海關輻射探測設備可視化知識服務平臺建設研究

田 萌，徐 英，龍學磊

（中國海關管理干部學院 河北 秦皇島 066000）

0 引言

輻射探測是海關監(jiān)管的重點工作之一，該項工作專業(yè)性較強，對設備使用熟練度要求較高，作業(yè)流程相對復雜。目前，各海關配發(fā)的查驗設備種類多、型號不統(tǒng)一，為業(yè)務培訓帶來較大的難度，關員難以快速掌握相關知識和熟練使用設備，也無法及時獲取有效的技術支持，從而導致工作效率不高。

此外，由于培訓資源有限，各類設備相關知識和數(shù)據(jù)也未能實現(xiàn)有效的整合和歸檔，利用率不高。因此，如何通過技術手段將知識整合并為關員提供高效的自主學習服務和技術支持是我們當前重點任務之一。

1 系統(tǒng)設計

1.1 概述

為滿足上述需求，本文提出建設“海關輻射探測設備可視化知識服務平臺”的構想，該平臺將設備知識服務的業(yè)務需求與創(chuàng)新型思維、國際趨勢、數(shù)字虛擬技術進行三位一體的高度融合，將信息技術與實訓教學工作深度融合，打造無縫、智能、可交互的知識場景，提供觸手可及的未來體驗。平臺不斷加強設備實驗、知識庫優(yōu)質(zhì)資源的建設與應用，提高教育實驗教學質(zhì)量和實踐育人水平，教師可利用該平臺打造個性化的虛擬三維設備知識體系，不僅能夠創(chuàng)建多種教育培訓實訓場景，學員還可以進行個性化和智能化的學習體驗，并進行自適應學習。

平臺應用國際前沿XR技術（虛擬仿真、VR、AR、MR）、人工智能、大數(shù)據(jù)、3D可視化等新銳技術建設研發(fā)，實現(xiàn)海關設備各種信息資源的有效整合，支持動態(tài)查詢設備與業(yè)務關聯(lián)，并能實現(xiàn)逼真的三維展示與知識內(nèi)容瀏覽，為監(jiān)管設備學習使用提供全面的知識服務。

平臺的價值在于教與學的過程，教師、學員與平臺系統(tǒng)之間的關系是互通的，將教師、學員與實訓、自學習進行串連形成一個教學閉環(huán)管理體系。平臺實現(xiàn)了共同學習與獨立學習的相互切換，學員可以選擇適合自己的設備學習方式與知識加固方式，使設備的學習方式更加靈活多樣。

1.2 體系結構

平臺主要分為3個部分：設備三維模型管理子系統(tǒng)、設備知識庫管理子系統(tǒng)、設備可視化應用子系統(tǒng)。

1.2.1 設備三維模型管理子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負責監(jiān)管三維設備基礎信息的管理，利用三維數(shù)字化技術為海關監(jiān)管設備進行三維仿真1∶1建模。建模后的設備可在Web端、移動端免APP運行，可以實現(xiàn)設備的旋轉(zhuǎn)、放大縮小、移動的功能。同時對每個功能按鈕、屏幕顯示、可拆解的設備進行獨立建模并預留功能接口，方便未來設備的內(nèi)容編輯、業(yè)務應用等功能，并實現(xiàn)三維設備的增刪改查，設備模型、零件、功能按鈕、貼圖等設備的管理等功能。

1.2.2 設備知識庫管理子系統(tǒng)

主要針對海關監(jiān)管設備三維模型管理子系統(tǒng)中三維設備進行內(nèi)容描述、功能描述等教育培訓實訓的設備知識管理維護與發(fā)布，以及系統(tǒng)管理單元用于系統(tǒng)用戶的管理、系統(tǒng)權限的劃分、系統(tǒng)日志記錄、安全防護等模塊。

1.2.3 設備可視化應用子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要為海關監(jiān)管設備應用展示，通過ESPACE、Web瀏覽器訪問，進入系統(tǒng)頁面，對三維設備的功能、業(yè)務查詢、內(nèi)容瀏覽，并可對設備進行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作，通過AR、NFC可實現(xiàn)單一設備的識別并自動展示識別設備資料的瀏覽[1]。

1.2.4 數(shù)據(jù)存儲單元

數(shù)據(jù)存儲的唯一單元，將三維設備模型信息，設備知識庫信息，系統(tǒng)基礎信息庫，如用戶、權限、菜單等基礎信息分類存儲，用于功能模塊的調(diào)取匯總。

1.3 技術架構

在平臺的技術架構設計上，為了保證安全可靠，同時又具備一定的前瞻性，便于日后維護升級，選取行業(yè)內(nèi)成熟的技術架構體系進行設計。采用B/S操作，開發(fā)語言使用成熟的C#語言MVC的三層架構體系進行設計，系統(tǒng)基于組件化面向?qū)ο蟮拈_發(fā)模式，達到了一個穩(wěn)定的、易于更新的、易于擴展的信息管理開發(fā)架構；系統(tǒng)具備后期開發(fā)升級能力，對于可靠性分析支持可視化自定義，用戶可以自行定義不同的展示風格。

系統(tǒng)前端利用WebGL、3D Model、HTML 5、BootStrap、threejs、Echars、Jquery等技術通過標準的JSON和XML結構數(shù)據(jù)，進行業(yè)務三維設備展示與三維模型的傳輸[2]。

業(yè)務邏輯由面向服務的架構（SOA）構成，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）進行拆分，并通過這些服務之間定義良好的接口和協(xié)議聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，它應該獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，這使得構件在各種各樣系統(tǒng)中的服務可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。

數(shù)據(jù)中心由SQL Server進行數(shù)據(jù)存儲與模型庫的存儲。采用Web Service技術，提供開放的API接口，第三方業(yè)務系統(tǒng)可以通過API接口讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2 業(yè)務功能設計

2.1 業(yè)務流程設計

平臺業(yè)務分為管理域、業(yè)務域、數(shù)據(jù)域、訪問控制層、認證服務。

管理域：負責系統(tǒng)的整體管控，包含三維模型管理、課件管理、三維設備模型信息錄入、用戶組管理、菜單管理、日志記錄等。

業(yè)務域：業(yè)務域為系統(tǒng)的核心業(yè)務處理單元，負責三維設備的可視化展示，序列化請求模型數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)模型進行驗算封裝，返回業(yè)務響應三維設備的相關數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)域：用于模型數(shù)據(jù)、課件數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的分類存儲，將業(yè)務數(shù)據(jù)格式化，分別保存在各自的業(yè)務存儲單元中，并為業(yè)務層的數(shù)據(jù)調(diào)取提供支撐。

訪問控制層：用于接收用戶的請求以及控制響應數(shù)據(jù)以何種形式呈現(xiàn)。

認證服務：通過ESPACE獲取用戶信息，對業(yè)務處理層的請求數(shù)據(jù)和響應數(shù)據(jù)進行管控，拒絕非法數(shù)據(jù)請求，并對加載數(shù)據(jù)的合法性進行驗證，同時禁止非法的數(shù)據(jù)響應。

2.2 具體功能模塊設計

2.2.1 海關設備三維模型管理子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負責監(jiān)管三維設備基礎信息的管理，利用三維數(shù)字化技術為海關監(jiān)管設備進行三維仿真1∶1建模。建模后的設備可在Web端、移動端免APP運行，可以實現(xiàn)設備的旋轉(zhuǎn)、放大縮小、移動的功能。

系統(tǒng)主要功能包括：三維設備管理列表、三維設備主模型庫管理、三維設備子模型庫管理。

（1）三維設備管理列表：展示目前所有設備的基礎信息，可通過選擇復選框進行刪除、啟用、禁用，點擊查詢功能按鈕進行設備的篩選，點擊相應設備數(shù)據(jù)列的查看按鈕，可瀏覽查看、刪除、修改該條數(shù)據(jù)，是海關監(jiān)管設備可視化應用子系統(tǒng)的設備可視化模型數(shù)據(jù)來源。

（2）三維設備主模型庫管理：用于設備主模型庫的管理，通過新建按鈕，展示模型管理頁面，包括設備內(nèi)碼、設備名稱、所屬業(yè)務、模型上傳、貼圖名稱、貼圖上傳、是否有子模型庫、創(chuàng)建時間、是否啟用等信息。

（3）三維設備子模型庫管理：用戶主模型中的設備構成組合或者內(nèi)部零件、功能按鈕等子模型管理，包括所屬主模型、子模型內(nèi)碼、子模型名稱、子模型上傳、子模型貼圖、子模型上傳、是否啟用、創(chuàng)建時間等信息，瀏覽設備同時也可以瀏覽子模型。

2.2.2 海關設備知識庫管理子系統(tǒng)

主要針對海關監(jiān)管設備三維模型管理子系統(tǒng)中三維設備進行內(nèi)容描述、功能描述等教育培訓實訓的設備知識管理維護與發(fā)布、提供多語言數(shù)據(jù)顯示接口。

該系統(tǒng)革新傳統(tǒng)設備知識學習手段，提供老師、學員一種全新型的學習新模式，結合老師之前授課的教學內(nèi)容，利用三維數(shù)字化手段為不同設備定制專項設備教學內(nèi)容，在保留原有培訓內(nèi)容的同時提升教學場景，增加個性化和智能化的學習體驗[3]。

具體功能包括：三維設備知識列表、設備知識庫管理、用戶組權限、數(shù)據(jù)字典維護、設備知識庫編號配置等。

（1）三維設備知識列表：用于瀏覽已經(jīng)維護過的設備知識內(nèi)容信息列表，可進行查詢、刪除、禁用、查看信息等功能，是海關監(jiān)管設備可視化應用子系統(tǒng)的設備內(nèi)容數(shù)據(jù)來源。

（2）設備知識庫管理：用于設備模型庫中該設備的內(nèi)容描述和功能概述的管理，通過新建按鈕，選擇相關設備模型后，可彈出維護信息頁面，可對該設備進行相關信息的錄入和修改，如有功能子模型，選擇設備后可選擇子模型進行信息的維護和保存。

（3）用戶/用戶組管理：通過ESPACE獲取訪問用戶的基礎信息，可查詢和瀏覽用戶信息。

（4）權限數(shù)據(jù)：用于控制用戶或用戶組可以訪問的設備菜單和對該設備具有哪些操作權限。

（5）數(shù)據(jù)字典維護：系統(tǒng)所創(chuàng)建的表、視圖中的字段進行格式化處理，編譯可理解的數(shù)據(jù)信息，包括表、視圖、是否分錄、字段編碼、字段名稱、字段類型、字段長度、顯示類型、數(shù)據(jù)源、備注等。

（6）設備知識庫編號配置：用于該設備知識內(nèi)容保存后唯一的知識庫編號命名規(guī)則，包括編號、知識點名稱、編制規(guī)則、前綴、數(shù)據(jù)主表、后綴、流水號長度、最大流水號等。

（7）系統(tǒng)日志：系統(tǒng)支持日志記錄功能，用戶的登錄、查詢、修改、刪除等操作都將被系統(tǒng)記錄以待被查。

2.2.3 海關監(jiān)管設備可視化應用子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要為海關監(jiān)管設備應用展示，通過ESPACE、Web瀏覽器訪問進入該系統(tǒng)主頁面，可進行設備的知識查詢服務，并可進行監(jiān)管設備的三維展示、設備內(nèi)容瀏覽，并可對該設備進行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作，通過AR、NFC可實現(xiàn)單一設備的識別并自動展示識別設備的資料瀏覽[4-5]。

具體功能如下：設備可視化主頁、多功能查詢、設備詳細頁面展示、多語言切換。

設備可視化主頁：圖文展示主要根據(jù)業(yè)務、功能、等多維度展示監(jiān)管設備的目錄，點擊目錄進入該設備的內(nèi)容詳細頁面。

多功能查詢：系統(tǒng)內(nèi)可通過多條件的組合查詢過濾設備信息，也可以通過AR功能對設備的識別，識別成功后進入對應的設備詳細頁面，通過對設備圖標上的NFC標簽，實現(xiàn)手機對芯片的數(shù)據(jù)讀取，根據(jù)讀取信息展示芯片對應的設備詳細頁面。

設備詳細頁面展示：在傳統(tǒng)的教學方式中，內(nèi)容往往只能以二維平面圖片、視頻播放的形式進行展現(xiàn)，該模塊對監(jiān)管設備中的設備結構、應用場景，提供了更為形象的3D模型并且通過鼠標或手勢可以進行設備放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等，近距離觀察設備。通過圖文、視頻等方式進行知識點的整合，通過功能按鈕切換任意瀏覽相關設備知識模塊內(nèi)容[6]。

多語言切換：系統(tǒng)提供多語言版本選擇接口，通過多語言切換按鈕，切換語言后，系統(tǒng)內(nèi)的所有內(nèi)容將進行動態(tài)轉(zhuǎn)換選擇的語言，滿足不同人群的需要。

2.3 數(shù)據(jù)架構設計

業(yè)務數(shù)據(jù)分為4種：（1）三維設備數(shù)據(jù)，用于保存監(jiān)管設備的模型、貼圖；（2）知識庫數(shù)據(jù)，用于保存設備的描述、功能介紹等數(shù)據(jù)；（3）應用訪問數(shù)據(jù)，用于用戶瀏覽應用平臺的設備訪問記錄；（4）用戶權限數(shù)據(jù)，用于管理使用者權限。

三維設備主模型數(shù)據(jù)：是海關主要設備模型數(shù)據(jù)的基礎信息，包括自增長系統(tǒng)ID、設備編號、設備名稱、3D模型名稱、貼圖名稱、模型類型、是否拆解、所屬業(yè)務、功能描述、是否可用、創(chuàng)建時間、創(chuàng)建人等數(shù)據(jù)信息，是該三維設備功能的基礎庫數(shù)據(jù)。

三維設備子模型數(shù)據(jù)：是三維主設備的構成，包括：自增長系統(tǒng)ID、模型功能鍵、內(nèi)部配件等模型數(shù)據(jù)，包括子模型ID、子模型編號、子模型名稱、主模型設備ID、設備描述、是否可用等數(shù)據(jù)，是設備各功能描述的重要組成部分。

三維設備知識庫數(shù)據(jù)：用于設備模型庫中該設備的內(nèi)容描述和功能概述的管理，通過新建按鈕，選擇相關設備模型后，可彈出維護信息頁面，可對該設備進行相關信息的錄入和修改，如有功能子模型，選擇設備后可選擇子模型進行信息的維護和保存，包括：教師ID、設備ID、是否子設備、內(nèi)容描述、詳細內(nèi)容描述、所屬模塊、是否發(fā)布、資料數(shù)據(jù)等設備描述信息描述。

用戶/用戶組權限數(shù)據(jù)：通過ESPACE獲取訪問用戶的基礎信息，可查詢和瀏覽用戶信息，包括：自增長ID、工號、姓名、性別、用戶姓名、關區(qū)，職位、是否可用。

3 技術實現(xiàn)

平臺建設遵循海關信息化建設規(guī)范要求，綜合教育培訓實訓工作的實際需要，確保海關監(jiān)管設備可視化知識服務平臺在安全可控性、數(shù)據(jù)接口拓展能力、監(jiān)管設備功能覆蓋面以及系統(tǒng)的易用性、實用性等方面達到海關信息化建設的整體要求。基于HTML5、jQuery、WebGL、C#進行軟件的前、后端開發(fā)與部署。

平臺采用X Reality數(shù)字現(xiàn)實技術、人工智能、大數(shù)據(jù)可視化等前沿技術、算法，采用技術無縫融合，可更快地實現(xiàn)原型應用的開發(fā)和迭代[7]，使用一套代碼，經(jīng)過少量修改，甚至無需修改，即可適配VR、AR、MR、大屏幕展示設備、PC和筆記本電腦、平板電腦和智能手機，讓應用開發(fā)成本更低、周期更短，也提供了更好的跨設備一致體驗。

基于AR+AI技術實現(xiàn)，掃描設備實體，快速打開當前設備的三維設備模型和知識體系內(nèi)容。

基于NFC技術實現(xiàn)數(shù)字化三維設備快速入口，實現(xiàn)一個模型對應唯一內(nèi)置編碼，通過NFC芯片的邊緣計算設備快速打開當前設備的三維設備內(nèi)容。

實現(xiàn)跨平臺、跨終端設備的三維建模技術。利用全平臺三維技術建模技術路線，一套模型可在3D WebGL、3D引擎、iOS和Android、小程序、微信等平臺及終端設備中流暢運行。

通過3D Model AssetBundle Loads，使知識內(nèi)容動態(tài)加載讓平臺輕量級響應各種配置終端設備。

4 結語

平臺為一線關員提供移動化的、可視化的設備知識服務，將設備知識與現(xiàn)場應用緊密結合，構建了一整套的知識服務模式，有效解決了由于培訓規(guī)模限制導致知識無法普及的問題，同時也創(chuàng)新了知識的展現(xiàn)形式，根據(jù)設備特性開發(fā)了可互動式模擬設備操作體驗，提升了學習效率。此外，平臺為通用型知識服務系統(tǒng)，未來也可應用于其他領域，具體內(nèi)容可根據(jù)相關知識特點進行開發(fā)和展示，具有長遠的應用價值。