障事业的快速发展提供了思路。“一带一路”倡议、京津冀协同发展战略、雄安新区建设、“冰上丝绸之路”合作发展，为北方海区航海保障事业发展带来了战略机遇。同时，随着国际海事组织（IMO）、国际航标组织（IALA）、国际海道测量组织（IHO）和国际电信联盟（ITU）的共同推進下，e-Navigation（e航海）战略不断深入发展，各类新兴技术和智能化发展理论逐步渗透到航海领域，相应的e航海示范工程在丹麦、瑞典、挪威、芬兰、韩国、新加坡等国家相继建设，为不断拓展海上信息服务研究奠定了基础。近年来，我国也先后建设了洋山港、天津港复式航道、长江口、珠江口等e航海示范工程，为海上用户提供日益丰富的航行服务信息，有力保障了海上安全，积累了做好航海保障信息服务的工作经验。

要全面做好北方海区航海保障信息服务建设，需要充分利用大数据、物联网、人工智能等先进理念和信息技术，更加科学合理深入的利用当前的各类航海保障数据资源，深挖各类基础设施资源的优势，加强航海保障综合信息服务的顶层设计，全面把握涉海用户需求，梳理服务内容及形式，并依托军民融合及北斗系统发展的战略机遇，积极推进北方海区航海保障综合信息服务的换挡升级，打造优质服务产品和服务窗口品牌。

本文将以信息管理与服务的精细化为目的，利用大数据技术对已有航海保障数据进行关联性分析，开展航海保障信息服务顶层设计，指导航海保障工作今后有序开展信息服务产品的建设，实现全面、及时、可靠、高效的信息服务。

1 北方海区航海保障信息服务现状

自2012年底正式成立以来，北海航海保障中心主动聚焦海上用户需求，加强基础设施支撑能力建设，不断丰富数据感知、信息服务手段，航海保障信息服务水平持续提升。

1.1 航海保障数据资源不断丰富

近年来，北海航海保障中心不断加强航海保障数据感知系统建设，在船舶自动识别系统（AIS）、航标遥测遥控、港域环境监测等系统的基础上，相继开展了北方海区重点港口水文信息服务系统、北方海区沿海水域的北斗地基增强系统、天津港气象实况服务平台等信息系统，不断丰富了北方海区航标、水文、气象、船舶、海图、高精度定位等各类数据资源，为做好内部管理和对外信息服务奠定了基础。

1.2 航海保障信息服务手段不断拓展

在充分利用互联网、4G等公共网络资源以及甚高频（VHF）无线通信的基础上，北海航海保障中心不断丰富和拓展海上通信手段，积极开展水上宽带通信网络研究与建设工作，先后开展了基于甚小口径卫星终端站（V-SAT）和长期演进技术（LTE）的渤海西部水上宽带试点研究;利用北斗技术开展海上安全信息播发，并实现了“北斗-手机短信”“北斗-微信”的跨网互通;同时，积极开展甚高频数据交换系统（VDES）技术研究，不断提升水上通信方式建设，为开展各类航海保障信息服务搭建了数据传输的支撑平台。

1.3 航海保障信息服务产品不断升级

依托官方网站，北海航海保障中心向社会公众提供了海区航行警告、航标动态、海图改正、气象预报等助航服务信息。“北海航海保障中心”“天津航标”“天津海岸电台”等微信服务公众号相继开通;北斗海上安全信息播发系统用户不断增加，“电子围栏”、预警告警、跨网通信功能不断完善;差分GPS、北斗高精度定位信息持续播发;“北海之声”语音广播的专题栏目日益丰富，受到船员用户的点赞;天津海岸电台APP等手机应用相继投入使用，为广大涉海用户提供了更多便捷选择。

1.4 航海保障信息服务支撑能力不断提升

2018年底，北海航海保障中心率先完成航海保障云数据中心基础建设，实现了计算存储等虚拟化资源的动态管理与应用，搭建了统一身份认证、数据交换平台等支撑模块，完成了重要航海保障业务数据的汇聚清洗工作，构建了航海保障数据资源主题数据，开发了数据服务接口，为内部管理与对外服务等各项工作的开展提供坚实保障。

经过多年建设，北方海区航海保障信息服务的能力和水平都在不断提升。但同时也应该清晰看到，当前的航海保障信息服务仍呈现出不平衡、不充分的特点，与对接服务对象的需求还有一定距离，信息服务产品仍有待丰富，智能化应用功能不多，个性化服务需要拓展，数据资源应用有待深化[2]。因此，有必要结合国家发展战略和行业发展方向，全面分析梳理航海保障信息服务的发展趋势，开展指导中长期发展与建设的统筹规划、顶层设计。

2 航海保障大数据信息服务的总目标及原则

2.1 航海保障大数据信息服务的总目标

建设北方海区航海保障大数据信息服务体系是根据国家“智慧海洋”到信息的发展趋势和社会需求提出来的，核心理念是：整合资源、搭建平台、高效管理、集中服务，形成一体化的航保数据生产、管理与应用服务模式。通过充分利用泛在网络环境，由目前沿用的单纯向社会各类用户提供生产好的航保产品的模式转化为提供实时有效的北方海区航海保障大数据信息服务模式。这种转化需要提升几种能力：（1）构建北方海区数据信息“大数据”的获取和数据库的动态变化监测和实时更新能力，高效的分析利用这些海量数据提取出有效信息;（2）构建满足社会公共服务的北方海区航保基准体系和基础信息数据库系统;（3）构建、实时有效的数据传输和信息服务的互联网支撑运行环境;（4）构建支持政府、企事业单位和大众用户开放式协同运作的技术管理体制;（5）构建信息共享（信息安全和知识产权）的相关法规、标准体系和运行机制。

针对航海保障信息服务将满足“领导管理决策、部门信息共享、社会公共服务”三个层次的需求，通过采用信息化战略理论与方法，采用先进成熟的建设思路和技术，在充分考虑已有信息资源和深入分析各部门需求的基础之上，采用软件体系结构方法，设计多个架构，从多个视角描述航海保障大数据信息服务平台的技术视图，既关注纵向（自上而下）、更关注横向（自左至右或自右至左），实现海洋航保信息的互联、互通、互操作，最终形成支持工程化实践的总体技术设计方案。

2.2 设计原则

根据航海保障大数据信息服务建设的特点，在进行顶层设计时，应当从整体和全局出发，综合考虑各个部分的联系，设计出合理的框架结构，结合其他领域信息化的成功案例，顶层设计应参照以下四点原则进行：

（1）统一规划、集約建设。具体规划内部部门的业务范围，将目标统一于航海保障信息化服务上，充分利用一切资源，更加合理地运用现代管理和技术，充分发挥人力资源的积极效应，提高工作效益和效率。（2）数据集中、资源共享。设计航海保障基础数据库，将近年来的海事航保数据分类分层存入，制定数据库操作规范，提高数据安全性。设计资源共享方式，对不同需求、不同地位的用户提供不同的权限，以便于航海保障信息服务的共享。（3）部门协同、集成应用。加强中心内部部门之间的协作同步，优化业务作业流程，拓宽部门沟通渠道。将不同孤立的应用系统集成化，使得相互联系，从而构成一个有机整体。（4）融合服务、便民利民。坚持以服务对象为中心的发展理念，加强“互联网+”服务功能建设，实现航海保障数据服务的个性化定制和智能化应用，将海事航保信息以服务的形式传递给用户，提升服务友好性，更好满足服务对象的新需求、新期待，方便港口船只的停泊和海上的安全航行等。

3 航海保障大数据信息服务顶层设计概述

按照应用、数据、服务等维度分析梳理，北方海区航海保障大数据信息服务顶层设计总体框架主要包含6个逻辑功能层和1个标准规范体系，分别为信息服务门户逻辑层、信息服务应用逻辑层、航保数据资源逻辑层、航保数据感知逻辑层、航保数据传输逻辑层、基础设施逻辑层和信息服务标准规范体系。各逻辑层均具备通用的接口平台，实现数据的互联互通。主要功能如图1所示。

信息服务门户逻辑层：该层是面向各类用户及相关设备的逻辑功能层，是信息服务的窗口。其主要功能是实现各类功能应用模块和数据服务接口的集成与展示，方便用户及设备获取相应的服务或数据。该逻辑层是门户网站、APP、微信平台、语音平台、AIS服务平台等各具体服务窗口的总集合，能够有效支撑各种展示形式、各种通信手段、各种服务内容的需求。信息服务门户逻辑层包括内网门户和外网门户，内网门户面向的服务对象为海事系统内部的单位、部门和工作人员，外网门户面向的服务对象为外部用户。

信息服务应用逻辑层：该层是根据用户需求开发的各类应用、服务系统，包含了满足用户需求的各类功能服务模块，能够有效支撑不同用户的实际需求。如信息查询、预警报警、GIS平台、专题示意图、用户管理平台、决策分析系统等，从而实现数据融合推送、计划航线服务、基础信息推送、异常事件预警、历史信息分析、数据可视化服务、区域流量统计等具体功能以满足用户需求。该逻辑层是通过开发各类信息服务系统、功能支撑模块，满足不同用户个性化、定制化的信息服务需求。各功能模块支持与信息服务门户的对接，并通过数据接口调用航保数据资源逻辑层的数据资源。

航保数据资源逻辑层：该层是对航海保障数据资源的统一存储、管理与共享平台的功能逻辑层。其具备数据交换、数据清洗、数据接口服务等具体实现功能，搭建了各类航海保障主题数据库，能够有效支撑上层信息应用系统、大数据分析和数据接口服务等功能需求。根据航海保障大数据体系架构设计、数据资源建设中可知的数据类型（AIS、雷达、水文、气象、航标），数据来源方式及数据结构，大数据管理平台拥有对各类数据的接入、清洗、转换，数据组织与管理，并实现对航海保障大数据分析平台和航海保障大数据决策支持平台提供服务。

航保数据感知逻辑层：该层是实现各类航海保障数据多手段、多渠道采集与产生的功能逻辑层。其依托各类感知设备，实现多种数据的采集，不断丰富航海保障数据资源，如水文、气象、船舶动态等数据。主要包括推进卫星遥感数据平台建设，不断丰富航海保障相关的高分辨率遥感数据;加快沿海主要港口潮汐、水文、气象等信息采集终端的补点建设;加强北斗地基增强等高精度导航定位信息资源建设等。

航保数据传输逻辑层：该层是基于有线网络、4G/5G、LTE、卫星（北斗、VSAT等）、微波、VHF、VDES等技术搭建的水上通信网络逻辑集合。其实现了从沿岸到远海的多重通信网络的覆盖，能够有效支撑应用终端，为开展信息服务提供通信网络资源服务，提升水上信息服务水平，需要积极搭建水上宽带高速网络，实现不同带宽网络的多重覆盖，为港口、航道、重要水域提供高速宽带、为中远海提供通信保障[3]。

基础设施逻辑层：该层是各类计算、存储、网络、操作系统、数据库等基础性软硬件的功能逻辑层。其利用虚拟化等信息技术，实现计算、存储、网络等资源的共享共用，通常采用虚拟化、分布式存储、分布式计算等先进技术与应用模式，并与具体业务相结合，确保先进技术与模式应用的有效与适用，为开展各类信息服务提供必要的基础运行环境。

信息服务标准体系：该体系用于定义航保业务主题数据库的数据源标准、存储标准，数据流转过程中的传输标准以及对外提供服务的服务标准等，标准编制与服务应用系统、功能模块、数据汇聚存储等建设工作同步开展，确保系统建设和信息服务规范有序。

4 相关建议

4.1 加强组织领导和宣传贯彻

大数据信息系统的建设是“一把手”工程，需要得到组织领导的大力支持，为保证规划任务的实施和总体目标的实现，上级领导要不断提高抓大谋总的能力，努力推进管理创新，全面参与并领导规划的实施。由于大数据信息系统涉及多个部门和单位的协助，需要单位各级领导要高度重视，认真组织学习、宣传和贯彻，深刻理解顶层设计的思想内涵和基本内容，切实将本总体设计作为制定规划、谋划发展的行动纲领。

4.2 加强信息服务合作

加强与海洋、气象等部门的战略合作，实现水文、气象等数据资源的交换与共享，尝试通过共商共建、市场化等途径开展相关信息服务工作，建立服务合作机制，使得各个航海保障部门间能相互理解、交流、合作，共同推进信息服务内容的不断丰富，信息服务水平不断提升。

4.3 加强信息服务的分级管理

结合用户身份及实际需求，对信息服务内容及数据资源进行授权管理，向不同用戶提供不同类别、不同范围、不同精度、不同粒度、不同时效性的信息及数据服务。针对性的为用户提供业务定制化服务和信息及数据安全管理，确保信息及数据服务的安全可靠为前提，最大限度的为用户提供丰富的服务。

4.4 制定大数据安全管理规则

为了确保航保大数据信息系统的数据安全，使得在信息系统使用和维护过程中不会造成数据丢失和泄密，特制定数据安全管理制度。针对各个信息系统系统管理员、数据库管理员和各个信息系统使用人员培训教育。

4.5 加强国内外合作交流

国内科研院所、高校和企业的先进技术、合理的管理体制、完善的法律法规、高效的运行机制等都是值得学习和借鉴的。而最有效的学习方式，就是加强国内外合作与交流，在交流合作中提高自身的科技实力，及时与先进的规范与技术同步，形成自己的知识产权，提高航海保障核心技术水平、增强航海保障自主创新能力，实现技术的共建共享，为提高我国航海保障的国际影响力做好支撑。

5 结语

依托前期数据资源及应用服务建设基础，聚焦用户实际需求，开展北方海区航海保障大数据信息服务顶层设计，明确航海保障信息服务建设发展的总体目标，梳理技术、管理及应用功能的逻辑层次，能够有效指导各项工作协调有序开展，助推北方海区综合航海保障体系建设，全面提升航海保障信息服务的质量和水平，全力保障船舶航行安全。

参考文献

[1] 聂乾震.基于e-航海理念的现代化综合航海保障系统研究[J].中国海事，2016（12）：22-25.

[2] 李建涛.论航海保障信息化服务体系建设[J].中国海事，2017（1）：46-47.

[3] 李树兵.基于e-Navigation的港口航道综合保障系统[J].交通企业管理，2015（9）：53-55.