內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺建設(shè)研究

許寧 趙志明 路軒軒 趙睿 崔敬濤

摘 要：本文闡述了內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺總體架構(gòu)，介紹了設(shè)計過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)及平臺功能。通過標準電子航道圖建設(shè)，結(jié)合WebGIS技術(shù)、GPS/北斗衛(wèi)星定位技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等完成內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺的設(shè)計研究，實現(xiàn)了航道信息查詢模塊、船員管理模塊、GPS/北斗接入與導航模塊及可視化地理信息管理功能模塊的開發(fā)，并借助該平臺實現(xiàn)了對南灣水庫旅游航道的安全監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：電子航道圖;GeoEvent;GPS/北斗;WebGIS

中圖分類號：U675.81 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0024-03

Abstract： This paper described the general framework of the inland electronic navigational chart and safety management platform， and the key technologies used in the design process and the platform functions.? Through the construction of standard electronic waterway map， combined with WebGIS technology， GPS/Beidou satellite positioning technology and database technology， the design and research of inland waterway electronic waterway map and safety management platform were completed. The platform realized the development of the channel information query module， crew management module， GPS/Beidou access and navigation module， the development of visualization of geographic information management function module. With this platform， the safety supervision of Nanwan reservoir tourist channel was realized.

Keywords： electronic navigational chart;GeoEvent;GPS/Beidou;WebGIS

近年來，內(nèi)河航運建設(shè)全面發(fā)展，提高航道標準化建設(shè)能力，健全內(nèi)河航道建設(shè)機制，實現(xiàn)航道建設(shè)、養(yǎng)護、船舶類型及安全應(yīng)急搜救的標準化，提升內(nèi)河航運公共服務(wù)能力已迫在眉睫。交通部印發(fā)的《水運“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中提出加大信息技術(shù)應(yīng)用，加強水運管理信息化頂層設(shè)計，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，建立信息資源的整合和共享機制，加大物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)及GIS等技術(shù)的應(yīng)用，推動信息化與內(nèi)河航運管理工作的深度融合，提升管理信息化水平。

本文闡述了內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺的設(shè)計與開發(fā)，并將其應(yīng)用于南灣水庫旅游航道水域，實現(xiàn)對南灣水庫旅游航道及船舶的安全監(jiān)管。

1 平臺建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺建設(shè)主要涉及三個關(guān)鍵技術(shù)的研究，具體表現(xiàn)為電子航道圖服務(wù)快速發(fā)布及更新、GPS/北斗動態(tài)監(jiān)控及WebGIS的建設(shè)。

1.1 電子航道圖服務(wù)快速發(fā)布及更新

內(nèi)河電子航道圖是數(shù)字航道建設(shè)的基礎(chǔ)，同時也是安全管理平臺的核心部分[1]。對內(nèi)河電子航道圖的研究，多基于電子海圖的研究，在研究過程中利用電子海圖的核心技術(shù)，遵循相關(guān)國際標準[《IHO 數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標準》（IHO S-57）]和國內(nèi)標準[《長江電子航道圖數(shù)據(jù)傳輸標準》（CJ-57）]，結(jié)合內(nèi)河實際引入眾多內(nèi)河特有的物標要素[2，3]。ArcGIS具有專門的擴展模塊ArcGIS for Maritime：Server和服務(wù)器端ArcGIS for Maritime：Server，為航務(wù)海事測繪信息數(shù)據(jù)和相關(guān)產(chǎn)品提供完整的解決方案[4，5]。ArcGIS for Maritime主要用于海圖測繪數(shù)據(jù)和工作流的管理，包括海圖數(shù)據(jù)庫建庫、海圖數(shù)據(jù)導入、格式轉(zhuǎn)換、海圖數(shù)據(jù)編輯、海圖數(shù)據(jù)符號化及輸出海圖文件等，為相關(guān)政府和科研部門提供決策支持。ArcGIS for Maritime：Server是以ArcGIS Server的SOE技術(shù)進行擴展的，部署方式簡單，海圖服務(wù)發(fā)布和管理方式簡便。ArcGIS提供Web端開發(fā)SDK和ArcGIS JavaScript API，基本不需要太多的學習就可以切換到海圖的開發(fā)中。開發(fā)者也可以基于Runtime產(chǎn)品開發(fā)所需的應(yīng)用產(chǎn)品，ArcGIS Runtime支持在線海圖服務(wù)以及離線海圖數(shù)據(jù)，確保在所有終端中都可以通過智能操作系統(tǒng)使用海圖數(shù)據(jù)。本文基于GDB模板方法制作電子航道圖[6]，利用ArcGIS for Maritime：Server實現(xiàn)電子航道圖的快速發(fā)布及更新。

1.2 GPS/北斗動態(tài)監(jiān)控接入

目前，我國船舶動態(tài)監(jiān)管體系主要由岸基近距離船舶動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、遠距離海上動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、導航系統(tǒng)及海巡系統(tǒng)構(gòu)成。其中，岸基近距離船舶動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)采取船舶自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System， AIS）網(wǎng)絡(luò)體系。我國自2000年開始建立船舶自動識別系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系。AIS主要由船載終端及岸基基站構(gòu)成。海事部門通過AIS可以有效實施船舶動態(tài)監(jiān)管，如監(jiān)控船舶狀態(tài)、名稱、IMO編號、位置、速度及矢量。因此，這種系統(tǒng)在確保水上交通安全、保障交通組織及支持海事管理等方面發(fā)揮著積極作用。雖然目前中國要求沿海200t以上以及內(nèi)河100t以上船舶安裝AIS設(shè)備，但是內(nèi)陸多數(shù)內(nèi)河湖泊航道船舶噸位較小，并未覆蓋AIS監(jiān)控，船舶安全運輸尚有風險。GPS是美國研發(fā)的一種全球定位與導航系統(tǒng)，也是目前世界上最為成熟的一種定位系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域[7]。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的全球性衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)致力于為用戶提供高質(zhì)量的全球定位和導航服務(wù)。本文采用帶有GPS/北斗模塊的車載機終端，該終端基于《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》（JT/T 808—2011）以及《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗兼容車載終端通信協(xié)議技術(shù)規(guī)范》（JT/T 808—2013）進行通信。本文基于以上協(xié)議開發(fā)了車載機通信平臺。該平臺是一個分布式、高可用、高并發(fā)、開放性平臺，能結(jié)合ArcGIS GeoEvent產(chǎn)品實時接收船舶動態(tài)信息，實現(xiàn)船舶的動態(tài)監(jiān)控。

1.3 WebGIS的建設(shè)

WebGIS指的是基于網(wǎng)絡(luò)的地理信息系統(tǒng)，與傳統(tǒng)PC端的商用GIS軟件相比，在開放性、移植性、可擴展性方面具有更加突出的優(yōu)勢[8]。在WebGIS應(yīng)用程序開發(fā)上，商用的ArcGIS Enterprise庫可快速創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)服務(wù)，是目前比較流行的GIS服務(wù)器。ArcGIS for JavaScript庫不僅能實現(xiàn)前端地圖的基本操作，而且增強了3D顯示效果，強大的空間分析能力也是其優(yōu)點之一。

2 內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)

電子航道圖暨安全管理平臺采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)和模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點和計算機技術(shù)的發(fā)展趨勢，將組件化、層次化作為軟件的基本特征，保證了系統(tǒng)廣泛的自適應(yīng)性、良好的可擴展性;系統(tǒng)以提煉用戶應(yīng)用模型為核心來選擇平臺、技術(shù)和開發(fā)工具構(gòu)造系統(tǒng)，從根本上保證了系統(tǒng)的實用性和先進性。整體架構(gòu)的設(shè)計如圖1所示。

2.1 電子航道圖基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊

電子航道圖基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊實現(xiàn)電子航道圖相關(guān)的基礎(chǔ)功能，主要包括天氣水文顯示、地圖顯示與瀏覽、航道圖物標查詢、船舶航行姿態(tài)監(jiān)管以及歷史航行軌跡查詢等。根據(jù)電子航道圖基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊的基礎(chǔ)功能需求，電子航道圖基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊的子模塊清單如表1所示。

顯示與瀏覽子模塊主要提供電子航道圖的基礎(chǔ)顯示與瀏覽功能，實現(xiàn)在平臺中顯示電子航道圖、切換電子航道圖的不同類型數(shù)據(jù)底圖以及對電子地圖進行縮放、平移操作。航道圖特性子模塊實現(xiàn)航道圖的特有性質(zhì)的展現(xiàn)，主要包括根據(jù)列表選項改變電子航道圖的顯示方案、航道圖顯示屬性展示、查看電子航道圖中的物標屬性及根據(jù)物標名稱搜索物標屬性等。船舶監(jiān)控子模塊實現(xiàn)對南灣庫區(qū)的所有旅游船舶的實時監(jiān)控，主動顯示船舶實時位置和當前在線與離線的船舶數(shù)量統(tǒng)計等信息，顯示指定船舶基礎(chǔ)信息，船名模糊搜索船舶及定位到當前地圖上。軌跡回放子模塊提供按照船舶名稱與行駛時間區(qū)段回放船舶行駛的軌跡，并允許用戶進行軌跡播放進度控制。

2.2 安全應(yīng)急管理模塊子結(jié)構(gòu)

安全應(yīng)急管理模塊實現(xiàn)水運安全應(yīng)急相關(guān)業(yè)務(wù)，包含船舶遇險報警與船舶偏航告警功能。根據(jù)安全應(yīng)急管理模塊的基礎(chǔ)功能需求，安全應(yīng)急管理模塊的子模塊清單如表2所示。

在船舶遇險的情況下，手機端向服務(wù)端發(fā)送報警信息，服務(wù)端接到報警信號后，在大屏安全監(jiān)控子平臺上切換到報警頁面，在地圖上高亮顯示遇險船舶的事發(fā)位置，記錄遇險船舶的船名及事發(fā)時間，顯示距離遇險船舶最近的五條船舶的船名、系統(tǒng)記錄的最近時間以及距事發(fā)船舶的距離;點擊解除報警，手機端完成解除報警操作，并與服務(wù)端確認報警完成，最終將整個遇險報警過程歸檔。船舶航行時，船舶上搭載的車載機連續(xù)向服務(wù)器發(fā)送實時位置信息，當船舶位置在航道面外，則高亮顯示偏航船舶，并定位至該船舶，顯示該船舶的名稱、船長姓名等基本信息，交由海事人員處置，同時記錄該事件并歸檔。

2.3 海事辦公模塊子結(jié)構(gòu)

海事辦公模塊主要處理海事日常辦公管理的業(yè)務(wù)工作，基本信息管理包括船員、船舶與通航信息管理，同時包括證書到期提醒換證。根據(jù)海事辦公模塊的基礎(chǔ)功能需求，海事辦公模塊的子模塊清單如表3所示。

基本信息子模塊實現(xiàn)以圖文形式顯示南灣海事處基本信息的功能。船舶管理子模塊實現(xiàn)庫區(qū)海事監(jiān)管船舶信息的增加、刪除、修改與查詢。船員管理子模塊主要管理數(shù)據(jù)庫中的船員信息，顯示所有庫區(qū)船員的基本信息，支持查詢船員信息及與其相關(guān)的船舶信息。系統(tǒng)存儲船員的相關(guān)證書，包括船員適任證書及船員服務(wù)簿等，證書管理子模塊支持搜索船員證書信息，同時支持查詢已過期的證書信息;如果證書過期，會有過期證書主動提示，海事辦公人員及時查看和處理所有過期證書的信息。進出港報告子模塊根據(jù)船舶進出海事碼頭的時間及航向判斷并記錄船舶進出港的時間，以列表形式展示船舶進出港信息，并支持按船名、時間以及分類查詢，支持相關(guān)船舶信息查詢，并支持進出港信息導出成Excel格式。

3 結(jié)語

本文以電子航道圖為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的WebGIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及GPS/北斗定位技術(shù)等分析研究了內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺的建設(shè)思路，并實現(xiàn)了南灣水庫電子航道圖暨安全管理平臺的建設(shè)。相比于國內(nèi)其他航道安全管理平臺，內(nèi)河電子航道圖暨安全管理平臺的技術(shù)更加先進，功能更加豐富，更好地實現(xiàn)了對內(nèi)河航道及船舶的安全監(jiān)管，提高了內(nèi)河航運的效率及安全性。

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