摘要:目前我國(guó)海域監(jiān)管手段單一，缺乏早期預(yù)警識(shí)別和連續(xù)跟蹤監(jiān)視能力，嚴(yán)重制約我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的深入實(shí)施。本系統(tǒng)基于衛(wèi)星、航空平臺(tái)、通信終端產(chǎn)品等現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)，采用微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建天空基協(xié)同廣域目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視平臺(tái)，對(duì)我國(guó)管轄海域內(nèi)海上移動(dòng)目標(biāo)、海域利用活動(dòng)和島礁變化等典型目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視需求，構(gòu)建“天、空、地”一體化監(jiān)視體系，形成具有大范圍早期預(yù)警和連續(xù)跟蹤能力的海上目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞:微服務(wù);天空基;海上目標(biāo)識(shí)別

　　電子方向論文投稿刊物：《計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，由中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○九研究所主辦。由國(guó)家新聞出版署指定參加全國(guó)優(yōu)秀期刊展覽。

　　0引言

　　目前我國(guó)管轄的大部分海域尚未全面監(jiān)控，只能通過(guò)執(zhí)法船巡航、衛(wèi)星遙感等手段予以事后應(yīng)對(duì)，監(jiān)管手段單一，時(shí)效性差，缺乏早期預(yù)警識(shí)別和連續(xù)跟蹤監(jiān)視能力，嚴(yán)重制約我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的深入實(shí)施。本系統(tǒng)基于天基衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)、航空平臺(tái)基礎(chǔ)、通信終端產(chǎn)品等現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)，構(gòu)建天空基廣域監(jiān)視平臺(tái)感知體系，對(duì)我國(guó)管轄海域內(nèi)海上移動(dòng)目標(biāo)(船只等)、海域利用活動(dòng)(圍填海、海上石油平臺(tái)等構(gòu)筑物用海)和島礁變化等典型目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視需求，構(gòu)建“天、空、地”一體化監(jiān)視體系，形成具有大范圍早期預(yù)警和連續(xù)跟蹤能力的海上目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求復(fù)雜，可靠性要求較高，如果采用單體應(yīng)用系統(tǒng)在業(yè)務(wù)需求變更時(shí)工作較為復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法持續(xù)工作，為滿(mǎn)足項(xiàng)目敏捷開(kāi)發(fā)、持續(xù)交付、高可靠、易維護(hù)等需求，系統(tǒng)采用SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)，將系統(tǒng)分解為多個(gè)服務(wù)組件，通過(guò)SpringBoot構(gòu)建服務(wù)組件，服務(wù)之間采用RESTAPI方式完成服務(wù)調(diào)用與數(shù)據(jù)交互(JSON格式)，在響應(yīng)速度和穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)模式有明顯提升。

　　1微服務(wù)設(shè)計(jì)思想

　　傳統(tǒng)應(yīng)用采用單體式架構(gòu)，在異構(gòu)平臺(tái)互操作、接口統(tǒng)一描述等方面存在的局限，會(huì)導(dǎo)致集成系統(tǒng)缺乏可擴(kuò)展性、異構(gòu)平臺(tái)間的互操作性差等不足，隨著SOA、微服務(wù)及分布式數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)體系的發(fā)展，基于SOA等技術(shù)體系的軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)成為主流，但整體架構(gòu)不支持異構(gòu)，無(wú)法有效利用資源。由于本系統(tǒng)業(yè)務(wù)復(fù)雜性較高，涉及與中心多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)指控系統(tǒng)和多個(gè)外部支持系統(tǒng)之間的交互，傳統(tǒng)模式下會(huì)導(dǎo)致服務(wù)部署與維護(hù)異常復(fù)雜，一個(gè)問(wèn)題可能會(huì)引起整個(gè)應(yīng)用的崩潰，而且隨著復(fù)雜度的增加，代碼耦合度越來(lái)越高，牽一發(fā)而動(dòng)全身，后期代碼很難修改和重構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)的擴(kuò)展性較差。

　　在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初綜合考慮以上問(wèn)題，提出了基于微服務(wù)技術(shù)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，將應(yīng)用拆分為多個(gè)高內(nèi)聚、低耦合的小型服務(wù)，每個(gè)小服務(wù)運(yùn)行在獨(dú)立進(jìn)程，由不同的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)和維護(hù)，服務(wù)間采用輕量級(jí)通信機(jī)制，獨(dú)立自動(dòng)部署，形成一種動(dòng)態(tài)、可擴(kuò)展的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)、跨語(yǔ)言的應(yīng)用系統(tǒng)的集成[1-2]。微服務(wù)的松耦合、去中心化等特性，有利于服務(wù)的擴(kuò)展和便捷運(yùn)行維護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)部署，某個(gè)服務(wù)的更新和部署不會(huì)影響其他的服務(wù)，此外，微服務(wù)采用的都是輕量級(jí)的協(xié)議(如REST)和數(shù)據(jù)格式(如JSON)，非常易于擴(kuò)展，極大提升了系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性和維護(hù)性[3]。

　　2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　海上目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視以面向早期大范圍預(yù)警、海上目標(biāo)識(shí)別和多基協(xié)同連續(xù)跟蹤的業(yè)務(wù)服務(wù)為目標(biāo)，借助大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、分布式處理、并行計(jì)算技術(shù)，針對(duì)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)等大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和具體使用情況，采用微服務(wù)架構(gòu)，支撐“天、空、地”多元異構(gòu)感知數(shù)據(jù)接入處理能力、并發(fā)寫(xiě)入能力、存儲(chǔ)與管理能力、高效查詢(xún)能力、并行分析計(jì)算能力以及對(duì)外服務(wù)能力等需求，支撐海量海洋感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、支持態(tài)勢(shì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)運(yùn)行、支持?jǐn)?shù)據(jù)并行的計(jì)算、分析、挖掘、支持對(duì)歷史數(shù)據(jù)快速查詢(xún)?cè)L問(wèn)、支持歷史態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)快速回放[4-5]。本系統(tǒng)功能復(fù)雜，涉及到與多個(gè)外部系統(tǒng)的交互，從整個(gè)業(yè)務(wù)流程及后期部署維護(hù)靈活性等方面進(jìn)行充分考慮，該系統(tǒng)在架構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，將系統(tǒng)劃分為功能相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)服務(wù)，從封裝形式、接口設(shè)計(jì)、靈活性、擴(kuò)展性等方面提供了技術(shù)方法。

　　本系統(tǒng)遵循模塊化分層設(shè)計(jì)思想，采用BS與CS混合的架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于Docker服務(wù)集群對(duì)微服務(wù)進(jìn)行部署，便于服務(wù)的擴(kuò)展和伸縮[6-7]。系統(tǒng)各后端服務(wù)模塊均采用Springboot的Java技術(shù)框架，使用Netflix完成服務(wù)組件注冊(cè)管理，API網(wǎng)關(guān)封裝了系統(tǒng)內(nèi)部微服務(wù)架構(gòu)，為每個(gè)服務(wù)調(diào)用者提供一個(gè)定制的API，統(tǒng)一完成身份驗(yàn)證、監(jiān)控、負(fù)載均衡、緩存等處理，通過(guò)服務(wù)調(diào)用限流、熔斷機(jī)制、負(fù)載均衡等措施，各個(gè)服務(wù)都可以單獨(dú)開(kāi)發(fā)、部署，最終通過(guò)服務(wù)之間組合與調(diào)用對(duì)外完成系統(tǒng)功能。

　　各服務(wù)之間采用JS對(duì)象標(biāo)記(JavaScriptObjectNotation，JSON)封裝的符合表述性狀態(tài)傳遞(RepresentationalStateTransfer，REST)的接口設(shè)計(jì)風(fēng)格，為第三方應(yīng)用提供統(tǒng)一的調(diào)用服務(wù)。通過(guò)對(duì)服務(wù)模塊的最大限度的拆分，體現(xiàn)了微服務(wù)化的設(shè)計(jì)理念，大幅提高系統(tǒng)部署靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，保證系統(tǒng)的健壯性[8-10]。接口層通過(guò)Nignx和NodeJS應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和接口控制，從而實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)升級(jí)過(guò)程中應(yīng)用服務(wù)的自動(dòng)切換，應(yīng)急條件下的系統(tǒng)備份。消息中間件支持大規(guī)模連接和分布式集群，完整支持MQTTV3.1版本協(xié)議規(guī)范，并擴(kuò)展支持WebSocket、Stomp、CoAP、MQTT-SN或私有TCP協(xié)議，具有出色的軟實(shí)時(shí)、低延時(shí)、分布式等特性。

　　3系統(tǒng)組成

　　空天協(xié)同目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視系統(tǒng)包括天空基地面處理系統(tǒng)和空基現(xiàn)場(chǎng)指揮與數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)兩部分，具體內(nèi)容如下：天空基地面處理系統(tǒng)部署在指揮中心，采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合分析天基和空基覆蓋能力，通過(guò)多星協(xié)同推演特定時(shí)間、特定地點(diǎn)的衛(wèi)星覆蓋情況以及航空平臺(tái)所在地區(qū)航空遙感能力覆蓋情況等，形成空天協(xié)同數(shù)據(jù)資源任務(wù)規(guī)劃最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)遙感衛(wèi)星與航空平臺(tái)數(shù)據(jù)獲取任務(wù)的全面規(guī)劃和實(shí)時(shí)監(jiān)視。同時(shí)，結(jié)合固定目標(biāo)識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)基于可見(jiàn)光、合成孔徑雷達(dá)、紅外的海上固定目標(biāo)(島礁、大陸岸線(xiàn)、海域開(kāi)發(fā)利用)的識(shí)別與提取，對(duì)天空基獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、高效存儲(chǔ)、檢索等管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)海域開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)和島礁變化的監(jiān)測(cè)，將識(shí)別出的固定目標(biāo)與權(quán)屬信息對(duì)比，生成監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)超出警戒范圍情況生成預(yù)警信息，提供給綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)進(jìn)行決策，所有成果數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)布于二三維GIS平臺(tái)進(jìn)行可視化展示。

　　空基現(xiàn)場(chǎng)指揮與數(shù)據(jù)快速處理系統(tǒng)部署于空基作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸鏈路監(jiān)控、載荷監(jiān)控、實(shí)時(shí)視頻播放與處理、數(shù)據(jù)處理與管理、航跡規(guī)劃等無(wú)人機(jī)指揮測(cè)控系統(tǒng)通用性功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)執(zhí)行前、中、后三個(gè)階段的全程監(jiān)管以及天基、空基遙感數(shù)據(jù)的融合處理，結(jié)合移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別算法，對(duì)船只的非法捕撈、非法測(cè)繪、非法闖入、異常停泊等行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，結(jié)合AIS等外部支援?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)入侵的非法船只生成預(yù)警信息，提供給綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)進(jìn)行用戶(hù)決策。

　　4結(jié)論

　　隨著微服務(wù)架構(gòu)和Docker容器技術(shù)的持續(xù)火熱，很多公司的系統(tǒng)架構(gòu)走向微服務(wù)化已經(jīng)成為趨勢(shì)，本文通過(guò)分析傳統(tǒng)單體式架構(gòu)的不足，結(jié)合系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出了基于微服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)天空基目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視平臺(tái)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能組成進(jìn)行介紹，通過(guò)將微服務(wù)架構(gòu)引入平臺(tái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)中各個(gè)服務(wù)的低耦合、易擴(kuò)展、可伸縮，為平臺(tái)的升級(jí)和維護(hù)提供了便利，極大提升了系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)，為管轄海域內(nèi)海上目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)視實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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