海事信息挖掘與共享發(fā)展路徑研究

陳琛CHEN Chen

（武漢商學(xué)院，武漢430056）

0 引言

交通強(qiáng)國是我國十四五規(guī)劃的重要內(nèi)容，交通部《加快編制國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要（2021—2050年）》的意見中將明確提出要大力推動(dòng)交通運(yùn)輸管理和服務(wù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，加快智慧交通建設(shè)步伐，切實(shí)提升交通服務(wù)水平。必須借助信息化和互聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)向“智慧交通”的升級(jí)轉(zhuǎn)變。海事作為現(xiàn)代交通的重要組成部分，一直以來都關(guān)注著信息化的發(fā)展，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國海事部門已經(jīng)完成了基本業(yè)務(wù)的信息化和數(shù)據(jù)化，隨著海事信息化建設(shè)的深入，調(diào)查海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)挖掘及共享需求，研究海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析模型，推進(jìn)海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的在海事系統(tǒng)內(nèi)、交通運(yùn)輸行業(yè)內(nèi)部以及全社會(huì)的共享應(yīng)用，進(jìn)而提升海事信息資源開發(fā)利用水平，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸行業(yè)從傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

1 海事信息數(shù)據(jù)共享發(fā)展現(xiàn)狀

從十三五以來，在建設(shè)交通強(qiáng)國、推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，我國海事部門積極探索運(yùn)用現(xiàn)代化通訊技術(shù)，提出了通過信息化支撐和引領(lǐng)“數(shù)字海事建設(shè)”的發(fā)展戰(zhàn)略，通過積極推進(jìn)革命化、正規(guī)化、現(xiàn)代化的“三化”建設(shè)，經(jīng)過十三五期間的建設(shè)，我國海事已經(jīng)基本建成了職責(zé)清晰、管理規(guī)范、服務(wù)智能的現(xiàn)代化海事服務(wù)體系。在三化建設(shè)的過程中，為了提升海事管理能力，建設(shè)智慧海事，國家和各地方海事管理部門依據(jù)各自的行政管理職責(zé)進(jìn)行了一系列信息化建設(shè)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了海事管理的數(shù)據(jù)化和電子化。

首先是從靜態(tài)信息管理層面，各地方海事管理部門已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了主要業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化，能對(duì)轄區(qū)內(nèi)的船舶、船員、航道、港口、貨物等進(jìn)行信息收集和管理。從動(dòng)態(tài)管理監(jiān)管層面，我國主要的通行水域?qū)崿F(xiàn)了大范圍甚至全覆蓋的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，尤其是在長江干線全線，通過船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)（CCTV）以及中國船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)（LRIT）多種多累識(shí)別和監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)[1]，可以較好的實(shí)現(xiàn)海事信息的全方位監(jiān)管。隨著這些動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的覆蓋，也為航行安全、航道檢測、應(yīng)急處理、污染防治等海事管理活動(dòng)提供管理基礎(chǔ)[2]。

在各獨(dú)立的信息化系統(tǒng)建設(shè)完成之后，包括海事管理部門、科研院所和高校等在內(nèi)的眾多管理和科研部門開始關(guān)注于信息的共享。目前，已有地方部門建立了海事、船檢、運(yùn)政船舶數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，另外還有包括“航運(yùn)在線”、“中國航運(yùn)數(shù)據(jù)庫”等公共信息服務(wù)平臺(tái)[3]。雖然有著這些信息共享系統(tǒng)或平臺(tái)的信息化基礎(chǔ)，受管理體制、技術(shù)條件和思想觀念等因素的制約，海事信息“信息孤島”、資源浪費(fèi)問題仍然非常突出，目前，由于船舶、船員、船公司、簽證、通航環(huán)境、AIS、法規(guī)、規(guī)費(fèi)等數(shù)據(jù)種類繁多，缺少能將較多信息共通的信息共享體系，而針對(duì)海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)挖掘的研究大多處于設(shè)想構(gòu)建階段，具體實(shí)施工作沒有開展，總體來說，海事信息挖掘與共享已經(jīng)具備了基礎(chǔ)基礎(chǔ)的實(shí)施條件，但目前還缺少成熟和規(guī)范的相關(guān)共享機(jī)制和應(yīng)用范例。

2 海事信息挖掘與共享存在的問題

隨著我國海事信息化的發(fā)展，海事管理部門根據(jù)各自的業(yè)務(wù)內(nèi)容，已經(jīng)基本上完成了業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)化和信息化，在這個(gè)過程中，建立了船舶管理、船載客貨管理、事故與應(yīng)急管理等眾多管理系統(tǒng)。這些管理系統(tǒng)不僅提升了海事管理部門的工作效率，同時(shí)完成了我國海事的基本信息化過程，積累了大量的原始數(shù)據(jù)。然而，在信息數(shù)據(jù)挖掘與共享的發(fā)展過程中，由于過去的分散發(fā)展，無法發(fā)揮數(shù)據(jù)集中規(guī)模的優(yōu)勢，還存在著以下一些問題，不利于海事信息和數(shù)據(jù)的挖掘與共享。

①不同的應(yīng)用系統(tǒng)建立在不同的硬件和軟件平臺(tái)上，不同的應(yīng)用系統(tǒng)又可能是不同的語言和開發(fā)工具開發(fā)出來的，有用Oracle 的，有用Sybase 的，有用SQL Server的，使得數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式無法兼容，難以實(shí)現(xiàn)互通和共享。

②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致，例如不同的數(shù)據(jù)中都有“船名”這個(gè)字段，但是在不同的數(shù)據(jù)庫中給出的數(shù)據(jù)類型的定義卻不一樣。數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)的不同使得原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、字段長度和處理方式都各不相同。且不同數(shù)據(jù)庫中含義相同的數(shù)據(jù)也無法簡單匹配和合并處理。

③相同業(yè)務(wù)語義的信息被反復(fù)定義和存儲(chǔ)，沒有形成全局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源編碼體系，給應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互造成不便。

④數(shù)據(jù)資源分散在各個(gè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫中，從不同的系統(tǒng)中提取同樣含義的數(shù)據(jù)時(shí)，將會(huì)遇到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等問題。這使得同一業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不同模塊間、不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息可能會(huì)需要人工來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組織，在這個(gè)重組過程中，不僅效率慢，還可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精確度降低。這些困難使得數(shù)據(jù)很難進(jìn)行交換和綜合運(yùn)用。

⑤在數(shù)據(jù)資源發(fā)掘與綜合利用方面存在較大不足，現(xiàn)有數(shù)據(jù)屬于不同的行政管理部門，也是用于不同的應(yīng)用背景，首先需要將現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行聚集，匯聚成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)實(shí)體后再基于業(yè)務(wù)語義數(shù)據(jù)內(nèi)容融合。

⑥在數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)方面，隨著多個(gè)數(shù)據(jù)庫和多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的建成并投入運(yùn)行，業(yè)務(wù)量快速增長，信息存儲(chǔ)量和查詢量也急劇上升，部分應(yīng)用和存儲(chǔ)系統(tǒng)難以滿足未來應(yīng)用的需要。

3 海事信息挖掘與共享需要解決的關(guān)鍵問題

海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)正在從稀缺走向了極大豐富，然而這些這些數(shù)據(jù)來源于不同的管理部門，不同的應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)之間并沒有形成有效的整合，要想實(shí)現(xiàn)大量海事信息的挖掘與共享，目前還需要從技術(shù)和應(yīng)用場景兩個(gè)層面解決信息挖掘與共享的關(guān)鍵問題。

3.1 技術(shù)關(guān)鍵問題

①海事數(shù)據(jù)源質(zhì)量評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)匯聚。根據(jù)海事數(shù)據(jù)的來源、采集時(shí)間、數(shù)據(jù)精度等，建立海事數(shù)據(jù)源質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，分析海事數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，在數(shù)據(jù)匯聚時(shí)選擇高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源。在數(shù)據(jù)共享過程中，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚，將多途徑、多類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一集中的處理，針對(duì)不同的海事匯聚場景，建立多模態(tài)的數(shù)據(jù)匯聚方法，在匯聚過程中保證數(shù)據(jù)完整性、時(shí)效性和精確性。

②海事實(shí)體的識(shí)別方法。海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)記錄都與不同的實(shí)體一一對(duì)應(yīng)，要使其納入應(yīng)用，首先應(yīng)區(qū)分不同的實(shí)體，在數(shù)據(jù)匯聚的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的海事主題建立實(shí)體識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)體的自動(dòng)識(shí)別，同時(shí)還要對(duì)實(shí)體識(shí)別效果進(jìn)行評(píng)估。

③海事數(shù)據(jù)清洗和自動(dòng)修復(fù)方法。不同的海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可能會(huì)對(duì)相同的海事實(shí)體給出不同的屬性或者行為描述，數(shù)據(jù)共享過程中，通過建立不同場景海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和海事實(shí)體的語義模型，對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，完成數(shù)據(jù)清洗和修復(fù)。對(duì)于非確定性的描述信息，還應(yīng)基于海事業(yè)務(wù)和先驗(yàn)概率，以可靠性、置信度指標(biāo)的方式進(jìn)行描述，為后期處理留下可能。

④基于信息融合方法的高質(zhì)量數(shù)據(jù)整合方法。在前面海事數(shù)據(jù)清洗和海事實(shí)體識(shí)別的基礎(chǔ)上，從業(yè)務(wù)信息的層面實(shí)現(xiàn)信息的融合，將各類異構(gòu)的數(shù)據(jù)通過抽取轉(zhuǎn)換和模式匹配等，整合成業(yè)務(wù)層面的信息，實(shí)現(xiàn)信息融合。

⑤數(shù)據(jù)演化的溯源管理。海事業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)性和多樣性使得數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和變化非常迅速，為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量、一致性和精確性，需要建立完善的數(shù)據(jù)演化和溯源管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)采集系統(tǒng)的自我修正與調(diào)整。

⑥海事數(shù)據(jù)倉庫在真實(shí)的云計(jì)算環(huán)境中的部署方式。云計(jì)算作為一種新的數(shù)據(jù)服務(wù)模式正在日益成熟，也對(duì)海事數(shù)據(jù)倉庫的構(gòu)建、部署和使用提出了新的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在：首先，云計(jì)算混雜了各種計(jì)算和存儲(chǔ)資源，數(shù)據(jù)的存在更趨于分散。另一方面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)性更趨復(fù)雜，“一數(shù)多源”現(xiàn)象普遍存在，數(shù)據(jù)訪問的精確性和一致性難度加大。現(xiàn)有海事數(shù)據(jù)中心將作為云節(jié)點(diǎn)支撐大的云平臺(tái)，而目前這些數(shù)據(jù)中心在數(shù)據(jù)共享上仍然處于割據(jù)狀態(tài)。

3.2 應(yīng)用場景需求

①海事大數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)平臺(tái)。海事大數(shù)據(jù)的共享需要以通用的大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，接入各個(gè)應(yīng)用部門和應(yīng)用主體的多種還是數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也包括各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ)，通過高效的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以進(jìn)行快速有效的挖掘分析，從中提煉出高價(jià)值的信息，靈活支撐日益增多的各類海事業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

②面向海事安全應(yīng)急的數(shù)據(jù)挖掘方法。我國在水上交通事故數(shù)據(jù)、船舶航行、溢油污染和海事監(jiān)管等方面積累了大量數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)共享的建成，需要對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘算法從算法結(jié)構(gòu)、計(jì)算模式等方面進(jìn)行改造和重新設(shè)計(jì)，針對(duì)云計(jì)算環(huán)境，構(gòu)建面向海事業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的挖掘算法，并以這些算法為基礎(chǔ)，構(gòu)建面向海事安全和應(yīng)急救援的云服務(wù)。

③海事應(yīng)急決策預(yù)案推理與生成。在大量共享海事數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)挖掘，綜合采用案例推理決策、遺傳算法、決策樹等方法主要針對(duì)物質(zhì)調(diào)度、最佳航線應(yīng)急規(guī)劃、船舶和人員救助、溢油應(yīng)急等海事應(yīng)急行為和場景，形成最優(yōu)應(yīng)急調(diào)度和救援方案，再將挖掘結(jié)果轉(zhuǎn)化為可行的預(yù)案或決策方案，形成便于決策人員理解與海事應(yīng)急的實(shí)施的應(yīng)急決策預(yù)案。

4 結(jié)語

隨著十三五海事“三化”建設(shè)的基本完成，海事業(yè)務(wù)基本實(shí)現(xiàn)信息化，信息挖掘與共享逐漸成為各方關(guān)注的問題。然而目前實(shí)現(xiàn)海事信息共享還存在很多問題，從技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)層面還有一些關(guān)鍵問題還需解決。