基于二维码的航道设施管养平台研发与应用

2024-01-08郑冰田序伟吴星孙国栋

中国水运 2023年12期

郑冰，田序伟，吴星，孙国栋

（1.浙江数智交院科技股份有限公司，浙江杭州 310000；2.绍兴市公路与运输管理中心，浙江绍兴 312000）

近几年，我国积极发展水路运输，提高内河通航条件。纵观近代世界交通发展历程，内河航运服务经济社会发展的巨大优势凸显，随着经济的进一步繁荣，内河运输量将不断增长，整个内河航运业将面临无限的发展机遇。

交通运输部《内河航运发展纲要》[1]指出，智慧航道建设的主要任务包括：加强重点水域智能化监测预警能力建设与监管；发展用于基础设施服役性能保持和提升的监测预警技术，突破空间、功能和寿命协同的内河港航共网多线基础设施养护技术。建设基于云网交互的电子航道图、船舶过闸调度、港航基础设施运养等综合信息服务平台。

然而现阶段港口、船舶、生产、库场、人事、货源等业务管理系统大多未实现集成化和信息共享，导致区域物流枢纽数据交换不畅，信息系统未能发挥智能监控作用，使得信息资源潜力无法充分发挥，与现代化绿色港口、智慧港口存在一定差距[2]。

为解决这一问题，本文以浙江内河航道杭甬运河某航段为应用对象，设计研发了基于二维码的航道设施管养平台。该平台通过航道设施采集移动终端、航道设施管理控制台、航道设施一张图和航道设施养护系统四个核心模块，实现了航道设施信息的采集、更新、管理和养护。下面将详细介绍该平台的系统设计和实现。

1 系统设计

针对航道设施管养平台的业务目标，采用面向服务技术架构（SOA）分析与设计方法，遵循统一性、抽象性、符合性和业务驱动的设计原则完成项目的分析、设计和开发。

航道设施管养平台采用B/S 架构，基于Spring Boot快速构建Web 应用，基于Elastic Search 搜索引擎提供对所有地理要素的实时快速搜索，基于Redis 内存数据库实现分布式系统下用户状态记录，基于PostGIS 实现地理数据的空间查询、空间分析等功能。

移动端采取DCloud 框架实现，是基于HTML5+规范的WebApp，具备高德、百度、本机自带等多款定位系统可供选择。通过航道设施采集移动终端，可以实现航道设施信息的采集、位置标注、数据编辑和照片拍摄保存等功能。

图1 系统架构

2 系统实现

2.1 航道设施采集移动终端

航道设施采集移动终端用于普查、巡查等外业作业时，现场记录和描述航道设施设备位置、属性、工程等信息，形式包括文字、照片、文件等。

移动端提供地图缩放、漫游、距离量测、图例信息等基本操作，具体电子地图和影像图层的切换功能，根据应用场景选择加载航道网二三维图层，具备水上设施设备查询、水上路径分析等功能。提供移动终端定位功能，并根据与目标设施的空间关系在地图中标注航道设施设备所在位置，支持在二维动态地图中标绘、显示与编辑点标号、线面标号以及图元，支持各类设施关键属性数据的文字编辑、照片拍摄保存等功能，并及时上传云端同步给航道设施管理控制台。移动端支持加载动态状况信息、水上交通事件信息等与空间位置相关的交通信息数据服务。

图2 APP 采集数据界面

2.2 航道设施管理控制台

航道设施管理控制台是航道设施管养平台运转的核心，主要承担了航道设施一张图及其他应用所需现数据服务的管理和维护，包括航道设施要素分类编码和二维码的生产及管理、采集移动终端以及一码通应用反馈数据的审核和发布、航道网二三维数据瓦片服务的更新管理、视频和物联网等动态信息接口的维护管理等。

（1）航道网二三维图层服务发布技术实现方式采用REST，整合利用航道网矢量、水深、结构物BIM、倾斜摄影等相关数据资源，具体实现的内容有基础数据服务、空间分析服务、OGC 标准服务、三维数据服务等。

（2）监控和物联网感知设备的添加和管理，在地图航道网上添加对应点位的视频链路和网关数据接口，可按照设施类型、管理单位或者区域分布等多种方式分组。

（3）设施要素分类编码管理，根据航道设施编码体系规则，对新增的设施设备进行自动编码，并进行重码校验，做到每个设施设备对应唯一编码，对已有的编码的进行修改和删除等维护操作。

（4）对已经分类编码入库的航道设施要素，按照使用需求生产二维码，并对已经生产的二维码进行管理和应用。

2.3 航道设施一张图

航道设施一张图核心是建立航道设施数字档案，并在GIS 空间内进行二三维一体化展现。航道设施数字档案是所有航道设施数字化应用的底层基础，按照编码体系规则，将航道设施要素分类并逐一编码，形成每个设施对应的唯一ID 存于设施基础库中，记录设施所在的位置、结构特征、建成年份以及养护信息等，并且挂载对应的设计、建设、维养等证明材料。核心数据库构架是按照航道数据分类体系布局、数据标准组织的全部航道空间资源数据及其管理业务的总称，植根于航道数据中心运行环境，依据数据标准与规范为服务构架运转提供全部专业数据的持续一站式支撑。

航道设施一张图不仅集成航道设施、通航环境、视频监控、船舶动态等数据，同时综合航道、船舶、环境多维运行分析构建一系列航道日常管养业务系统所需地图服务及工具。

图3 一张图界面

2.4 航道设施普查系统

航道设施普查管理功能实现对完成阶段性普查的航道设施按照编码体系入库，逐步完善航道数字档案，并通过线上线下反馈的航道信息根据数据维护机制实现数据的实时更新，实现航道设施信息从阶段性全量普查向实时动态增量普查转变。

管理的设施要素包括但不限于：航道护岸、水下地形、跨航道桥梁、下穿航道管线、码头泊位（港航企业）、服务区（锚地、停泊区）、航标、陆上标志标牌、航道标记线、里程桩号、沿线视频监控点位、水文气象站点、电子卡口点位、AIS/VHF 基站、航道管理机构等。系统重点突出跨航道桥梁、下穿航道管线的管理功能，提供施工碰撞检查功能，根据航道两岸施工位置信息，可自动研判是否与跨航设备发生碰撞冲突。

针对航道普查业务场景建立航道普查信息更新机制，航道普查部门采集航道基础设施信息后，根据航道设施编码规则，对基础设施信息进行分类、编码、存储，在后端形成航道普查信息电子档案，在前端通过航道设施一张图显示航道基础设施信息。航道普查部门根据航道规划实际情况，对航道基础设施的增减通过动态更新的方式，维护航道普查信息电子档案。

2.5 航道设施养护系统

航道设施养护系统实现航道日常例行养护和专项养护、应急抢通等业务操作引导和日志记录，同时结合航道设施二维码完成必要设施数据的采集和更新，实现航道设施数字档案中养护部分数据的更新维护。系统延展了航道基础设施监测、航道智能巡查、养护信息管理等功能模块，通过岸基视频监控、声呐等设备，实现对护岸、航道断面、设施设备的监测及养护管理功能，提升航道设施全寿命周期安全运行监测预警和管控水平。

图4 养护系统界面

针对航道养护业务场景建立航道养护更新机制，航道养护部门进行航道设施养护巡查业务时采集的航道养护数据，通过航道设施二维码进行存储，在后端形成航道养护信息电子档案，在前端，通过航道设施一张图显示航道养护信息数据。航道养护部门根据航道基础设施养护实际情况和航道设施一张图上显示的船员船户发送的关于航道基础设施损坏或移位、灭失等报警信息，对航道基础设施健康状态进行动态更新，维护航道养护信息电子档案。

3 系统应用和前景

航道设施管养平台的设计和实现，不仅解决了当前航道设施管理中存在的信息孤岛、数据不畅通等问题，还实现了信息的统一管理和共享，提高了航道管理的效率和精度。该平台具有以下优势和前景：

3.1 提高航道管理效率

通过航道设施管养平台，航道管理部门可以实时掌握航道设施的运行状态和养护情况，及时发现和解决问题，提高管理效率。同时，航道设施一张图的建立和航道设施普查系统的应用，实现了航道信息的动态管理和更新，从而提高了航道管理的准确性和及时性。

3.2 优化航道设施管理流程

航道设施管养平台实现了航道设施的数字化管理，通过二维码技术和移动终端的应用，简化了设施信息的采集和更新过程，优化了管理流程。航道设施管理控制台和航道设施养护系统的应用，实现了设施信息的审核和发布，提高了管理的效率和准确性。

3.3 提升航道安全和服务水平

航道设施管养平台的建设，实现了航道设施信息的动态管理和实时更新，可以及时掌握航道设施的状态和运行情况，从而提高航道的安全性和服务水平。同时，通过航道设施一张图的建立和航道设施普查系统的应用，可以向船员和船户提供航道和设施的动态信息，增强了航行安全意识和提升了船员船户的满意度。

3.4 推动智慧港航发展

航道设施管养平台的建设和应用，具备了智慧港航的基本要素和技术手段，为智慧港航的发展提供了基础支撑。通过航道设施管养平台的应用，可以实现规划、设计、普查、养护、执法等业务管理系统的集成和信息共享，提高信息资源的利用效率和智能监控能力。

未来，随着航道设施管养平台的进一步完善和应用，可以进一步提高航道管理的效率和准确性，推动智慧港航的发展。同时，还可以通过航道设施管养平台的应用，实现航道设施的远程监测和预警，提高航道的安全性和服务水平。此外，航道设施管养平台还可以与其他智慧交通系统（如智能交通管理系统、智能船舶管理系统等）进行集成，实现交通运输的智能化和信息化，进一步推动我国水运事业的发展。