中國海監現場執法綜合指揮系統的研究與實現

沙穎平 周 玲 高延銘 曲 鵬 王 波

中國海監現場執法綜合指揮系統的研究與實現

沙穎平 周 玲 高延銘 曲 鵬 王 波

海洋行政管理是國家行政管理的重要領域之一，中國海監是國家海洋局領導下的海洋行政執法隊伍，各級海洋行政主管部門及其所屬的中國海監機構依據相關法律法規，維護了良好的海域使用秩序。

我國海洋行政執法具有管轄范圍廣、面積大、強度高的特點。利用現代信息技術，加強執法人員的執法檢查和取證能力，提高執法效率，是海域行政執法面臨的重要問題。綜合利用3S技術、媒體編碼技術、數據庫技術和3G通訊技術，研究并開發“中國海監現場執法綜合指揮系統”，可以實現指揮中心與執法現場多種信息的雙向溝通，有效提高中國海監隊伍海洋行政執法效能。

海域使用檢查執法的主要工作內容之一是現場用海項目核查，包括使用專用測繪設備進行空間定位、海域范圍評判和面積計算、利用音視頻記錄設備進行現場情況的記錄和取證等。現場取證內容經整理形成檢查報告，報告中除包括常規的描述內容外，還包括GPS核準的空間位置以及現場的錄音、錄像和照片等資料，再經過人工整理形成最后的執法檔案。原有的業務流程除時效性難以滿足執法業務的需要外，還存在后期應用不便、資料格式不一致等系列問題。

中國海監現場執法綜合指揮系統首先要解決的問題主要是現場位置、媒體資料的獲取和傳輸，其次是數據傳輸到指揮中心后的應用和歸檔。因此合理的硬件選型、多線程開發軟件方案和傳輸線路是本系統解決方案重點要考慮的問題。

前端設備除必要的基礎地理信息支持、經緯度獲取校正和測量功能外，還要具備系統注冊、經緯度上報以及視頻資料獲取、壓縮和發布的功能。其中自動經緯度上報、用戶標定點和視頻處理均為互相獨立的線程進行操作，避免因系統的時延和3G線路的通訊狀況不佳影響整個系統的應用效果。經調研，可以滿足系統基本性能的前端設備有華碩、惠普、蘋果、三星等廠商推出的多款產品，經對比系統選擇Trimble公司的Yuma進行開發。Yuma是一款適用于戶外的堅固性平板電腦，具備防水、防塵和防震性能，十分適合中國海監執法環境的實際情況。Yuma內置的GPS信號在處理后靜止精度在1～2米，在進行沿海地區多種3G通訊質量測試后，系統選擇使用中國電信EVDO網絡進行3G通訊支持。

執法現場綜合指揮系統結構

行政執法指揮中心的系統除了具備與現場的正常通訊功能外，還具備強大的數據支持能力、現場數據比較能力以及媒體信息播放和記錄能力，并能直接形成相應的歸檔資料，供其他應用系統及執法管理需要。

為了更好地表現執法現場情況，選擇全國沿海分辨率為1～5米的遙感影像為底圖，疊加1:25萬～1:50萬的DEM數據，補充沿海各省市的管理岸線、行政區劃、海域功能區劃和各類確權用海數據，以及陸地交通、水系、居民地等信息，形成應用海域和周圍環境的完整信息支持。地理信息支持平臺分別選用World Wind Java三維地圖平臺和ARC GIS Server二維地圖平臺，實現了對現場信息的同步展示和同步定位，可以從不同角度和方位保證對現場回傳信息的表現效果。

考慮到海量基礎空間數據支持的效率、完整性和靈活性，系統在服務器端采用了三種數據支持方式：WMS（Web Map Service）服務、ARCSDE+ORACLE數據支持和SHP格式的數據支持。WMS服務：全部的基礎數據都轉化為WMS服務緩存，利用ARCGIS Server實現信息的分層發布，發布內容包括可見光遙感影像和合并后的基礎地理數據，還包括以WMS形式發布的空間高程數據；ARCSDE數據：主要用于發布與執法過程關聯緊密的、具有空間和屬性雙重內容的信息，包括海洋功能區劃、確權用海、工程用海數據等；SHP等文件格式：主要用于臨時增加的數據的疊加，如臨時獲得的空間遙感影像或海域使用證內容，可以提高系統的靈活性。

基礎數據接口的目的是以松耦合方式連接前端系統與指揮系統，實現媒體數據、測繪數據和中心指令數據的雙向通訊，達到真正的數據共享與重用。系統數據接口采用Web Services方式提供，Web Service主要是為了使廣域網上的站點之間的信息能夠相互通信、共享而提出的一種接口。通過Web Services定義了應用程序在Web上的接口支持，極大擴展了程序的功能。系統定義的主要接口包括：設備應用啟動注冊/注銷接口，向服務器端發送信息，通知服務器端哪臺設備已經啟動/關閉并進行數據傳輸；設備GPS位置定期傳輸接口，設備啟動后，前端系統會根據設備位置變化情況以10～30秒間隔的頻率向服務器端發送當前系統的經緯度位置；定位傳輸接口，用于現場執法人員與指揮中心之間雙向位置核查通訊；媒體資料記錄情況上報接口，用于設備向服務器端提交媒體資料壓縮及編碼發送情況。

指揮中心業務系統

媒體資料傳輸方面，現場媒體壓縮和服務器端的廣播均采用Windows Media系列組件，可以達到同一個編碼體系支持從前端到服務器發布全部編解碼要求。前端設備利用WMEncoder SDK，可以從前后兩個攝像頭或桌面畫面錄制，并可監視編碼程序進行時的資料，服務器使用Windows Server上的流媒體服務實現廣播和轉播。為了解決3G網絡的時延和穩定性，系統通過增加緩沖區的方式保持媒體傳輸的連續性，WMEncoder的緩沖分為三部分：前端壓縮的緩沖、視頻服務器的緩沖和客戶機的緩沖設置，前兩部分可以由前端系統和服務器共同進行調整，以適應網絡環境和現場視頻傳輸的需要。一般現場網絡狀況較好的情況下可以選擇5～10秒的緩沖，而網絡狀況較差的環境下可以選擇10～30秒的總體緩沖。

系統功能方面，系統主要目的是實現行政執法現場的信息支持和指揮管理，主要設計為三大功能模塊：信息支持、執法指揮和資料歸檔。信息支持包含基礎信息查詢、空間信息查詢和空間分析，用于對系統集成的數據、空間信息資源進行索引、查找、定位和關聯分析，提高整個指揮中心對執法監管環境的掌握能力；執法指揮包含執法過程跟蹤和執法現場指揮，可以查詢、定位和管理系統中全部執法記錄，包括空間位置、圖元的定量記錄和包括錄音錄像一類的媒體資料；資料歸檔包含執法成果匯報和資料歸檔，可以完成最終成果的提交和應用，為其他相關業務應用提供信息支持。

綜上所述，本系統應用3S技術和3G網絡通訊，通過Web Service和媒體編碼接口技術，設計了“中國海監現場執法綜合指揮系統”，解決了3G網絡下地理信息數據支持和多種數據通訊的問題，具備了現場信息獲取與傳輸功能，成功實現了執法現場與指揮中心的雙向信息溝通。經執法實際應用，系統能夠滿足用戶提出的需求和系統規劃的功能，并在中國海監多次行政執法過程中得到了應用和驗證，是中國海監海洋行政執法能力建設過程中又一次提升。