船舶監(jiān)管系統(tǒng)在蘇南運河三級航道整治疏浚工程中的應用

徐龍輝 王淮 江蘇省蘇州市航道管理處

1.研究背景

“十二五”、“十三五”期間，蘇州水運事業(yè)大力發(fā)展，航道整治持續(xù)推進，蘇南運河、楊林塘、蘇申內(nèi)港線等多條航道逐步完成施工建設。土方疏浚是航道整治工程中的重要組成部分，其去向和棄置問題備受社會關注，尤其隨著國家生態(tài)文明建設的飛速發(fā)展，社會民眾的綠色環(huán)保意識逐漸加強。

為規(guī)范土方疏浚工程，許多地區(qū)出臺了涉及運輸管理、棄置堆放、棄土區(qū)規(guī)范等方面的文件，明確禁止將土方拋棄在航道、河流、農(nóng)田等區(qū)域。由于工程自身的特殊性并受到巨大利益驅(qū)使，使得疏浚工程監(jiān)管難度大大增加，隨意拋泥的現(xiàn)象依然存在。

為規(guī)范工程管理，強化過程監(jiān)管，降低環(huán)境污染風險，蘇州市航道管理處創(chuàng)新工程管理手段，以蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程為探索對象，自主研發(fā)了船舶監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)了對疏浚工程中船舶機械、土方安置等問題的全方位、實時監(jiān)管。

2.系統(tǒng)介紹

2.1 模塊功能簡介

蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程船舶監(jiān)管系統(tǒng)是整合了衛(wèi)星定位技術、地理信息系統(tǒng)技術、現(xiàn)代通信技術和數(shù)據(jù)庫技術的綜合系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)由終端設備、通信網(wǎng)絡、通信服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器、監(jiān)控中心等部分組成。

其中，終端設備是信息采集和執(zhí)行命令的單元，包括GPS定位、無線通信、數(shù)據(jù)采集、運算控制等模塊。通信網(wǎng)絡通過接收衛(wèi)星信號以采集設備狀態(tài)信息，如船舶位置、速度、方向等，整合成PPP數(shù)據(jù)報文，發(fā)送至通信服務器。通信服務器解析已取得數(shù)據(jù)，同步更新數(shù)據(jù)庫服務器中實時信息以便后期查詢和統(tǒng)計，并將相關數(shù)據(jù)按照客戶端協(xié)議格式組包后發(fā)送給正在使用系統(tǒng)的監(jiān)控客戶端。Web服務器、監(jiān)控中心是監(jiān)管系統(tǒng)可視化的、工具界面友善的操作平臺，用于瀏覽當前船舶設備狀態(tài)，以及發(fā)放指令、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。

2.2 架構(gòu)設計

圖1 船舶監(jiān)管系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

該監(jiān)管系統(tǒng)整體架構(gòu)可分為平臺層、協(xié)議層、數(shù)據(jù)庫、應用層、服務對象五個部分，其框架詳見圖1。平臺層以微軟.Net Framwork 3.5基礎平臺進行搭建。協(xié)議層使用TCP/IP、Web Ser vice、Remoting、Asp.net、Html5等技術協(xié)議，以滿足服務組件之間、服務組件與服務對象之間的數(shù)據(jù)通信需要。數(shù)據(jù)庫使用Microsoft SQL Server 2005作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲管理支撐。應用層包括通信服務、地址解析、數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控管理等。服務對象主要是監(jiān)管系統(tǒng)的實際使用人員，包括管理用戶、監(jiān)控用戶和監(jiān)管平臺等。

2.3 系統(tǒng)應用

本系統(tǒng)以蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程為依托，通過自動化的采集信息、數(shù)據(jù)分析、報警提示、指令發(fā)送等技術手段，實現(xiàn)對關鍵節(jié)點的控制、對船舶設備的全方位監(jiān)管，以提高項目施工的規(guī)范性和效率水平，使工程建設始終處于受控范圍，降低工程質(zhì)量、安全、進度等方面風險。

在疏浚工程施工全過程中，由挖泥船、運泥船、吹泥船等三類船舶協(xié)同工作。這三類船舶屬于松耦合關系，運泥船可以分別關聯(lián)多個挖泥船和吹泥船。船舶松耦合關系見圖2。

單趟運泥過程是挖泥船裝載淤泥，由運泥船運送到吹泥船位置進行卸載操作，其中運泥船涉及5個關鍵節(jié)點：靠近挖泥船、離開挖泥船、運送途中、靠近吹泥船、離開吹泥船。監(jiān)管系統(tǒng)在每個節(jié)點拍攝船載設備照片、記錄相應的時間、位置參數(shù)，以實現(xiàn)后續(xù)功能。

3.功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要依靠終端設備采集工作船舶的狀態(tài)參數(shù)，上傳到通信服務器，并根據(jù)協(xié)議對信息數(shù)據(jù)進行自動解析，按照預期體現(xiàn)形式發(fā)送至監(jiān)控客戶端。同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動存儲功能，以便于客戶端后續(xù)分析。監(jiān)管系統(tǒng)功能實現(xiàn)流程為：終端設備→通信服務器→數(shù)據(jù)庫服務器,監(jiān)控管理端，數(shù)據(jù)分析模塊。

3.1 船舶信息備案

對參與工程的船舶設備進行信息備案，在監(jiān)管系統(tǒng)中實施“一船一檔”，包括船舶信號、駕駛?cè)藛T信息、船檢證件等，確保施工船舶證件齊全，避免施工中由無證船舶帶來的安全隱患，減低風險系數(shù)。

在后續(xù)施工過程中，建設、監(jiān)理單位配合管理手段，加大檢查、抽查力度，防止施工單位私下更換船舶機械。

3.2 施工實時監(jiān)控

監(jiān)管系統(tǒng)針對三種船舶不同的施工特點，采用不同形式，確保施工機械全程都處于監(jiān)控下。在棄土區(qū)及挖泥區(qū)，采用安裝攝像頭的方式。不同的是，棄土區(qū)優(yōu)先考慮信號穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡，挖泥船則在船頭安轉(zhuǎn)可接收、發(fā)射4G信號的移動網(wǎng)絡。

對于運泥船，安裝GP S信號設備，以采集設備狀態(tài)信息，如船舶位置、速度、方向等，并整合成PPP數(shù)據(jù)發(fā)送至通信服務器。服務器進一步解析，按照客戶端要求的格式重組后發(fā)送給系統(tǒng)使用人員。同時對數(shù)據(jù)庫同步更新，便于后期查詢和統(tǒng)計操作。

傳統(tǒng)中，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸是將信息保存至數(shù)據(jù)庫，并通過Ajax技術獲得最新的數(shù)據(jù)，展現(xiàn)到監(jiān)控界面。這種方式在數(shù)據(jù)量小的時候效果較好；而當終端數(shù)量較大時，抓取量也隨之變大，對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生很大壓力。本文系統(tǒng)則使用HTML5中的websocket技術在監(jiān)控頁面和通信服務器之間建立雙向通道，即通信服務器接收到數(shù)據(jù)、解析后，直接通過通道推送至監(jiān)控頁面，既減少了頁面對于數(shù)據(jù)庫的使用頻率，也提高了監(jiān)控的實時性和便捷性。

3.3 運行軌跡控制

在疏浚施工全過程中，運泥船往返于棄土區(qū)與挖泥船之間，是系統(tǒng)中唯一的運動單元。為了防止過程中隨意傾倒泥漿的現(xiàn)象，系統(tǒng)對運泥船的運行路徑及工作區(qū)域進行限制、管控。系統(tǒng)設定運泥船工作區(qū)域，軟件分析船舶實時位置信息，通過兩者對比，確定運泥船的工作狀態(tài)。如果實際位置超出了工作區(qū)域，則產(chǎn)生報警信息推送到監(jiān)控客戶端，同時發(fā)送提示短消息到監(jiān)控人員、項目負責人手機。

3.4 節(jié)點觸發(fā)裝置

運泥船在單趟運輸過程中涉及五個關鍵節(jié)點。通過在運泥船上安裝拍照設備，自動觸發(fā)拍攝相關節(jié)點下船倉內(nèi)狀態(tài)照片，實現(xiàn)輔助監(jiān)控。自動觸發(fā)是指設定挖泥船、卸泥區(qū)節(jié)點控制區(qū)域大小，實現(xiàn)運泥船駛?cè)?、駛出該控制區(qū)時，自動觸發(fā)拍攝功能。同時在運輸過程中，設定船舶離開裝泥區(qū)一定時間后（比如半小時、一個小時），再自動觸發(fā)拍攝一張照片。

3.5 報表統(tǒng)計功能

圖2 挖泥船、運泥船及吹泥船之間的松耦合關系

本系統(tǒng)實現(xiàn)自動統(tǒng)計每艘運泥船運輸趟數(shù)，生成相應報表。根據(jù)單艘船運泥數(shù)量乘以趟數(shù)，可估算疏浚總量。例如，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)量可以估算每日、周、月的疏浚工程量，與進度計劃相比，確保在可控范圍內(nèi)。也可以估算航道中某段落的疏浚量或棄土區(qū)運泥總量，與施工圖紙計算值進行對比，判斷該段落是否疏浚到位。

4.小結(jié)與展望

蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程船舶監(jiān)管系統(tǒng)使用便利,綜合效益高，不僅實現(xiàn)對疏浚工程的全方位、全過程的監(jiān)控，確保施工機械在規(guī)定區(qū)域內(nèi)運行，也輔助完成統(tǒng)計、估算等功能。監(jiān)管系統(tǒng)通過自動化運行，有效地解決了疏浚工程中眾多難題，成為了建設單位在工程項目管理中的重要手段。但是該系統(tǒng)仍有改進的地方，比如船舶電源續(xù)航能力差，移動網(wǎng)絡信號不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生型號漂移等問題。因此，任何設備、任何系統(tǒng)都只是項目管理中的輔助設施，占主導地位的仍是人的因素。作為項目管理人員，勤下工地、多跑現(xiàn)場依然是管理的根本。