浅谈关于众包测深的几点思考

上海海事测绘中心 上海 200090

1 引言

航运作为单位运量运费最低廉的运输方式,在中国成为世界工厂的过程中起到了关键性的作用,据统计中国国际贸易中进出口货运中约90%通过航运完成。随着船舶大型化趋势日渐明显,船舶吃水越来越深,航运业对海图资料的精准性、实时有效性提出了新的要求。但由于海洋面积相对于船舶总数仍过于广阔,专业测量船对水深进行测量不仅存在作业压力大作业强度高,客观上也导致了海图数据的更新周期长,不能实时的反应短周期内的海域水深情况,供求矛盾也在倒逼传统海道测量工作模式进行改变。

2 众包测深相关

2.1 众包模式的起源 众包概念起源于互联网问答社区,于2005年首次在中国科学院研究生管理学院的BBS上面被提及,同年12月份刘峰首次提出了威客理论,2006年7月美国记者Jeff Howe提出了众包概念。与强调专业性的外包不同,众包更强调非特定对象的参与,并产生了如“任务中国”的众包网络平台,众包模式首先在陆地测量中开始体现其无与伦比的优越性,国内移动地图运营商们在传统移动地图的基础上加入了众包模式,有效的改善了传统产品存在的信息错误,道路信息老旧、信息更新不及时等问题。

2.2 众包测深国内研究现状 众包模式同样适用于海图领域。随着互联网基础设施发展,通信条件改善以及船载定位和测深设备的装载量增加。交通运输部南海航海保障中心曾对于海道测量中众包水深测量进行了研究,根据其实验结果,利用船载GNSS和船载测深仪得到的水深数据与利用卫星差分和专业ODOM测深仪得到的水深数据,误差小于0.3m的概率为95.4%,众包测量的硬件前置条件已然成熟。通过与航行区域内大量的志愿船舶合作,利用其在航行过程中获得的海量水深数据,通过处理与分析可以得到航道水深变化情况,对于专业测量资源配置以及保障航行安全具有重要作用。

3 关于众包测深的几点思考

3.1 众包测深船的选择 航行在中国海域的船舶包括渔船、商船、公务船、工程船。其中公务船由于工作性质原因,很难在实际中承担海道测量的众包工作、工程船由于本身作业限制,航行区域小机动性差,所采集的水深数据质量也会受到其本身作业影响,故不考虑。近海渔船本身造价低、吃水小,故船东很少会为船舶配备专业的测深设备。唯一适合参与水深测量众包工作的为大量高频次航行在航道、锚地、近海的商船。其中集装箱船体积大、吃水深、靠港时间短,经停港口数量多,航线多为固定班轮,船期间隔较小很适合在航行中进行测量工作,而散货船数量多,靠港卸船时间较长,可作为固定航线之外的航线水深测量工作。渔船由于投入原因,并未大量配备船载测深设备,现阶段不满足承担海道测量众包工作的条件。

3.2 众源数据校验、后处理工作 众包模式相对于传统集中式作业方法,是一种相对分散以及扁平化的生产作业模式,公众参与的积极性更高,数据采样频次更高。相对于传统测量工作获得的数据,众源数据存在数据量巨大、成本低廉、及时性强、数据质量不稳定等特点。为了获得更及时更稳定的水深数据需要确定相对固定的规则以及报送方法,对参与众包测量工作的船舶所获得的测深数据,通过机器筛选与人工干预相结合的方式,根据预测的水深,利用设定的置信区间对数据进行筛选处理。

众包测量获取的数据由于在测量过程中受到定位精度、潮流水深等诸多因素影响,所采集获得的水深数据不能直接被采用,需要发送到专业数据处理中心,在通过数据的校验后,由专业的人员进行数据的后处理,并且根据水深数据采集设备,气象条件,用户的置信程度对水深数据进行进行动态置信分级,众源数据由于采样频繁,水深数据在时间与空间上存在部分重叠,相对于传统专业测量船定期对固定区域进行水深测量所采集的数据,众源数据在数据的数量上有了成倍的增长,但是质量却由于操作、气象条件等因素的影响会劣于传统方式采集的数据,所以数据的筛选尤为重要,对于大量的水深数据通过人工筛选处理明显是不现实的,需要利用电脑算法进行筛选,同时传统的人工内插水深的方法由于工作繁琐,耗费时间长,需要对水深处理软件进行升级,完善其水深内插等相关功能,众包测量带来的海量数据利用传统的水深处理方式不仅费时,还会因为不能及时处理水深数据从而造成现实意义上的数据冗余。邬金在《众包水深测量的关键技术研究与分析》一文中指出船载GNSS设备与测深仪在时间上是不同步的,两者存在0-1S的时延,同时定位数据与水深数据采样频率的差别会导致众源数据在精度上不够理想。关于此两项数据可以通过电脑软件对众源数据进行时间内插以及同步处理,以提高众源数据的精度。

3.3 众源数据的校准 对于经过筛选及后处理的众源数据,由于受到船速以及测量环境的影响,可能存在部分区域数据缺失,对于缺失掉的水深数据区域需要做好后期补测活动,利用专业的测量船作为众源数据的补充以及校验手段,对水深情况进行二次确认。不仅可以保证众源数据的测量的精度,还可以保证海图水深数据的时效性。同时根据海域内水深变化的情况,可以更好的服务航海保障工作。众源数据的质量把控是一项重要的工作节点,对于众多志愿船采集报送的水深数据,需要根据志愿船的报送记录、船载设备、作业环境、水深合理性等方面进行筛选把控。

4 总结

众包模式作为一种新型的生产模式对于水深测量这一传统行业的发展是一次新的契机,在相关政策法规还不甚完善的情况下需要根据现有的水深测量产业现状以及生产模式分阶段的稳步推进,获得的众源数据以及经过二次加工的水深数据可以对海洋研究提供更加翔实精确的辅助性数据。从对于安全需要相对弱化的一些辅助性领域进行切入点,例如海域水深变化趋势研究、船舶流量较少海域的测量生产进度安排的参考等。在众源数据的质量控制得到稳步提高达到航海保障要求后,逐步推进众包测深获得的众源水深数据加入到海图工作中。