海关辐射探测设备可视化知识服务平台建设研究

田 萌，徐 英，龙学磊

（中国海关管理干部学院 河北 秦皇岛 066000）

0 引言

辐射探测是海关监管的重点工作之一，该项工作专业性较强，对设备使用熟练度要求较高，作业流程相对复杂。目前，各海关配发的查验设备种类多、型号不统一，为业务培训带来较大的难度，关员难以快速掌握相关知识和熟练使用设备，也无法及时获取有效的技术支持，从而导致工作效率不高。

此外，由于培训资源有限，各类设备相关知识和数据也未能实现有效的整合和归档，利用率不高。因此，如何通过技术手段将知识整合并为关员提供高效的自主学习服务和技术支持是我们当前重点任务之一。

1 系统设计

1.1 概述

为满足上述需求，本文提出建设“海关辐射探测设备可视化知识服务平台”的构想，该平台将设备知识服务的业务需求与创新型思维、国际趋势、数字虚拟技术进行三位一体的高度融合，将信息技术与实训教学工作深度融合，打造无缝、智能、可交互的知识场景，提供触手可及的未来体验。平台不断加强设备实验、知识库优质资源的建设与应用，提高教育实验教学质量和实践育人水平，教师可利用该平台打造个性化的虚拟三维设备知识体系，不仅能够创建多种教育培训实训场景，学员还可以进行个性化和智能化的学习体验，并进行自适应学习。

平台应用国际前沿XR技术（虚拟仿真、VR、AR、MR）、人工智能、大数据、3D可视化等新锐技术建设研发，实现海关设备各种信息资源的有效整合，支持动态查询设备与业务关联，并能实现逼真的三维展示与知识内容浏览，为监管设备学习使用提供全面的知识服务。

平台的价值在于教与学的过程，教师、学员与平台系统之间的关系是互通的，将教师、学员与实训、自学习进行串连形成一个教学闭环管理体系。平台实现了共同学习与独立学习的相互切换，学员可以选择适合自己的设备学习方式与知识加固方式，使设备的学习方式更加灵活多样。

1.2 体系结构

平台主要分为3个部分：设备三维模型管理子系统、设备知识库管理子系统、设备可视化应用子系统。

1.2.1 设备三维模型管理子系统

该系统主要负责监管三维设备基础信息的管理，利用三维数字化技术为海关监管设备进行三维仿真1∶1建模。建模后的设备可在Web端、移动端免APP运行，可以实现设备的旋转、放大缩小、移动的功能。同时对每个功能按钮、屏幕显示、可拆解的设备进行独立建模并预留功能接口，方便未来设备的内容编辑、业务应用等功能，并实现三维设备的增删改查，设备模型、零件、功能按钮、贴图等设备的管理等功能。

1.2.2 设备知识库管理子系统

主要针对海关监管设备三维模型管理子系统中三维设备进行内容描述、功能描述等教育培训实训的设备知识管理维护与发布，以及系统管理单元用于系统用户的管理、系统权限的划分、系统日志记录、安全防护等模块。

1.2.3 设备可视化应用子系统

该系统主要为海关监管设备应用展示，通过ESPACE、Web浏览器访问，进入系统页面，对三维设备的功能、业务查询、内容浏览，并可对设备进行放大、缩小、旋转等操作，通过AR、NFC可实现单一设备的识别并自动展示识别设备资料的浏览[1]。

1.2.4 数据存储单元

数据存储的唯一单元，将三维设备模型信息，设备知识库信息，系统基础信息库，如用户、权限、菜单等基础信息分类存储，用于功能模块的调取汇总。

1.3 技术架构

在平台的技术架构设计上，为了保证安全可靠，同时又具备一定的前瞻性，便于日后维护升级，选取行业内成熟的技术架构体系进行设计。采用B/S操作，开发语言使用成熟的C#语言MVC的三层架构体系进行设计，系统基于组件化面向对象的开发模式，达到了一个稳定的、易于更新的、易于扩展的信息管理开发架构；系统具备后期开发升级能力，对于可靠性分析支持可视化自定义，用户可以自行定义不同的展示风格。

系统前端利用WebGL、3D Model、HTML 5、BootStrap、threejs、Echars、Jquery等技术通过标准的JSON和XML结构数据，进行业务三维设备展示与三维模型的传输[2]。

业务逻辑由面向服务的架构（SOA）构成，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构件在各种各样系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

数据中心由SQL Server进行数据存储与模型库的存储。采用Web Service技术，提供开放的API接口，第三方业务系统可以通过API接口读取系统数据。

2 业务功能设计

2.1 业务流程设计

平台业务分为管理域、业务域、数据域、访问控制层、认证服务。

管理域：负责系统的整体管控，包含三维模型管理、课件管理、三维设备模型信息录入、用户组管理、菜单管理、日志记录等。

业务域：业务域为系统的核心业务处理单元，负责三维设备的可视化展示，序列化请求模型数据，对数据模型进行验算封装，返回业务响应三维设备的相关数据。

数据域：用于模型数据、课件数据等数据的分类存储，将业务数据格式化，分别保存在各自的业务存储单元中，并为业务层的数据调取提供支撑。

访问控制层：用于接收用户的请求以及控制响应数据以何种形式呈现。

认证服务：通过ESPACE获取用户信息，对业务处理层的请求数据和响应数据进行管控，拒绝非法数据请求，并对加载数据的合法性进行验证，同时禁止非法的数据响应。

2.2 具体功能模块设计

2.2.1 海关设备三维模型管理子系统

该系统主要负责监管三维设备基础信息的管理，利用三维数字化技术为海关监管设备进行三维仿真1∶1建模。建模后的设备可在Web端、移动端免APP运行，可以实现设备的旋转、放大缩小、移动的功能。

系统主要功能包括：三维设备管理列表、三维设备主模型库管理、三维设备子模型库管理。

（1）三维设备管理列表：展示目前所有设备的基础信息，可通过选择复选框进行删除、启用、禁用，点击查询功能按钮进行设备的筛选，点击相应设备数据列的查看按钮，可浏览查看、删除、修改该条数据，是海关监管设备可视化应用子系统的设备可视化模型数据来源。

（2）三维设备主模型库管理：用于设备主模型库的管理，通过新建按钮，展示模型管理页面，包括设备内码、设备名称、所属业务、模型上传、贴图名称、贴图上传、是否有子模型库、创建时间、是否启用等信息。

（3）三维设备子模型库管理：用户主模型中的设备构成组合或者内部零件、功能按钮等子模型管理，包括所属主模型、子模型内码、子模型名称、子模型上传、子模型贴图、子模型上传、是否启用、创建时间等信息，浏览设备同时也可以浏览子模型。

2.2.2 海关设备知识库管理子系统

主要针对海关监管设备三维模型管理子系统中三维设备进行内容描述、功能描述等教育培训实训的设备知识管理维护与发布、提供多语言数据显示接口。

该系统革新传统设备知识学习手段，提供老师、学员一种全新型的学习新模式，结合老师之前授课的教学内容，利用三维数字化手段为不同设备定制专项设备教学内容，在保留原有培训内容的同时提升教学场景，增加个性化和智能化的学习体验[3]。

具体功能包括：三维设备知识列表、设备知识库管理、用户组权限、数据字典维护、设备知识库编号配置等。

（1）三维设备知识列表：用于浏览已经维护过的设备知识内容信息列表，可进行查询、删除、禁用、查看信息等功能，是海关监管设备可视化应用子系统的设备内容数据来源。

（2）设备知识库管理：用于设备模型库中该设备的内容描述和功能概述的管理，通过新建按钮，选择相关设备模型后，可弹出维护信息页面，可对该设备进行相关信息的录入和修改，如有功能子模型，选择设备后可选择子模型进行信息的维护和保存。

（3）用户/用户组管理：通过ESPACE获取访问用户的基础信息，可查询和浏览用户信息。

（4）权限数据：用于控制用户或用户组可以访问的设备菜单和对该设备具有哪些操作权限。

（5）数据字典维护：系统所创建的表、视图中的字段进行格式化处理，编译可理解的数据信息，包括表、视图、是否分录、字段编码、字段名称、字段类型、字段长度、显示类型、数据源、备注等。

（6）设备知识库编号配置：用于该设备知识内容保存后唯一的知识库编号命名规则，包括编号、知识点名称、编制规则、前缀、数据主表、后缀、流水号长度、最大流水号等。

（7）系统日志：系统支持日志记录功能，用户的登录、查询、修改、删除等操作都将被系统记录以待被查。

2.2.3 海关监管设备可视化应用子系统

该系统主要为海关监管设备应用展示，通过ESPACE、Web浏览器访问进入该系统主页面，可进行设备的知识查询服务，并可进行监管设备的三维展示、设备内容浏览，并可对该设备进行放大、缩小、旋转等操作，通过AR、NFC可实现单一设备的识别并自动展示识别设备的资料浏览[4-5]。

具体功能如下：设备可视化主页、多功能查询、设备详细页面展示、多语言切换。

设备可视化主页：图文展示主要根据业务、功能、等多维度展示监管设备的目录，点击目录进入该设备的内容详细页面。

多功能查询：系统内可通过多条件的组合查询过滤设备信息，也可以通过AR功能对设备的识别，识别成功后进入对应的设备详细页面，通过对设备图标上的NFC标签，实现手机对芯片的数据读取，根据读取信息展示芯片对应的设备详细页面。

设备详细页面展示：在传统的教学方式中，内容往往只能以二维平面图片、视频播放的形式进行展现，该模块对监管设备中的设备结构、应用场景，提供了更为形象的3D模型并且通过鼠标或手势可以进行设备放大、缩小、旋转等，近距离观察设备。通过图文、视频等方式进行知识点的整合，通过功能按钮切换任意浏览相关设备知识模块内容[6]。

多语言切换：系统提供多语言版本选择接口，通过多语言切换按钮，切换语言后，系统内的所有内容将进行动态转换选择的语言，满足不同人群的需要。

2.3 数据架构设计

业务数据分为4种：（1）三维设备数据，用于保存监管设备的模型、贴图；（2）知识库数据，用于保存设备的描述、功能介绍等数据；（3）应用访问数据，用于用户浏览应用平台的设备访问记录；（4）用户权限数据，用于管理使用者权限。

三维设备主模型数据：是海关主要设备模型数据的基础信息，包括自增长系统ID、设备编号、设备名称、3D模型名称、贴图名称、模型类型、是否拆解、所属业务、功能描述、是否可用、创建时间、创建人等数据信息，是该三维设备功能的基础库数据。

三维设备子模型数据：是三维主设备的构成，包括：自增长系统ID、模型功能键、内部配件等模型数据，包括子模型ID、子模型编号、子模型名称、主模型设备ID、设备描述、是否可用等数据，是设备各功能描述的重要组成部分。

三维设备知识库数据：用于设备模型库中该设备的内容描述和功能概述的管理，通过新建按钮，选择相关设备模型后，可弹出维护信息页面，可对该设备进行相关信息的录入和修改，如有功能子模型，选择设备后可选择子模型进行信息的维护和保存，包括：教师ID、设备ID、是否子设备、内容描述、详细内容描述、所属模块、是否发布、资料数据等设备描述信息描述。

用户/用户组权限数据：通过ESPACE获取访问用户的基础信息，可查询和浏览用户信息，包括：自增长ID、工号、姓名、性别、用户姓名、关区，职位、是否可用。

3 技术实现

平台建设遵循海关信息化建设规范要求，综合教育培训实训工作的实际需要，确保海关监管设备可视化知识服务平台在安全可控性、数据接口拓展能力、监管设备功能覆盖面以及系统的易用性、实用性等方面达到海关信息化建设的整体要求。基于HTML5、jQuery、WebGL、C#进行软件的前、后端开发与部署。

平台采用X Reality数字现实技术、人工智能、大数据可视化等前沿技术、算法，采用技术无缝融合，可更快地实现原型应用的开发和迭代[7]，使用一套代码，经过少量修改，甚至无需修改，即可适配VR、AR、MR、大屏幕展示设备、PC和笔记本电脑、平板电脑和智能手机，让应用开发成本更低、周期更短，也提供了更好的跨设备一致体验。

基于AR+AI技术实现，扫描设备实体，快速打开当前设备的三维设备模型和知识体系内容。

基于NFC技术实现数字化三维设备快速入口，实现一个模型对应唯一内置编码，通过NFC芯片的边缘计算设备快速打开当前设备的三维设备内容。

实现跨平台、跨终端设备的三维建模技术。利用全平台三维技术建模技术路线，一套模型可在3D WebGL、3D引擎、iOS和Android、小程序、微信等平台及终端设备中流畅运行。

通过3D Model AssetBundle Loads，使知识内容动态加载让平台轻量级响应各种配置终端设备。

4 结语

平台为一线关员提供移动化的、可视化的设备知识服务，将设备知识与现场应用紧密结合，构建了一整套的知识服务模式，有效解决了由于培训规模限制导致知识无法普及的问题，同时也创新了知识的展现形式，根据设备特性开发了可互动式模拟设备操作体验，提升了学习效率。此外，平台为通用型知识服务系统，未来也可应用于其他领域，具体内容可根据相关知识特点进行开发和展示，具有长远的应用价值。