內河電子航道圖暨安全管理平臺建設研究

許寧 趙志明 路軒軒 趙睿 崔敬濤

摘 要：本文闡述了內河電子航道圖暨安全管理平臺總體架構，介紹了設計過程中使用的關鍵技術及平臺功能。通過標準電子航道圖建設，結合WebGIS技術、GPS/北斗衛星定位技術及數據庫技術等完成內河電子航道圖暨安全管理平臺的設計研究，實現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，并借助該平臺實現了對南灣水庫旅游航道的安全監管。

關鍵詞：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，內河航運建設全面發展，提高航道標準化建設能力，健全內河航道建設機制，實現航道建設、養護、船舶類型及安全應急搜救的標準化，提升內河航運公共服務能力已迫在眉睫。交通部印發的《水運“十三五”發展規劃》中提出加大信息技術應用，加強水運管理信息化頂層設計，統一數據標準，建立信息資源的整合和共享機制，加大物聯網、云計算、大數據、移動互聯網及GIS等技術的應用，推動信息化與內河航運管理工作的深度融合，提升管理信息化水平。

本文闡述了內河電子航道圖暨安全管理平臺的設計與開發，并將其應用于南灣水庫旅游航道水域，實現對南灣水庫旅游航道及船舶的安全監管。

1 平臺建設關鍵技術

內河電子航道圖暨安全管理平臺建設主要涉及三個關鍵技術的研究，具體表現為電子航道圖服務快速發布及更新、GPS/北斗動態監控及WebGIS的建設。

1.1 電子航道圖服務快速發布及更新

內河電子航道圖是數字航道建設的基礎，同時也是安全管理平臺的核心部分[1]。對內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，遵循相關國際標準[《IHO 數字海道測量數據傳輸標準》（IHO S-57）]和國內標準[《長江電子航道圖數據傳輸標準》（CJ-57）]，結合內河實際引入眾多內河特有的物標要素[2，3]。ArcGIS具有專門的擴展模塊ArcGIS for Maritime：Server和服務器端ArcGIS for Maritime：Server，為航務海事測繪信息數據和相關產品提供完整的解決方案[4，5]。ArcGIS for Maritime主要用于海圖測繪數據和工作流的管理，包括海圖數據庫建庫、海圖數據導入、格式轉換、海圖數據編輯、海圖數據符號化及輸出海圖文件等，為相關政府和科研部門提供決策支持。ArcGIS for Maritime：Server是以ArcGIS Server的SOE技術進行擴展的，部署方式簡單，海圖服務發布和管理方式簡便。ArcGIS提供Web端開發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中。開發者也可以基于Runtime產品開發所需的應用產品，ArcGIS Runtime支持在線海圖服務以及離線海圖數據，確保在所有終端中都可以通過智能操作系統使用海圖數據。本文基于GDB模板方法制作電子航道圖[6]，利用ArcGIS for Maritime：Server實現電子航道圖的快速發布及更新。

1.2 GPS/北斗動態監控接入

目前，我國船舶動態監管體系主要由岸基近距離船舶動態監管系統、遠距離海上動態監管系統、導航系統及海巡系統構成。其中，岸基近距離船舶動態監管系統采取船舶自動識別系統（Automatic Identification System， AIS）網絡體系。我國自2000年開始建立船舶自動識別系統網絡體系。AIS主要由船載終端及岸基基站構成。海事部門通過AIS可以有效實施船舶動態監管，如監控船舶狀態、名稱、IMO編號、位置、速度及矢量。因此，這種系統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揮著積極作用。雖然目前中國要求沿海200t以上以及內河100t以上船舶安裝AIS設備，但是內陸多數內河湖泊航道船舶噸位較小，并未覆蓋AIS監控，船舶安全運輸尚有風險。GPS是美國研發的一種全球定位與導航系統，也是目前世界上最為成熟的一種定位系統，廣泛應用于各個領域[7]。北斗衛星導航系統是我國自主研發的全球性衛星導航系統，該系統致力于為用戶提供高質量的全球定位和導航服務。本文采用帶有GPS/北斗模塊的車載機終端，該終端基于《道路運輸車輛衛星定位系統終端通訊協議及數據格式》（JT/T 808—2011）以及《道路運輸車輛衛星定位系統北斗兼容車載終端通信協議技術規范》（JT/T 808—2013）進行通信。本文基于以上協議開發了車載機通信平臺。該平臺是一個分布式、高可用、高并發、開放性平臺，能結合ArcGIS GeoEvent產品實時接收船舶動態信息，實現船舶的動態監控。

1.3 WebGIS的建設

WebGIS指的是基于網絡的地理信息系統，與傳統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勢[8]。在WebGIS應用程序開發上，商用的ArcGIS Enterprise庫可快速創建空間數據服務，是目前比較流行的GIS服務器。ArcGIS for JavaScript庫不僅能實現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點之一。

2 內河電子航道圖暨安全管理平臺設計與實現

電子航道圖暨安全管理平臺采用面向對象的編程技術和模塊化的結構設計，根據數據的特點和計算機技術的發展趨勢，將組件化、層次化作為軟件的基本特征，保證了系統廣泛的自適應性、良好的可擴展性;系統以提煉用戶應用模型為核心來選擇平臺、技術和開發工具構造系統，從根本上保證了系統的實用性和先進性。整體架構的設計如圖1所示。

2.1 電子航道圖基礎業務模塊

電子航道圖基礎業務模塊實現電子航道圖相關的基礎功能，主要包括天氣水文顯示、地圖顯示與瀏覽、航道圖物標查詢、船舶航行姿態監管以及歷史航行軌跡查詢等。根據電子航道圖基礎業務模塊的基礎功能需求，電子航道圖基礎業務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顯示與瀏覽功能，實現在平臺中顯示電子航道圖、切換電子航道圖的不同類型數據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航道圖的特有性質的展現，主要包括根據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物標名稱搜索物標屬性等。船舶監控子模塊實現對南灣庫區的所有旅游船舶的實時監控，主動顯示船舶實時位置和當前在線與離線的船舶數量統計等信息，顯示指定船舶基礎信息，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 安全應急管理模塊子結構

安全應急管理模塊實現水運安全應急相關業務，包含船舶遇險報警與船舶偏航告警功能。根據安全應急管理模塊的基礎功能需求，安全應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，手機端向服務端發送報警信息，服務端接到報警信號后，在大屏安全監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位置，記錄遇險船舶的船名及事發時間，顯示距離遇險船舶最近的五條船舶的船名、系統記錄的最近時間以及距事發船舶的距離;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向服務器發送實時位置信息，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 海事辦公模塊子結構

海事辦公模塊主要處理海事日常辦公管理的業務工作，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。根據海事辦公模塊的基礎功能需求，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庫區海事監管船舶信息的增加、刪除、修改與查詢。船員管理子模塊主要管理數據庫中的船員信息，顯示所有庫區船員的基本信息，支持查詢船員信息及與其相關的船舶信息。系統存儲船員的相關證書，包括船員適任證書及船員服務簿等，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，支持相關船舶信息查詢，并支持進出港信息導出成Excel格式。

3 結語

本文以電子航道圖為基礎，結合先進的WebGIS技術、數據庫技術及GPS/北斗定位技術等分析研究了內河電子航道圖暨安全管理平臺的建設思路，并實現了南灣水庫電子航道圖暨安全管理平臺的建設。相比于國內其他航道安全管理平臺，內河電子航道圖暨安全管理平臺的技術更加先進，功能更加豐富，更好地實現了對內河航道及船舶的安全監管，提高了內河航運的效率及安全性。

參考文獻：

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