内河电子航道图暨安全管理平台建设研究

许宁 赵志明 路轩轩 赵睿 崔敬涛

摘 要：本文阐述了内河电子航道图暨安全管理平台总体架构，介绍了设计过程中使用的关键技术及平台功能。通过标准电子航道图建设，结合WebGIS技术、GPS/北斗卫星定位技术及数据库技术等完成内河电子航道图暨安全管理平台的设计研究，实现了航道信息查询模块、船员管理模块、GPS/北斗接入与导航模块及可视化地理信息管理功能模块的开发，并借助该平台实现了对南湾水库旅游航道的安全监管。

关键词：电子航道图;GeoEvent;GPS/北斗;WebGIS

中图分类号：U675.81 文献标识码：A 文章编号：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，内河航运建设全面发展，提高航道标准化建设能力，健全内河航道建设机制，实现航道建设、养护、船舶类型及安全应急搜救的标准化，提升内河航运公共服务能力已迫在眉睫。交通部印发的《水运“十三五”发展规划》中提出加大信息技术应用，加强水运管理信息化顶层设计，统一数据标准，建立信息资源的整合和共享机制，加大物联网、云计算、大数据、移动互联网及GIS等技术的应用，推动信息化与内河航运管理工作的深度融合，提升管理信息化水平。

本文阐述了内河电子航道图暨安全管理平台的设计与开发，并将其应用于南湾水库旅游航道水域，实现对南湾水库旅游航道及船舶的安全监管。

1 平台建设关键技术

内河电子航道图暨安全管理平台建设主要涉及三个关键技术的研究，具体表现为电子航道图服务快速发布及更新、GPS/北斗动态监控及WebGIS的建设。

1.1 电子航道图服务快速发布及更新

内河电子航道图是数字航道建设的基础，同时也是安全管理平台的核心部分[1]。对内河电子航道图的研究，多基于电子海图的研究，在研究过程中利用电子海图的核心技术，遵循相关国际标准[《IHO 数字海道测量数据传输标准》（IHO S-57）]和国内标准[《长江电子航道图数据传输标准》（CJ-57）]，结合内河实际引入众多内河特有的物标要素[2，3]。ArcGIS具有专门的扩展模块ArcGIS for Maritime：Server和服务器端ArcGIS for Maritime：Server，为航务海事测绘信息数据和相关产品提供完整的解决方案[4，5]。ArcGIS for Maritime主要用于海图测绘数据和工作流的管理，包括海图数据库建库、海图数据导入、格式转换、海图数据编辑、海图数据符号化及输出海图文件等，为相关政府和科研部门提供决策支持。ArcGIS for Maritime：Server是以ArcGIS Server的SOE技术进行扩展的，部署方式简单，海图服务发布和管理方式简便。ArcGIS提供Web端开发SDK和ArcGIS JavaScript API，基本不需要太多的学习就可以切换到海图的开发中。开发者也可以基于Runtime产品开发所需的应用产品，ArcGIS Runtime支持在线海图服务以及离线海图数据，确保在所有终端中都可以通过智能操作系统使用海图数据。本文基于GDB模板方法制作电子航道图[6]，利用ArcGIS for Maritime：Server实现电子航道图的快速发布及更新。

1.2 GPS/北斗动态监控接入

目前，我国船舶动态监管体系主要由岸基近距离船舶动态监管系统、远距离海上动态监管系统、导航系统及海巡系统构成。其中，岸基近距离船舶动态监管系统采取船舶自动识别系统（Automatic Identification System， AIS）网络体系。我国自2000年开始建立船舶自动识别系统网络体系。AIS主要由船载终端及岸基基站构成。海事部门通过AIS可以有效实施船舶动态监管，如监控船舶状态、名称、IMO编号、位置、速度及矢量。因此，这种系统在确保水上交通安全、保障交通组织及支持海事管理等方面发挥着积极作用。虽然目前中国要求沿海200t以上以及内河100t以上船舶安装AIS设备，但是内陆多数内河湖泊航道船舶吨位较小，并未覆盖AIS监控，船舶安全运输尚有风险。GPS是美国研发的一种全球定位与导航系统，也是目前世界上最为成熟的一种定位系统，广泛应用于各个领域[7]。北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球性卫星导航系统，该系统致力于为用户提供高质量的全球定位和导航服务。本文采用带有GPS/北斗模块的车载机终端，该终端基于《道路运输车辆卫星定位系统终端通讯协议及数据格式》（JT/T 808—2011）以及《道路运输车辆卫星定位系统北斗兼容车载终端通信协议技术规范》（JT/T 808—2013）进行通信。本文基于以上协议开发了车载机通信平台。该平台是一个分布式、高可用、高并发、开放性平台，能结合ArcGIS GeoEvent产品实时接收船舶动态信息，实现船舶的动态监控。

1.3 WebGIS的建设

WebGIS指的是基于网络的地理信息系统，与传统PC端的商用GIS软件相比，在开放性、移植性、可扩展性方面具有更加突出的优势[8]。在WebGIS应用程序开发上，商用的ArcGIS Enterprise库可快速创建空间数据服务，是目前比较流行的GIS服务器。ArcGIS for JavaScript库不仅能实现前端地图的基本操作，而且增强了3D显示效果，强大的空间分析能力也是其优点之一。

2 内河电子航道图暨安全管理平台设计与实现

电子航道图暨安全管理平台采用面向对象的编程技术和模块化的结构设计，根据数据的特点和计算机技术的发展趋势，将组件化、层次化作为软件的基本特征，保证了系统广泛的自适应性、良好的可扩展性;系统以提炼用户应用模型为核心来选择平台、技术和开发工具构造系统，从根本上保证了系统的实用性和先进性。整体架构的设计如图1所示。

2.1 电子航道图基础业务模块

电子航道图基础业务模块实现电子航道图相关的基础功能，主要包括天气水文显示、地图显示与浏览、航道图物标查询、船舶航行姿态监管以及历史航行轨迹查询等。根据电子航道图基础业务模块的基础功能需求，电子航道图基础业务模块的子模块清单如表1所示。

显示与浏览子模块主要提供电子航道图的基础显示与浏览功能，实现在平台中显示电子航道图、切换电子航道图的不同类型数据底图以及对电子地图进行缩放、平移操作。航道图特性子模块实现航道图的特有性质的展现，主要包括根据列表选项改变电子航道图的显示方案、航道图显示属性展示、查看电子航道图中的物标属性及根据物标名称搜索物标属性等。船舶监控子模块实现对南湾库区的所有旅游船舶的实时监控，主动显示船舶实时位置和当前在线与离线的船舶数量统计等信息，显示指定船舶基础信息，船名模糊搜索船舶及定位到当前地图上。轨迹回放子模块提供按照船舶名称与行驶时间区段回放船舶行驶的轨迹，并允许用户进行轨迹播放进度控制。

2.2 安全应急管理模块子结构

安全应急管理模块实现水运安全应急相关业务，包含船舶遇险报警与船舶偏航告警功能。根据安全应急管理模块的基础功能需求，安全应急管理模块的子模块清单如表2所示。

在船舶遇险的情况下，手机端向服务端发送报警信息，服务端接到报警信号后，在大屏安全监控子平台上切换到报警页面，在地图上高亮显示遇险船舶的事发位置，记录遇险船舶的船名及事发时间，显示距离遇险船舶最近的五条船舶的船名、系统记录的最近时间以及距事发船舶的距离;点击解除报警，手机端完成解除报警操作，并与服务端确认报警完成，最终将整个遇险报警过程归档。船舶航行时，船舶上搭载的车载机连续向服务器发送实时位置信息，当船舶位置在航道面外，则高亮显示偏航船舶，并定位至该船舶，显示该船舶的名称、船长姓名等基本信息，交由海事人员处置，同时记录该事件并归档。

2.3 海事办公模块子结构

海事办公模块主要处理海事日常办公管理的业务工作，基本信息管理包括船员、船舶与通航信息管理，同时包括证书到期提醒换证。根据海事办公模块的基础功能需求，海事办公模块的子模块清单如表3所示。

基本信息子模块实现以图文形式显示南湾海事处基本信息的功能。船舶管理子模块实现库区海事监管船舶信息的增加、删除、修改与查询。船员管理子模块主要管理数据库中的船员信息，显示所有库区船员的基本信息，支持查询船员信息及与其相关的船舶信息。系统存储船员的相关证书，包括船员适任证书及船员服务簿等，证书管理子模块支持搜索船员证书信息，同时支持查询已过期的证书信息;如果证书过期，会有过期证书主动提示，海事办公人员及时查看和处理所有过期证书的信息。进出港报告子模块根据船舶进出海事码头的时间及航向判断并记录船舶进出港的时间，以列表形式展示船舶进出港信息，并支持按船名、时间以及分类查询，支持相关船舶信息查询，并支持进出港信息导出成Excel格式。

3 结语

本文以电子航道图为基础，结合先进的WebGIS技术、数据库技术及GPS/北斗定位技术等分析研究了内河电子航道图暨安全管理平台的建设思路，并实现了南湾水库电子航道图暨安全管理平台的建设。相比于国内其他航道安全管理平台，内河电子航道图暨安全管理平台的技术更加先进，功能更加丰富，更好地实现了对内河航道及船舶的安全监管，提高了内河航运的效率及安全性。

參考文献：

[1]刘荣馨，胡少博.内河电子航道图制作质量控制[J].西部交通科技，2012（12）：64-67.

[2]胡化腾.电子航道图数据生成系统的设计与实现[D].荆州：长江大学，2016.

[3]彭力雄，黄小苑，卢秉武.东江电子航道图制作关键技术研究[J].测绘通报，2013（8）：91-94.

[4]林昱，杜清运，杨龙.基于ArcGIS for Maritime的海事测绘信息数据库构建[J].地理信息世界，2016（5）：22-27.

[5]邹琪.基于ArcGIS Maritime的海图数据库设计[J].珠江水运，2016（10）：40-41.

[6]路轩轩，赵睿，赵志明，等.基于Maritime Charting的内河电子航道图制作优化研究与应用[J].中国水运，2018（10）：32-35.

[7]艾斯卡尔·阿不力米提.基于GPS和电子海图的内河船舶监控调度系统研究[J].舰船科学技术，2018（6）：142-144.

[8]汤健峰，江文萍.WebGIS技术在内河航道可视化管理中的应用[J].测绘地理信息，2018（5）：89-92.