船舶监管系统在苏南运河三级航道整治疏浚工程中的应用

徐龙辉 王淮 江苏省苏州市航道管理处

1.研究背景

“十二五”、“十三五”期间，苏州水运事业大力发展，航道整治持续推进，苏南运河、杨林塘、苏申内港线等多条航道逐步完成施工建设。土方疏浚是航道整治工程中的重要组成部分，其去向和弃置问题备受社会关注，尤其随着国家生态文明建设的飞速发展，社会民众的绿色环保意识逐渐加强。

为规范土方疏浚工程，许多地区出台了涉及运输管理、弃置堆放、弃土区规范等方面的文件，明确禁止将土方抛弃在航道、河流、农田等区域。由于工程自身的特殊性并受到巨大利益驱使，使得疏浚工程监管难度大大增加，随意抛泥的现象依然存在。

为规范工程管理，强化过程监管，降低环境污染风险，苏州市航道管理处创新工程管理手段，以苏南运河三级航道整治工程疏浚工程为探索对象，自主研发了船舶监管系统，实现了对疏浚工程中船舶机械、土方安置等问题的全方位、实时监管。

2.系统介绍

2.1 模块功能简介

苏南运河三级航道整治工程疏浚工程船舶监管系统是整合了卫星定位技术、地理信息系统技术、现代通信技术和数据库技术的综合系统，其整体结构由终端设备、通信网络、通信服务器、数据库服务器、Web服务器、监控中心等部分组成。

其中，终端设备是信息采集和执行命令的单元，包括GPS定位、无线通信、数据采集、运算控制等模块。通信网络通过接收卫星信号以采集设备状态信息，如船舶位置、速度、方向等，整合成PPP数据报文，发送至通信服务器。通信服务器解析已取得数据，同步更新数据库服务器中实时信息以便后期查询和统计，并将相关数据按照客户端协议格式组包后发送给正在使用系统的监控客户端。Web服务器、监控中心是监管系统可视化的、工具界面友善的操作平台，用于浏览当前船舶设备状态，以及发放指令、数据统计处理。

2.2 架构设计

图1 船舶监管系统整体架构图

该监管系统整体架构可分为平台层、协议层、数据库、应用层、服务对象五个部分，其框架详见图1。平台层以微软.Net Framwork 3.5基础平台进行搭建。协议层使用TCP/IP、Web Ser vice、Remoting、Asp.net、Html5等技术协议，以满足服务组件之间、服务组件与服务对象之间的数据通信需要。数据库使用Microsoft SQL Server 2005作为系统的数据存储管理支撑。应用层包括通信服务、地址解析、数据管理、监控管理等。服务对象主要是监管系统的实际使用人员，包括管理用户、监控用户和监管平台等。

2.3 系统应用

本系统以苏南运河三级航道整治工程疏浚工程为依托，通过自动化的采集信息、数据分析、报警提示、指令发送等技术手段，实现对关键节点的控制、对船舶设备的全方位监管，以提高项目施工的规范性和效率水平，使工程建设始终处于受控范围，降低工程质量、安全、进度等方面风险。

在疏浚工程施工全过程中，由挖泥船、运泥船、吹泥船等三类船舶协同工作。这三类船舶属于松耦合关系，运泥船可以分别关联多个挖泥船和吹泥船。船舶松耦合关系见图2。

单趟运泥过程是挖泥船装载淤泥，由运泥船运送到吹泥船位置进行卸载操作，其中运泥船涉及5个关键节点：靠近挖泥船、离开挖泥船、运送途中、靠近吹泥船、离开吹泥船。监管系统在每个节点拍摄船载设备照片、记录相应的时间、位置参数，以实现后续功能。

3.功能实现

本系统主要依靠终端设备采集工作船舶的状态参数，上传到通信服务器，并根据协议对信息数据进行自动解析，按照预期体现形式发送至监控客户端。同时实现数据自动存储功能，以便于客户端后续分析。监管系统功能实现流程为：终端设备→通信服务器→数据库服务器,监控管理端，数据分析模块。

3.1 船舶信息备案

对参与工程的船舶设备进行信息备案，在监管系统中实施“一船一档”，包括船舶信号、驾驶人员信息、船检证件等，确保施工船舶证件齐全，避免施工中由无证船舶带来的安全隐患，减低风险系数。

在后续施工过程中，建设、监理单位配合管理手段，加大检查、抽查力度，防止施工单位私下更换船舶机械。

3.2 施工实时监控

监管系统针对三种船舶不同的施工特点，采用不同形式，确保施工机械全程都处于监控下。在弃土区及挖泥区，采用安装摄像头的方式。不同的是，弃土区优先考虑信号稳定的有线网络，挖泥船则在船头安转可接收、发射4G信号的移动网络。

对于运泥船，安装GP S信号设备，以采集设备状态信息，如船舶位置、速度、方向等，并整合成PPP数据发送至通信服务器。服务器进一步解析，按照客户端要求的格式重组后发送给系统使用人员。同时对数据库同步更新，便于后期查询和统计操作。

传统中，实时监控数据传输是将信息保存至数据库，并通过Ajax技术获得最新的数据，展现到监控界面。这种方式在数据量小的时候效果较好；而当终端数量较大时，抓取量也随之变大，对数据库产生很大压力。本文系统则使用HTML5中的websocket技术在监控页面和通信服务器之间建立双向通道，即通信服务器接收到数据、解析后，直接通过通道推送至监控页面，既减少了页面对于数据库的使用频率，也提高了监控的实时性和便捷性。

3.3 运行轨迹控制

在疏浚施工全过程中，运泥船往返于弃土区与挖泥船之间，是系统中唯一的运动单元。为了防止过程中随意倾倒泥浆的现象，系统对运泥船的运行路径及工作区域进行限制、管控。系统设定运泥船工作区域，软件分析船舶实时位置信息，通过两者对比，确定运泥船的工作状态。如果实际位置超出了工作区域，则产生报警信息推送到监控客户端，同时发送提示短消息到监控人员、项目负责人手机。

3.4 节点触发装置

运泥船在单趟运输过程中涉及五个关键节点。通过在运泥船上安装拍照设备，自动触发拍摄相关节点下船仓内状态照片，实现辅助监控。自动触发是指设定挖泥船、卸泥区节点控制区域大小，实现运泥船驶入、驶出该控制区时，自动触发拍摄功能。同时在运输过程中，设定船舶离开装泥区一定时间后（比如半小时、一个小时），再自动触发拍摄一张照片。

3.5 报表统计功能

图2 挖泥船、运泥船及吹泥船之间的松耦合关系

本系统实现自动统计每艘运泥船运输趟数，生成相应报表。根据单艘船运泥数量乘以趟数，可估算疏浚总量。例如，根据统计数量可以估算每日、周、月的疏浚工程量，与进度计划相比，确保在可控范围内。也可以估算航道中某段落的疏浚量或弃土区运泥总量，与施工图纸计算值进行对比，判断该段落是否疏浚到位。

4.小结与展望

苏南运河三级航道整治工程疏浚工程船舶监管系统使用便利,综合效益高，不仅实现对疏浚工程的全方位、全过程的监控，确保施工机械在规定区域内运行，也辅助完成统计、估算等功能。监管系统通过自动化运行，有效地解决了疏浚工程中众多难题，成为了建设单位在工程项目管理中的重要手段。但是该系统仍有改进的地方，比如船舶电源续航能力差，移动网络信号不稳定，容易产生型号漂移等问题。因此，任何设备、任何系统都只是项目管理中的辅助设施，占主导地位的仍是人的因素。作为项目管理人员，勤下工地、多跑现场依然是管理的根本。