船舶監管系統在蘇南運河三級航道整治疏浚工程中的應用

徐龍輝 王淮 江蘇省蘇州市航道管理處

1.研究背景

“十二五”、“十三五”期間，蘇州水運事業大力發展，航道整治持續推進，蘇南運河、楊林塘、蘇申內港線等多條航道逐步完成施工建設。土方疏浚是航道整治工程中的重要組成部分，其去向和棄置問題備受社會關注，尤其隨著國家生態文明建設的飛速發展，社會民眾的綠色環保意識逐漸加強。

為規范土方疏浚工程，許多地區出臺了涉及運輸管理、棄置堆放、棄土區規范等方面的文件，明確禁止將土方拋棄在航道、河流、農田等區域。由于工程自身的特殊性并受到巨大利益驅使，使得疏浚工程監管難度大大增加，隨意拋泥的現象依然存在。

為規范工程管理，強化過程監管，降低環境污染風險，蘇州市航道管理處創新工程管理手段，以蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程為探索對象，自主研發了船舶監管系統，實現了對疏浚工程中船舶機械、土方安置等問題的全方位、實時監管。

2.系統介紹

2.1 模塊功能簡介

蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程船舶監管系統是整合了衛星定位技術、地理信息系統技術、現代通信技術和數據庫技術的綜合系統，其整體結構由終端設備、通信網絡、通信服務器、數據庫服務器、Web服務器、監控中心等部分組成。

其中，終端設備是信息采集和執行命令的單元，包括GPS定位、無線通信、數據采集、運算控制等模塊。通信網絡通過接收衛星信號以采集設備狀態信息，如船舶位置、速度、方向等，整合成PPP數據報文，發送至通信服務器。通信服務器解析已取得數據，同步更新數據庫服務器中實時信息以便后期查詢和統計，并將相關數據按照客戶端協議格式組包后發送給正在使用系統的監控客戶端。Web服務器、監控中心是監管系統可視化的、工具界面友善的操作平臺，用于瀏覽當前船舶設備狀態，以及發放指令、數據統計處理。

2.2 架構設計

圖1 船舶監管系統整體架構圖

該監管系統整體架構可分為平臺層、協議層、數據庫、應用層、服務對象五個部分，其框架詳見圖1。平臺層以微軟.Net Framwork 3.5基礎平臺進行搭建。協議層使用TCP/IP、Web Ser vice、Remoting、Asp.net、Html5等技術協議，以滿足服務組件之間、服務組件與服務對象之間的數據通信需要。數據庫使用Microsoft SQL Server 2005作為系統的數據存儲管理支撐。應用層包括通信服務、地址解析、數據管理、監控管理等。服務對象主要是監管系統的實際使用人員，包括管理用戶、監控用戶和監管平臺等。

2.3 系統應用

本系統以蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程為依托，通過自動化的采集信息、數據分析、報警提示、指令發送等技術手段，實現對關鍵節點的控制、對船舶設備的全方位監管，以提高項目施工的規范性和效率水平，使工程建設始終處于受控范圍，降低工程質量、安全、進度等方面風險。

在疏浚工程施工全過程中，由挖泥船、運泥船、吹泥船等三類船舶協同工作。這三類船舶屬于松耦合關系，運泥船可以分別關聯多個挖泥船和吹泥船。船舶松耦合關系見圖2。

單趟運泥過程是挖泥船裝載淤泥，由運泥船運送到吹泥船位置進行卸載操作，其中運泥船涉及5個關鍵節點：靠近挖泥船、離開挖泥船、運送途中、靠近吹泥船、離開吹泥船。監管系統在每個節點拍攝船載設備照片、記錄相應的時間、位置參數，以實現后續功能。

3.功能實現

本系統主要依靠終端設備采集工作船舶的狀態參數，上傳到通信服務器，并根據協議對信息數據進行自動解析，按照預期體現形式發送至監控客戶端。同時實現數據自動存儲功能，以便于客戶端后續分析。監管系統功能實現流程為：終端設備→通信服務器→數據庫服務器,監控管理端，數據分析模塊。

3.1 船舶信息備案

對參與工程的船舶設備進行信息備案，在監管系統中實施“一船一檔”，包括船舶信號、駕駛人員信息、船檢證件等，確保施工船舶證件齊全，避免施工中由無證船舶帶來的安全隱患，減低風險系數。

在后續施工過程中，建設、監理單位配合管理手段，加大檢查、抽查力度，防止施工單位私下更換船舶機械。

3.2 施工實時監控

監管系統針對三種船舶不同的施工特點，采用不同形式，確保施工機械全程都處于監控下。在棄土區及挖泥區，采用安裝攝像頭的方式。不同的是，棄土區優先考慮信號穩定的有線網絡，挖泥船則在船頭安轉可接收、發射4G信號的移動網絡。

對于運泥船，安裝GP S信號設備，以采集設備狀態信息，如船舶位置、速度、方向等，并整合成PPP數據發送至通信服務器。服務器進一步解析，按照客戶端要求的格式重組后發送給系統使用人員。同時對數據庫同步更新，便于后期查詢和統計操作。

傳統中，實時監控數據傳輸是將信息保存至數據庫，并通過Ajax技術獲得最新的數據，展現到監控界面。這種方式在數據量小的時候效果較好；而當終端數量較大時，抓取量也隨之變大，對數據庫產生很大壓力。本文系統則使用HTML5中的websocket技術在監控頁面和通信服務器之間建立雙向通道，即通信服務器接收到數據、解析后，直接通過通道推送至監控頁面，既減少了頁面對于數據庫的使用頻率，也提高了監控的實時性和便捷性。

3.3 運行軌跡控制

在疏浚施工全過程中，運泥船往返于棄土區與挖泥船之間，是系統中唯一的運動單元。為了防止過程中隨意傾倒泥漿的現象，系統對運泥船的運行路徑及工作區域進行限制、管控。系統設定運泥船工作區域，軟件分析船舶實時位置信息，通過兩者對比，確定運泥船的工作狀態。如果實際位置超出了工作區域，則產生報警信息推送到監控客戶端，同時發送提示短消息到監控人員、項目負責人手機。

3.4 節點觸發裝置

運泥船在單趟運輸過程中涉及五個關鍵節點。通過在運泥船上安裝拍照設備，自動觸發拍攝相關節點下船倉內狀態照片，實現輔助監控。自動觸發是指設定挖泥船、卸泥區節點控制區域大小，實現運泥船駛入、駛出該控制區時，自動觸發拍攝功能。同時在運輸過程中，設定船舶離開裝泥區一定時間后（比如半小時、一個小時），再自動觸發拍攝一張照片。

3.5 報表統計功能

圖2 挖泥船、運泥船及吹泥船之間的松耦合關系

本系統實現自動統計每艘運泥船運輸趟數，生成相應報表。根據單艘船運泥數量乘以趟數，可估算疏浚總量。例如，根據統計數量可以估算每日、周、月的疏浚工程量，與進度計劃相比，確保在可控范圍內。也可以估算航道中某段落的疏浚量或棄土區運泥總量，與施工圖紙計算值進行對比，判斷該段落是否疏浚到位。

4.小結與展望

蘇南運河三級航道整治工程疏浚工程船舶監管系統使用便利,綜合效益高，不僅實現對疏浚工程的全方位、全過程的監控，確保施工機械在規定區域內運行，也輔助完成統計、估算等功能。監管系統通過自動化運行，有效地解決了疏浚工程中眾多難題，成為了建設單位在工程項目管理中的重要手段。但是該系統仍有改進的地方，比如船舶電源續航能力差，移動網絡信號不穩定，容易產生型號漂移等問題。因此，任何設備、任何系統都只是項目管理中的輔助設施，占主導地位的仍是人的因素。作為項目管理人員，勤下工地、多跑現場依然是管理的根本。