基于二維碼的航道設施管養平臺研發與應用

鄭冰，田序偉，吳星，孫國棟

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

近幾年，我國積極發展水路運輸，提高內河通航條件。縱觀近代世界交通發展歷程，內河航運服務經濟社會發展的巨大優勢凸顯，隨著經濟的進一步繁榮，內河運輸量將不斷增長，整個內河航運業將面臨無限的發展機遇。

交通運輸部《內河航運發展綱要》[1]指出，智慧航道建設的主要任務包括：加強重點水域智能化監測預警能力建設與監管；發展用于基礎設施服役性能保持和提升的監測預警技術，突破空間、功能和壽命協同的內河港航共網多線基礎設施養護技術。建設基于云網交互的電子航道圖、船舶過閘調度、港航基礎設施運養等綜合信息服務平臺。

然而現階段港口、船舶、生產、庫場、人事、貨源等業務管理系統大多未實現集成化和信息共享，導致區域物流樞紐數據交換不暢，信息系統未能發揮智能監控作用，使得信息資源潛力無法充分發揮，與現代化綠色港口、智慧港口存在一定差距[2]。

為解決這一問題，本文以浙江內河航道杭甬運河某航段為應用對象，設計研發了基于二維碼的航道設施管養平臺。該平臺通過航道設施采集移動終端、航道設施管理控制臺、航道設施一張圖和航道設施養護系統四個核心模塊，實現了航道設施信息的采集、更新、管理和養護。下面將詳細介紹該平臺的系統設計和實現。

1 系統設計

針對航道設施管養平臺的業務目標，采用面向服務技術架構（SOA）分析與設計方法，遵循統一性、抽象性、符合性和業務驅動的設計原則完成項目的分析、設計和開發。

航道設施管養平臺采用B/S 架構，基于Spring Boot快速構建Web 應用，基于Elastic Search 搜索引擎提供對所有地理要素的實時快速搜索，基于Redis 內存數據庫實現分布式系統下用戶狀態記錄，基于PostGIS 實現地理數據的空間查詢、空間分析等功能。

移動端采取DCloud 框架實現，是基于HTML5+規范的WebApp，具備高德、百度、本機自帶等多款定位系統可供選擇。通過航道設施采集移動終端，可以實現航道設施信息的采集、位置標注、數據編輯和照片拍攝保存等功能。

圖1 系統架構

2 系統實現

2.1 航道設施采集移動終端

航道設施采集移動終端用于普查、巡查等外業作業時，現場記錄和描述航道設施設備位置、屬性、工程等信息，形式包括文字、照片、文件等。

移動端提供地圖縮放、漫游、距離量測、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，根據應用場景選擇加載航道網二三維圖層，具備水上設施設備查詢、水上路徑分析等功能。提供移動終端定位功能，并根據與目標設施的空間關系在地圖中標注航道設施設備所在位置，支持在二維動態地圖中標繪、顯示與編輯點標號、線面標號以及圖元，支持各類設施關鍵屬性數據的文字編輯、照片拍攝保存等功能，并及時上傳云端同步給航道設施管理控制臺。移動端支持加載動態狀況信息、水上交通事件信息等與空間位置相關的交通信息數據服務。

圖2 APP 采集數據界面

2.2 航道設施管理控制臺

航道設施管理控制臺是航道設施管養平臺運轉的核心，主要承擔了航道設施一張圖及其他應用所需現數據服務的管理和維護，包括航道設施要素分類編碼和二維碼的生產及管理、采集移動終端以及一碼通應用反饋數據的審核和發布、航道網二三維數據瓦片服務的更新管理、視頻和物聯網等動態信息接口的維護管理等。

（1）航道網二三維圖層服務發布技術實現方式采用REST，整合利用航道網矢量、水深、結構物BIM、傾斜攝影等相關數據資源，具體實現的內容有基礎數據服務、空間分析服務、OGC 標準服務、三維數據服務等。

（2）監控和物聯網感知設備的添加和管理，在地圖航道網上添加對應點位的視頻鏈路和網關數據接口，可按照設施類型、管理單位或者區域分布等多種方式分組。

（3）設施要素分類編碼管理，根據航道設施編碼體系規則，對新增的設施設備進行自動編碼，并進行重碼校驗，做到每個設施設備對應唯一編碼，對已有的編碼的進行修改和刪除等維護操作。

（4）對已經分類編碼入庫的航道設施要素，按照使用需求生產二維碼，并對已經生產的二維碼進行管理和應用。

2.3 航道設施一張圖

航道設施一張圖核心是建立航道設施數字檔案，并在GIS 空間內進行二三維一體化展現。航道設施數字檔案是所有航道設施數字化應用的底層基礎，按照編碼體系規則，將航道設施要素分類并逐一編碼，形成每個設施對應的唯一ID 存于設施基礎庫中，記錄設施所在的位置、結構特征、建成年份以及養護信息等，并且掛載對應的設計、建設、維養等證明材料。核心數據庫構架是按照航道數據分類體系布局、數據標準組織的全部航道空間資源數據及其管理業務的總稱，植根于航道數據中心運行環境，依據數據標準與規范為服務構架運轉提供全部專業數據的持續一站式支撐。

航道設施一張圖不僅集成航道設施、通航環境、視頻監控、船舶動態等數據，同時綜合航道、船舶、環境多維運行分析構建一系列航道日常管養業務系統所需地圖服務及工具。

圖3 一張圖界面

2.4 航道設施普查系統

航道設施普查管理功能實現對完成階段性普查的航道設施按照編碼體系入庫，逐步完善航道數字檔案，并通過線上線下反饋的航道信息根據數據維護機制實現數據的實時更新，實現航道設施信息從階段性全量普查向實時動態增量普查轉變。

管理的設施要素包括但不限于：航道護岸、水下地形、跨航道橋梁、下穿航道管線、碼頭泊位（港航企業）、服務區（錨地、停泊區）、航標、陸上標志標牌、航道標記線、里程樁號、沿線視頻監控點位、水文氣象站點、電子卡口點位、AIS/VHF 基站、航道管理機構等。系統重點突出跨航道橋梁、下穿航道管線的管理功能，提供施工碰撞檢查功能，根據航道兩岸施工位置信息，可自動研判是否與跨航設備發生碰撞沖突。

針對航道普查業務場景建立航道普查信息更新機制，航道普查部門采集航道基礎設施信息后，根據航道設施編碼規則，對基礎設施信息進行分類、編碼、存儲，在后端形成航道普查信息電子檔案，在前端通過航道設施一張圖顯示航道基礎設施信息。航道普查部門根據航道規劃實際情況，對航道基礎設施的增減通過動態更新的方式，維護航道普查信息電子檔案。

2.5 航道設施養護系統

航道設施養護系統實現航道日常例行養護和專項養護、應急搶通等業務操作引導和日志記錄，同時結合航道設施二維碼完成必要設施數據的采集和更新，實現航道設施數字檔案中養護部分數據的更新維護。系統延展了航道基礎設施監測、航道智能巡查、養護信息管理等功能模塊，通過岸基視頻監控、聲吶等設備，實現對護岸、航道斷面、設施設備的監測及養護管理功能，提升航道設施全壽命周期安全運行監測預警和管控水平。

圖4 養護系統界面

針對航道養護業務場景建立航道養護更新機制，航道養護部門進行航道設施養護巡查業務時采集的航道養護數據，通過航道設施二維碼進行存儲，在后端形成航道養護信息電子檔案，在前端，通過航道設施一張圖顯示航道養護信息數據。航道養護部門根據航道基礎設施養護實際情況和航道設施一張圖上顯示的船員船戶發送的關于航道基礎設施損壞或移位、滅失等報警信息，對航道基礎設施健康狀態進行動態更新，維護航道養護信息電子檔案。

3 系統應用和前景

航道設施管養平臺的設計和實現，不僅解決了當前航道設施管理中存在的信息孤島、數據不暢通等問題，還實現了信息的統一管理和共享，提高了航道管理的效率和精度。該平臺具有以下優勢和前景：

3.1 提高航道管理效率

通過航道設施管養平臺，航道管理部門可以實時掌握航道設施的運行狀態和養護情況，及時發現和解決問題，提高管理效率。同時，航道設施一張圖的建立和航道設施普查系統的應用，實現了航道信息的動態管理和更新，從而提高了航道管理的準確性和及時性。

3.2 優化航道設施管理流程

航道設施管養平臺實現了航道設施的數字化管理，通過二維碼技術和移動終端的應用，簡化了設施信息的采集和更新過程，優化了管理流程。航道設施管理控制臺和航道設施養護系統的應用，實現了設施信息的審核和發布，提高了管理的效率和準確性。

3.3 提升航道安全和服務水平

航道設施管養平臺的建設，實現了航道設施信息的動態管理和實時更新，可以及時掌握航道設施的狀態和運行情況，從而提高航道的安全性和服務水平。同時，通過航道設施一張圖的建立和航道設施普查系統的應用，可以向船員和船戶提供航道和設施的動態信息，增強了航行安全意識和提升了船員船戶的滿意度。

3.4 推動智慧港航發展

航道設施管養平臺的建設和應用，具備了智慧港航的基本要素和技術手段，為智慧港航的發展提供了基礎支撐。通過航道設施管養平臺的應用，可以實現規劃、設計、普查、養護、執法等業務管理系統的集成和信息共享，提高信息資源的利用效率和智能監控能力。

未來，隨著航道設施管養平臺的進一步完善和應用，可以進一步提高航道管理的效率和準確性，推動智慧港航的發展。同時，還可以通過航道設施管養平臺的應用，實現航道設施的遠程監測和預警，提高航道的安全性和服務水平。此外，航道設施管養平臺還可以與其他智慧交通系統（如智能交通管理系統、智能船舶管理系統等）進行集成，實現交通運輸的智能化和信息化，進一步推動我國水運事業的發展。

4 結論

本文針對我國水路交通發展的需求，設計研發了基于二維碼的航道設施管養平臺，該平臺通過數字化管理和智能監控，實現了航道設施信息的統一管理和共享，提高了航道管理的效率和精度，為航道管理部門提供了全方位、高效率的數字化工具和信息服務。

航道設施管養平臺的應用，優化了航道設施管理流程，提升了航道安全和服務水平，推動了智慧港航的發展。未來，隨著平臺的進一步完善和應用，可以進一步提高航道管理的效率和準確性，實現航道設施的遠程監測和預警，推動我國水運事業的發展。

本文的研究成果在航道設施管理和智慧港航領域具有重要的理論和實際意義，對于提高我國水路交通發展的水平和質量，推動我國水運事業的發展具有重要的借鑒和推廣意義。