岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)拓展，岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間。本文介紹了岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)功能模塊以及應(yīng)用效果。該系統(tǒng)集成了地理信息系統(tǒng)（GIS）、視頻監(jiān)控、雷達(dá)探測(cè)、環(huán)境傳感器等多種技術(shù)手段，構(gòu)建了一個(gè)高效、智能的岸線防控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)岸線區(qū)域全面、實(shí)時(shí)的態(tài)勢(shì)感知與防控。相關(guān)研究皆在為提升岸線安全管理和應(yīng)急響應(yīng)能力提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：岸線綜合態(tài)勢(shì)；防控系統(tǒng)；GIS；視頻監(jiān)控；雷達(dá)探測(cè)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.030

中圖分類號(hào)：TP 274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）01-00-03

Design and Implementation of Comprehensive Coastal Situation Prevention

and Control System

GUO Nini

（Taiji Computer Co.， Ltd.， Beijing 100020， China）

Abstract： With the continuous advancement of technology and the continuous expansion of application scenarios， the comprehensive coastal situation prevention and control system will usher in a broader development space. This article introduces the design and implementation process of the shoreline comprehensive situation prevention and control system， including system design ideas， key technology implementation， system functional modules， and application effects; The system integrates various technological means such as geographic information system （GIS）， video surveillance， radar detection， environmental sensors， etc.， to build an efficient and intelligent shoreline prevention and control platform. The integration can achieve comprehensive and real-time situational awareness and prevention of shoreline areas. Related research has provided technical support for improving shoreline safety management and emergency response capabilities.

Keywords： comprehensive situation of coastline; prevention and control system; GIS; video surveillance; radar detection

岸線作為海陸交界處，涵蓋了大量的自然資源及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，同時(shí)也面臨環(huán)境污染、自然災(zāi)害等多種安全挑戰(zhàn)。為有效地應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)和確保岸線區(qū)域安全穩(wěn)定，綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具有重要意義。該系統(tǒng)需要具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警響應(yīng)、應(yīng)急指揮功能，以實(shí)現(xiàn)岸線區(qū)域整體感知與高效管理。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 岸線安全現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

岸線作為海陸交界的敏感區(qū)域，其安全管控面臨著諸多挑戰(zhàn)。由于岸線地理環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工巡邏方式難以全面覆蓋，監(jiān)控效果有限。同時(shí)，海上目標(biāo)的多樣性和流動(dòng)性也給管控造成了極大困難。因此，構(gòu)建一個(gè)高效、智能的岸線安全監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。該系統(tǒng)需整合多種前端監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)海上及陸地非合作目標(biāo)的全面監(jiān)控，以有效應(yīng)對(duì)岸線安全面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.2 系統(tǒng)功能

通過對(duì)岸線安全監(jiān)控系統(tǒng)功能要求進(jìn)行深入的分析與規(guī)劃，系統(tǒng)功能概述如下。一是前端監(jiān)測(cè)作為整個(gè)系統(tǒng)的根基，需要集成雷達(dá)、光電、北斗、視頻監(jiān)控等各類前端設(shè)備對(duì)岸線區(qū)域進(jìn)行全方位、全天候監(jiān)控。這些裝置將聯(lián)合建立立體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何非法活動(dòng)。二是對(duì)于海上目標(biāo)，要求系統(tǒng)具有軌跡融合處理能力。由于雷達(dá)不能確定目標(biāo)身份，而北斗系統(tǒng)能給未安裝AIS的艦船以唯一身份，所以通過對(duì)北斗系統(tǒng)與雷達(dá)進(jìn)行航跡融合處理就能獲取目標(biāo)唯一航跡，該功能對(duì)描述目標(biāo)的行為模式、發(fā)現(xiàn)異常活動(dòng)等都有重要的指導(dǎo)意義[1]。三是智能分析及預(yù)警是系統(tǒng)的核心功能。通過對(duì)目標(biāo)軌跡的深入分析處理，可以設(shè)定預(yù)警規(guī)則和閾值，以識(shí)別可疑行為。這將大大提升系統(tǒng)對(duì)潛在威脅的感知能力，使相關(guān)部門能夠迅速響應(yīng)并采取措施，保障岸線安全。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)上充分考慮了系統(tǒng)復(fù)雜性與多樣性，并采用模塊化與分布式架構(gòu)，該系統(tǒng)由多個(gè)相互獨(dú)立但緊密協(xié)作的模塊組成（如圖1所示），這些模塊共同構(gòu)成了一個(gè)高效、靈活且易于擴(kuò)展的整體[2]。具體而言，該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理中心、業(yè)務(wù)邏輯引擎、展示平臺(tái)和用戶管理模塊等組成。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)從各類傳感器和監(jiān)控設(shè)備中實(shí)時(shí)收集岸線區(qū)域的數(shù)據(jù)，如高清攝像頭的視頻流（30 fps，并支持H.265編碼方式）、雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)軌跡（每2.5秒鐘更新1次，精確度達(dá)到米級(jí)別）。這些資料經(jīng)高速網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行清洗、集成及初步分析。業(yè)務(wù)邏輯引擎再按照預(yù)設(shè)規(guī)則與算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與智能分析，以識(shí)別潛在安全威脅與異常。該展示平臺(tái)以一種直觀和友善的形式，向用戶展示分析的結(jié)果和實(shí)時(shí)的態(tài)勢(shì)信息，同時(shí)還支持多屏聯(lián)動(dòng)、地圖標(biāo)注和視頻回放等多種功能。在系統(tǒng)中，用戶管理模塊主要負(fù)責(zé)權(quán)限分配、用戶身份驗(yàn)證以及數(shù)據(jù)的安全性，確保只有得到授權(quán)的用戶，才能接觸到系統(tǒng)的敏感數(shù)據(jù)。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)緊緊圍繞用戶需求展開，劃分為實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析、預(yù)警管理、應(yīng)急指揮、信息共享5個(gè)模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊將高清攝像頭、雷達(dá)和無(wú)人機(jī)等監(jiān)控設(shè)備整合在一起，對(duì)岸線區(qū)域進(jìn)行全方位、全天候的監(jiān)控。智能分析模塊結(jié)合了人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和挖掘，能夠自動(dòng)檢測(cè)出非法侵入等情況，并提供初步的處理建議。預(yù)警管理模塊根據(jù)分析結(jié)果負(fù)責(zé)對(duì)有關(guān)部門的預(yù)警信號(hào)進(jìn)行預(yù)警管理，預(yù)警信號(hào)的形式有短信通知、郵件提醒和語(yǔ)音報(bào)警。應(yīng)急指揮模塊在應(yīng)急時(shí)啟動(dòng)，向指揮人員實(shí)時(shí)提供態(tài)勢(shì)信息、資源調(diào)配和通信聯(lián)絡(luò)信息，并支持視頻會(huì)議和遠(yuǎn)程調(diào)度等需求功能。信息共享模塊搭建統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，整合岸線各類信息資源，包括地理信息、船舶動(dòng)態(tài)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。實(shí)現(xiàn)多部門間信息實(shí)時(shí)互通，提升協(xié)同作業(yè)效率，為各部門決策提供全面、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，保障岸線綜合管理高效運(yùn)行。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)上采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合方案，滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析等各方面的要求。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是以存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)庫(kù)，如用戶信息、設(shè)備信息和環(huán)境參數(shù)，這些數(shù)據(jù)以表格的方式進(jìn)行組織，每一個(gè)表格都含有若干個(gè)字段，各字段間由主鍵與外界構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系[3]。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是保存非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的信息，如視頻資料、圖像資料和文本記錄等，這類數(shù)據(jù)一般采用文件或者其他的方式進(jìn)行保存，并支持高速讀寫以及靈活多變的數(shù)據(jù)模型。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的安全及備份策略也要格外關(guān)注。可利用加密手段確保敏感信息不被外泄，并周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，以避免數(shù)據(jù)的遺失或損傷。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

在岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)實(shí)施中采取一系列關(guān)鍵技術(shù)，保證系統(tǒng)先進(jìn)性，可靠性與高效性。在數(shù)據(jù)處理上，可使用分布式流處理框架Apache Kafka與Apache Flink來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效獲取、處理與傳遞。Apache Kafka作為消息隊(duì)列，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，其高吞吐量（可以達(dá)到每秒鐘幾十萬(wàn)條新聞）和低延遲（毫秒級(jí)）特性，能保證數(shù)據(jù)在采集層和處理層快速流動(dòng)[4]。Apache Flink憑借其出色的狀態(tài)管理和時(shí)間窗口特性，能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)流進(jìn)行一系列復(fù)雜的運(yùn)算和轉(zhuǎn)化，包括但不限于事件時(shí)間的處理、窗口的聚合以及狀態(tài)的更新。利用Apache Flink連續(xù)查詢能力可以對(duì)岸線區(qū)域內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和對(duì)異常情況做出快速反應(yīng)。

關(guān)于智能分析，將深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)運(yùn)用到智能分析中，并搭建多種智能分析模型。例如，通過使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來(lái)檢測(cè)和識(shí)別高清攝像頭捕獲的視頻圖像中的目標(biāo)，可以有效地區(qū)分船舶和人員、對(duì)動(dòng)物和其他不同種類的物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)追蹤。通過循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）和長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）等序列模型，可以對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)（如環(huán)境參數(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)值等）進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)和異常檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境污染或自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。另外研發(fā)了一個(gè)以規(guī)則為基礎(chǔ)的推理引擎，把專家知識(shí)以及領(lǐng)域規(guī)則納入到分析過程中，以增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性與可靠性。

從系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，采取多重安全防護(hù)。在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用SSL/TLS協(xié)議加密傳輸數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性與完整性。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，使用AES這種先進(jìn)的加密算法來(lái)加密敏感數(shù)據(jù)以避免數(shù)據(jù)遭泄露及非法訪問。同時(shí)，還建立了嚴(yán)格的訪問控制機(jī)制，通過角色基訪問控制（RBAC）和屬性基訪問控制（ABAC）等技術(shù)，確保只有經(jīng)過授權(quán)的用戶才能訪問系統(tǒng)資源。此外，還部署了入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）和防火墻這樣的安全工具，以實(shí)時(shí)監(jiān)視和抵御來(lái)自外部的攻擊和惡意入侵。

3.2 系統(tǒng)集成與測(cè)試

岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)集成與測(cè)試是保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，滿足使用者要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)集成階段先對(duì)各功能模塊獨(dú)立開展測(cè)試，以保證各模塊能正常運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。接著按照總體架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)各功能模塊進(jìn)行了整合與聯(lián)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)各模塊間數(shù)據(jù)交換與合作。集成過程尤其關(guān)注模塊間接口定義及數(shù)據(jù)格式，以保證數(shù)據(jù)正確地傳輸與解析[5]。為驗(yàn)證該系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)全面測(cè)試，試驗(yàn)內(nèi)容涉及功能測(cè)試、性能測(cè)試和安全測(cè)試的諸多方面。功能測(cè)試的主要目的是驗(yàn)證該系統(tǒng)能否達(dá)到用戶的要求，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析、預(yù)警管理、應(yīng)急指揮以及信息共享是否按照期望進(jìn)行。性能測(cè)試主要集中在系統(tǒng)的處理性能、反應(yīng)速度和資源使用等核心指標(biāo)上，通過模擬大數(shù)據(jù)量和高并發(fā)訪問的場(chǎng)景來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的承載力和可擴(kuò)展性。為了評(píng)估系統(tǒng)的安全防護(hù)能力和穩(wěn)定性，安全測(cè)試模擬了多種攻擊場(chǎng)景和漏洞。在試驗(yàn)過程中使用各種測(cè)試工具及技術(shù)手段。比如，用JMeter來(lái)測(cè)試性能、仿真多用戶并發(fā)訪問、數(shù)據(jù)傳輸量大的場(chǎng)景；利用OWASP ZAP對(duì)其進(jìn)行了安全測(cè)試以檢測(cè)并修補(bǔ)系統(tǒng)存在的安全漏洞；利用GitLab CI/CD不斷加以整合與部署，實(shí)現(xiàn)代碼編譯、測(cè)試、打包與部署過程的自動(dòng)化。經(jīng)過全面系統(tǒng)測(cè)試及嚴(yán)格質(zhì)量控制流程，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，并為之后運(yùn)維及升級(jí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3 用戶界面與交互設(shè)計(jì)

岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)用戶界面及交互設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)潔、直觀、易用為原則，目的是給用戶帶來(lái)更好的操作體驗(yàn)及有效的信息獲取途徑。在界面設(shè)計(jì)上，采用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)風(fēng)格與色彩搭配相結(jié)合，讓界面顯得更漂亮、更舒適。同時(shí)重視界面布局與信息層次結(jié)構(gòu)，并以合理分組與標(biāo)簽頁(yè)形式有序地整理與展示復(fù)雜信息。另外提供各種視圖模式以及交互方式，例如，地圖視圖、列表視圖以及時(shí)間軸視圖來(lái)滿足用戶的不同需要與喜好。在交互設(shè)計(jì)中，關(guān)注用戶操作習(xí)慣與心理感受，通過按鈕布局合理、提示信息明確的方式，減輕用戶操作難度及認(rèn)知負(fù)擔(dān)。以實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊為例，設(shè)計(jì)拖曳、縮放、點(diǎn)擊等多種交互方式，讓用戶可以輕松看到不同地區(qū)的監(jiān)控畫面及詳細(xì)信息。在智能分析模塊里，采用了圖形、曲線和圖標(biāo)等多種可視化工具，以直觀的方式展示分析結(jié)果，并為用戶提供了如篩選、排序和導(dǎo)出等多種功能，以滿足他們更深入的需求。在提升用戶使用效率與滿意度方面，利用人工智能技術(shù)對(duì)用戶交互體驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，比如，通過自然語(yǔ)言處理技術(shù)提供語(yǔ)音控制功能，使用者可通過語(yǔ)音指令進(jìn)行信息查詢或者對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；通過智能推薦算法，對(duì)用戶進(jìn)行個(gè)性化信息推送；通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)學(xué)習(xí)并預(yù)測(cè)用戶行為模式與習(xí)慣，從而更好地滿足用戶需求與預(yù)期。另外，關(guān)注系統(tǒng)可訪問性、可定制性，針對(duì)不同用戶群體加載不同配置選項(xiàng)以及定制服務(wù)來(lái)滿足他們的特殊需要。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，設(shè)計(jì)并實(shí)施岸線綜合態(tài)勢(shì)防控系統(tǒng)是提高岸線區(qū)域安全管理水平和加強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)能力的重要途徑。該系統(tǒng)在提升岸線安全管理智能化和自動(dòng)化水平的同時(shí)，也可為有關(guān)部門提供數(shù)據(jù)支持，使得防控工作更加科學(xué)和高效。未來(lái)，我們將持續(xù)關(guān)注新技術(shù)的融合與應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的性能，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)，確保系統(tǒng)在岸線安全管理中始終發(fā)揮關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜文聰，張建新，陳君蕓，等．基于水質(zhì)時(shí)空變化特征的岸線影響因素分析研究——以長(zhǎng)江（安徽）經(jīng)濟(jì)帶“1515”為例[J]．現(xiàn)代信息科技，2024，8（12）：160-163．

[2] 朱金龍，孫偉，陳少偉，等．岸線變遷對(duì)萊州灣納潮量和水交換的影響研究[J]．海洋湖沼通報(bào)，2024，46（3）：12-18．

[3] 周瓊．適應(yīng)性思維導(dǎo)向下濱水地區(qū)總體城市設(shè)計(jì)編制探索[J]．城市建筑，2024，21（11）：123-126．

[4] 林妍．入海河流岸線變遷遙感監(jiān)測(cè)方法研究[J]．黑龍江水利科技，2024，52（5）：71-74．

[5] 陳年松，徐貴陽(yáng)．利用轉(zhuǎn)移矩陣模型研究江蘇省長(zhǎng)江岸線變化[J]．地理空間信息，2024，22（5）：74-76，92．

作者簡(jiǎn)介：郭妮妮（1992—），女，漢族，陜西榆林人，中級(jí)工程師，研究生，從事工作為IT咨詢。