基于二維碼的航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)研發(fā)與應(yīng)用

鄭冰，田序偉，吳星，孫國(guó)棟

（1.浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.紹興市公路與運(yùn)輸管理中心，浙江 紹興 312000）

近幾年，我國(guó)積極發(fā)展水路運(yùn)輸，提高內(nèi)河通航條件。縱觀近代世界交通發(fā)展歷程，內(nèi)河航運(yùn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì)凸顯，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步繁榮，內(nèi)河運(yùn)輸量將不斷增長(zhǎng)，整個(gè)內(nèi)河航運(yùn)業(yè)將面臨無(wú)限的發(fā)展機(jī)遇。

交通運(yùn)輸部《內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展綱要》[1]指出，智慧航道建設(shè)的主要任務(wù)包括：加強(qiáng)重點(diǎn)水域智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警能力建設(shè)與監(jiān)管；發(fā)展用于基礎(chǔ)設(shè)施服役性能保持和提升的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，突破空間、功能和壽命協(xié)同的內(nèi)河港航共網(wǎng)多線基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)技術(shù)。建設(shè)基于云網(wǎng)交互的電子航道圖、船舶過(guò)閘調(diào)度、港航基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)養(yǎng)等綜合信息服務(wù)平臺(tái)。

然而現(xiàn)階段港口、船舶、生產(chǎn)、庫(kù)場(chǎng)、人事、貨源等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)大多未實(shí)現(xiàn)集成化和信息共享，導(dǎo)致區(qū)域物流樞紐數(shù)據(jù)交換不暢，信息系統(tǒng)未能發(fā)揮智能監(jiān)控作用，使得信息資源潛力無(wú)法充分發(fā)揮，與現(xiàn)代化綠色港口、智慧港口存在一定差距[2]。

為解決這一問(wèn)題，本文以浙江內(nèi)河航道杭甬運(yùn)河某航段為應(yīng)用對(duì)象，設(shè)計(jì)研發(fā)了基于二維碼的航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)航道設(shè)施采集移動(dòng)終端、航道設(shè)施管理控制臺(tái)、航道設(shè)施一張圖和航道設(shè)施養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)四個(gè)核心模塊，實(shí)現(xiàn)了航道設(shè)施信息的采集、更新、管理和養(yǎng)護(hù)。下面將詳細(xì)介紹該平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的業(yè)務(wù)目標(biāo)，采用面向服務(wù)技術(shù)架構(gòu)（SOA）分析與設(shè)計(jì)方法，遵循統(tǒng)一性、抽象性、符合性和業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)原則完成項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)采用B/S 架構(gòu)，基于Spring Boot快速構(gòu)建Web 應(yīng)用，基于Elastic Search 搜索引擎提供對(duì)所有地理要素的實(shí)時(shí)快速搜索，基于Redis 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)下用戶狀態(tài)記錄，基于PostGIS 實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的空間查詢、空間分析等功能。

移動(dòng)端采取DCloud 框架實(shí)現(xiàn)，是基于HTML5+規(guī)范的WebApp，具備高德、百度、本機(jī)自帶等多款定位系統(tǒng)可供選擇。通過(guò)航道設(shè)施采集移動(dòng)終端，可以實(shí)現(xiàn)航道設(shè)施信息的采集、位置標(biāo)注、數(shù)據(jù)編輯和照片拍攝保存等功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 航道設(shè)施采集移動(dòng)終端

航道設(shè)施采集移動(dòng)終端用于普查、巡查等外業(yè)作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)記錄和描述航道設(shè)施設(shè)備位置、屬性、工程等信息，形式包括文字、照片、文件等。

移動(dòng)端提供地圖縮放、漫游、距離量測(cè)、圖例信息等基本操作，具體電子地圖和影像圖層的切換功能，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇加載航道網(wǎng)二三維圖層，具備水上設(shè)施設(shè)備查詢、水上路徑分析等功能。提供移動(dòng)終端定位功能，并根據(jù)與目標(biāo)設(shè)施的空間關(guān)系在地圖中標(biāo)注航道設(shè)施設(shè)備所在位置，支持在二維動(dòng)態(tài)地圖中標(biāo)繪、顯示與編輯點(diǎn)標(biāo)號(hào)、線面標(biāo)號(hào)以及圖元，支持各類設(shè)施關(guān)鍵屬性數(shù)據(jù)的文字編輯、照片拍攝保存等功能，并及時(shí)上傳云端同步給航道設(shè)施管理控制臺(tái)。移動(dòng)端支持加載動(dòng)態(tài)狀況信息、水上交通事件信息等與空間位置相關(guān)的交通信息數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖2 APP 采集數(shù)據(jù)界面

2.2 航道設(shè)施管理控制臺(tái)

航道設(shè)施管理控制臺(tái)是航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，主要承擔(dān)了航道設(shè)施一張圖及其他應(yīng)用所需現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)的管理和維護(hù)，包括航道設(shè)施要素分類編碼和二維碼的生產(chǎn)及管理、采集移動(dòng)終端以及一碼通應(yīng)用反饋數(shù)據(jù)的審核和發(fā)布、航道網(wǎng)二三維數(shù)據(jù)瓦片服務(wù)的更新管理、視頻和物聯(lián)網(wǎng)等動(dòng)態(tài)信息接口的維護(hù)管理等。

（1）航道網(wǎng)二三維圖層服務(wù)發(fā)布技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式采用REST，整合利用航道網(wǎng)矢量、水深、結(jié)構(gòu)物BIM、傾斜攝影等相關(guān)數(shù)據(jù)資源，具體實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、OGC 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、三維數(shù)據(jù)服務(wù)等。

（2）監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的添加和管理，在地圖航道網(wǎng)上添加對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的視頻鏈路和網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)接口，可按照設(shè)施類型、管理單位或者區(qū)域分布等多種方式分組。

（3）設(shè)施要素分類編碼管理，根據(jù)航道設(shè)施編碼體系規(guī)則，對(duì)新增的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)編碼，并進(jìn)行重碼校驗(yàn)，做到每個(gè)設(shè)施設(shè)備對(duì)應(yīng)唯一編碼，對(duì)已有的編碼的進(jìn)行修改和刪除等維護(hù)操作。

（4）對(duì)已經(jīng)分類編碼入庫(kù)的航道設(shè)施要素，按照使用需求生產(chǎn)二維碼，并對(duì)已經(jīng)生產(chǎn)的二維碼進(jìn)行管理和應(yīng)用。

2.3 航道設(shè)施一張圖

航道設(shè)施一張圖核心是建立航道設(shè)施數(shù)字檔案，并在GIS 空間內(nèi)進(jìn)行二三維一體化展現(xiàn)。航道設(shè)施數(shù)字檔案是所有航道設(shè)施數(shù)字化應(yīng)用的底層基礎(chǔ)，按照編碼體系規(guī)則，將航道設(shè)施要素分類并逐一編碼，形成每個(gè)設(shè)施對(duì)應(yīng)的唯一ID 存于設(shè)施基礎(chǔ)庫(kù)中，記錄設(shè)施所在的位置、結(jié)構(gòu)特征、建成年份以及養(yǎng)護(hù)信息等，并且掛載對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、維養(yǎng)等證明材料。核心數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)架是按照航道數(shù)據(jù)分類體系布局、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)組織的全部航道空間資源數(shù)據(jù)及其管理業(yè)務(wù)的總稱，植根于航道數(shù)據(jù)中心運(yùn)行環(huán)境，依據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為服務(wù)構(gòu)架運(yùn)轉(zhuǎn)提供全部專業(yè)數(shù)據(jù)的持續(xù)一站式支撐。

航道設(shè)施一張圖不僅集成航道設(shè)施、通航環(huán)境、視頻監(jiān)控、船舶動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)，同時(shí)綜合航道、船舶、環(huán)境多維運(yùn)行分析構(gòu)建一系列航道日常管養(yǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需地圖服務(wù)及工具。

圖3 一張圖界面

2.4 航道設(shè)施普查系統(tǒng)

航道設(shè)施普查管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)完成階段性普查的航道設(shè)施按照編碼體系入庫(kù)，逐步完善航道數(shù)字檔案，并通過(guò)線上線下反饋的航道信息根據(jù)數(shù)據(jù)維護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)航道設(shè)施信息從階段性全量普查向?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)增量普查轉(zhuǎn)變。

管理的設(shè)施要素包括但不限于：航道護(hù)岸、水下地形、跨航道橋梁、下穿航道管線、碼頭泊位（港航企業(yè)）、服務(wù)區(qū)（錨地、停泊區(qū)）、航標(biāo)、陸上標(biāo)志標(biāo)牌、航道標(biāo)記線、里程樁號(hào)、沿線視頻監(jiān)控點(diǎn)位、水文氣象站點(diǎn)、電子卡口點(diǎn)位、AIS/VHF 基站、航道管理機(jī)構(gòu)等。系統(tǒng)重點(diǎn)突出跨航道橋梁、下穿航道管線的管理功能，提供施工碰撞檢查功能，根據(jù)航道兩岸施工位置信息，可自動(dòng)研判是否與跨航設(shè)備發(fā)生碰撞沖突。

針對(duì)航道普查業(yè)務(wù)場(chǎng)景建立航道普查信息更新機(jī)制，航道普查部門(mén)采集航道基礎(chǔ)設(shè)施信息后，根據(jù)航道設(shè)施編碼規(guī)則，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施信息進(jìn)行分類、編碼、存儲(chǔ)，在后端形成航道普查信息電子檔案，在前端通過(guò)航道設(shè)施一張圖顯示航道基礎(chǔ)設(shè)施信息。航道普查部門(mén)根據(jù)航道規(guī)劃實(shí)際情況，對(duì)航道基礎(chǔ)設(shè)施的增減通過(guò)動(dòng)態(tài)更新的方式，維護(hù)航道普查信息電子檔案。

2.5 航道設(shè)施養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

航道設(shè)施養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)航道日常例行養(yǎng)護(hù)和專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急搶通等業(yè)務(wù)操作引導(dǎo)和日志記錄，同時(shí)結(jié)合航道設(shè)施二維碼完成必要設(shè)施數(shù)據(jù)的采集和更新，實(shí)現(xiàn)航道設(shè)施數(shù)字檔案中養(yǎng)護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)的更新維護(hù)。系統(tǒng)延展了航道基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)、航道智能巡查、養(yǎng)護(hù)信息管理等功能模塊，通過(guò)岸基視頻監(jiān)控、聲吶等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)岸、航道斷面、設(shè)施設(shè)備的監(jiān)測(cè)及養(yǎng)護(hù)管理功能，提升航道設(shè)施全壽命周期安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警和管控水平。

圖4 養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)界面

針對(duì)航道養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景建立航道養(yǎng)護(hù)更新機(jī)制，航道養(yǎng)護(hù)部門(mén)進(jìn)行航道設(shè)施養(yǎng)護(hù)巡查業(yè)務(wù)時(shí)采集的航道養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，通過(guò)航道設(shè)施二維碼進(jìn)行存儲(chǔ)，在后端形成航道養(yǎng)護(hù)信息電子檔案，在前端，通過(guò)航道設(shè)施一張圖顯示航道養(yǎng)護(hù)信息數(shù)據(jù)。航道養(yǎng)護(hù)部門(mén)根據(jù)航道基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況和航道設(shè)施一張圖上顯示的船員船戶發(fā)送的關(guān)于航道基礎(chǔ)設(shè)施損壞或移位、滅失等報(bào)警信息，對(duì)航道基礎(chǔ)設(shè)施健康狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，維護(hù)航道養(yǎng)護(hù)信息電子檔案。

3 系統(tǒng)應(yīng)用和前景

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，不僅解決了當(dāng)前航道設(shè)施管理中存在的信息孤島、數(shù)據(jù)不暢通等問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了信息的統(tǒng)一管理和共享，提高了航道管理的效率和精度。該平臺(tái)具有以下優(yōu)勢(shì)和前景：

3.1 提高航道管理效率

通過(guò)航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)，航道管理部門(mén)可以實(shí)時(shí)掌握航道設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)和養(yǎng)護(hù)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高管理效率。同時(shí)，航道設(shè)施一張圖的建立和航道設(shè)施普查系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了航道信息的動(dòng)態(tài)管理和更新，從而提高了航道管理的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

3.2 優(yōu)化航道設(shè)施管理流程

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了航道設(shè)施的數(shù)字化管理，通過(guò)二維碼技術(shù)和移動(dòng)終端的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了設(shè)施信息的采集和更新過(guò)程，優(yōu)化了管理流程。航道設(shè)施管理控制臺(tái)和航道設(shè)施養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施信息的審核和發(fā)布，提高了管理的效率和準(zhǔn)確性。

3.3 提升航道安全和服務(wù)水平

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了航道設(shè)施信息的動(dòng)態(tài)管理和實(shí)時(shí)更新，可以及時(shí)掌握航道設(shè)施的狀態(tài)和運(yùn)行情況，從而提高航道的安全性和服務(wù)水平。同時(shí)，通過(guò)航道設(shè)施一張圖的建立和航道設(shè)施普查系統(tǒng)的應(yīng)用，可以向船員和船戶提供航道和設(shè)施的動(dòng)態(tài)信息，增強(qiáng)了航行安全意識(shí)和提升了船員船戶的滿意度。

3.4 推動(dòng)智慧港航發(fā)展

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用，具備了智慧港航的基本要素和技術(shù)手段，為智慧港航的發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐。通過(guò)航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、普查、養(yǎng)護(hù)、執(zhí)法等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成和信息共享，提高信息資源的利用效率和智能監(jiān)控能力。

未來(lái)，隨著航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的進(jìn)一步完善和應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高航道管理的效率和準(zhǔn)確性，推動(dòng)智慧港航的發(fā)展。同時(shí)，還可以通過(guò)航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)航道設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提高航道的安全性和服務(wù)水平。此外，航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)還可以與其他智慧交通系統(tǒng)（如智能交通管理系統(tǒng)、智能船舶管理系統(tǒng)等）進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑托畔⒒?，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)論

本文針對(duì)我國(guó)水路交通發(fā)展的需求，設(shè)計(jì)研發(fā)了基于二維碼的航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)通過(guò)數(shù)字化管理和智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了航道設(shè)施信息的統(tǒng)一管理和共享，提高了航道管理的效率和精度，為航道管理部門(mén)提供了全方位、高效率的數(shù)字化工具和信息服務(wù)。

航道設(shè)施管養(yǎng)平臺(tái)的應(yīng)用，優(yōu)化了航道設(shè)施管理流程，提升了航道安全和服務(wù)水平，推動(dòng)了智慧港航的發(fā)展。未來(lái)，隨著平臺(tái)的進(jìn)一步完善和應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高航道管理的效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)航道設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)警，推動(dòng)我國(guó)水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。

本文的研究成果在航道設(shè)施管理和智慧港航領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)于提高我國(guó)水路交通發(fā)展的水平和質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展具有重要的借鑒和推廣意義。