海顯勛

(青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海西寧810003)

信息化背景下船舶災(zāi)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

海顯勛

(青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海西寧810003)

摘要:基于GIS的災(zāi)控系統(tǒng)通常用來(lái)應(yīng)對(duì)海嘯、洪水、地震等突發(fā)災(zāi)難，為用戶提供及時(shí)的災(zāi)難預(yù)警信息和災(zāi)難發(fā)生的實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)告，從而為采取逃生和應(yīng)對(duì)措施贏得時(shí)間，同時(shí)為災(zāi)后重建和搜救提供依據(jù)。在本文中，我們利用GIS和Web服務(wù)，構(gòu)建了一種自動(dòng)化的船舶災(zāi)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括3種主要服務(wù)，并且集成了GIS與AJAX技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與電子地圖的無(wú)縫結(jié)合，相比與傳統(tǒng)的方法，使用AJAX技術(shù)能夠極大地提高空間數(shù)據(jù)的加載效率。最后，本文設(shè)計(jì)了原型系統(tǒng)，并通過(guò)實(shí)用證明本文提出的方案具有較好的可行性。

關(guān)鍵詞:船舶災(zāi)控;地理信息系統(tǒng); Web服務(wù)

Research and implementation of ship disaster management system in the informatization background

HAI Xian-xun
(Qinghai Communications Technical College，Xining 810003，China)

Abstract:Disaster management system based on GIS is often used to deal with the tsunami，floods，earthquakes and other sudden disasters，providing users with timely disaster early warning information and real-time status report of the disaster，which can be used to escape and take measures to deal with for users．At the same time it provides the basis for post－disaster reconstruction，search and rescue．In this article，we use GIS and Web services，to build an automated disaster control system of the ship．The system includes three main services，and the integration of GIS with AJAX technology，to realize the seamless combination of spatial data and electronic maps．Compared with the traditional methods，using AJAX technology can greatly improve the loading efficiency of spatial data．Finally，this paper designed a prototype system．And through the practical，it can be proved that the proposed scheme has good feasibility．

Key words:ship disaster management; GIS;Web service

0　引言

近年來(lái)隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，船舶災(zāi)難事件的發(fā)生次數(shù)也呈逐年上升趨勢(shì)。眾所周知，海上的航行條件較為惡劣，經(jīng)常會(huì)遇到臺(tái)風(fēng)、浪涌、漩渦、海嘯等惡劣水文或天氣情況，對(duì)于噸位較小的船舶來(lái)說(shuō)，常常會(huì)導(dǎo)致船體損壞，甚至傾覆，造成不可挽回的人員和財(cái)產(chǎn)損失。另一方面，在目前的運(yùn)輸船舶中，其運(yùn)輸?shù)呢浳锿鶗?huì)存在原油、易燃化學(xué)品、有毒氣體或液體等有害物質(zhì)，這些船舶一旦由于故障或其他原因造成貨物泄漏或船舶火災(zāi)，那么將會(huì)對(duì)船舶、船員以及周邊海域造成無(wú)法挽回的傷害和污染，具有極大的危害性，例如，2005年的殼牌原油海洋泄漏事件，其泄漏的原油造成了太平洋海域大范圍的水體污染，其惡劣影響直到十年后的今天，依然困擾著附近海域的漁民和動(dòng)植物。

因此，為了避免海洋災(zāi)難對(duì)于出船舶和自然環(huán)境的損害，各國(guó)政府以及各航運(yùn)公司等相關(guān)企業(yè)繼續(xù)一

種有效的海上船舶災(zāi)控系統(tǒng)，一方面能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控船舶和周邊海域的實(shí)時(shí)狀態(tài)，在災(zāi)難發(fā)生之前發(fā)出預(yù)警，為應(yīng)對(duì)和預(yù)防災(zāi)難提供寶貴的時(shí)間;另一方面，能夠?qū)崟r(shí)地報(bào)告災(zāi)難發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間、影響范圍等，給之后進(jìn)行的減災(zāi)和救援工作提供支持。

傳統(tǒng)的海上災(zāi)控系統(tǒng)主要依賴于人工，需要通過(guò)通信設(shè)備向相應(yīng)的管理中心進(jìn)行報(bào)告，然后由具體的負(fù)責(zé)人員進(jìn)行判斷和分析，并進(jìn)一步給予下一步的指導(dǎo)意見(jiàn)。但是，海上災(zāi)難的發(fā)生往往具有一定的隱蔽性和快速性，例如船舶火災(zāi)的發(fā)生，當(dāng)人員發(fā)現(xiàn)明火時(shí)，往往已經(jīng)難以控制火勢(shì)，因而需要在更早的階段發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的趨勢(shì)。同時(shí)，海上的通信條件較差，當(dāng)船舶遇到災(zāi)難時(shí)，往往無(wú)法與外界取得聯(lián)絡(luò)，無(wú)法及時(shí)地報(bào)告災(zāi)難發(fā)生的狀態(tài)，從而導(dǎo)致后續(xù)的減災(zāi)工作難以取得良好的效果［1－3］。

本文提出一種基于WEB－GIS的船舶災(zāi)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將Web服務(wù)和GIS進(jìn)行集成，利用AJAX技術(shù)支持地理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞與展示，能夠通過(guò)GIS實(shí)時(shí)地進(jìn)行災(zāi)難的預(yù)警和監(jiān)控，具有較為快速的反應(yīng)能力和實(shí)時(shí)的監(jiān)控能力。

1　關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1GIS Web服務(wù)

根據(jù)開(kāi)放地理組織(Open Geographical Consortium，OGC)的建議，GIS－Web服務(wù)應(yīng)當(dāng)包含3種基本的服務(wù):網(wǎng)頁(yè)地圖服務(wù)(Web Map Service，WMS)、網(wǎng)頁(yè)特性服務(wù)(Web Feature Service，WFS)和網(wǎng)頁(yè)覆蓋服務(wù)(Web Coverage Service，WCS)。其中WMS主要用于在瀏覽器上，生成可視化的地圖應(yīng)用; WFS主要用于將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為GML (Geographical Markup Language)格式，以便于用戶使用Web訪問(wèn); WCS主要用戶處理GIS數(shù)據(jù)流。其中Google地圖可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)WCS和WMS的功能［4－5］。

1.2AJAX技術(shù)

AJAX是一個(gè)包含了多種Web技術(shù)的集合，其能夠在不影響當(dāng)前Web頁(yè)面表示的前提下，在后臺(tái)中完成Web應(yīng)用與服務(wù)器的交互過(guò)程。以下技術(shù)均包含在AJAX中: 1) HTML、XHTML和CSS等網(wǎng)頁(yè)表示技術(shù); 2)文件對(duì)象模型(Document Object Model，DOM)技術(shù); 3)用于表示數(shù)據(jù)語(yǔ)義的XML和用于控制的XSLT; 4) JavaScript編程語(yǔ)言。

由于JavaScript具有較好的可移植性和通用性，因此成為了當(dāng)前最流行的AJAX編程語(yǔ)言。由于在交互過(guò)程中，AJAX僅僅刷新一部分Web頁(yè)面，因此相比于傳統(tǒng)的Web技術(shù)，其運(yùn)行速度更快，提高了用戶體驗(yàn)。

1.3災(zāi)控系統(tǒng)

本文工作的主要目標(biāo)在于開(kāi)發(fā)一種大型的地理信息系統(tǒng)，能夠提供災(zāi)難預(yù)警服務(wù)，以及醫(yī)療、消防等災(zāi)控服務(wù)。利用Web技術(shù)，本文將災(zāi)控服務(wù)功能與GIS和電子地圖相結(jié)合，使得用戶能夠通過(guò)圖形化的Web界面監(jiān)控各種災(zāi)難的狀態(tài)，同時(shí)能夠知道系統(tǒng)進(jìn)行半自動(dòng)化地實(shí)時(shí)響應(yīng)。災(zāi)控系統(tǒng)的具體工作流程如圖1所示。WMS和WFS用來(lái)確定方位，并在電子地圖上表示地理信息。

圖1　災(zāi)控系統(tǒng)工作步驟圖Fig.1 The workflow of disaster management system

1.4Google地圖

Google地圖能夠提供高分辨的衛(wèi)星地圖，同時(shí)結(jié)合了通用的交通地圖和圖示等。Google地圖提供了一種地圖應(yīng)用，采用JavaScript進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，能夠使得用戶在不需要重新加載頁(yè)面的前提下，完成對(duì)地圖圖片的縮小、擴(kuò)大，以及拖拽等功能。當(dāng)用戶拖拽地圖時(shí)，地圖圖片將從服務(wù)器中下載，并填充到新出現(xiàn)的地圖網(wǎng)格中。同時(shí)，利用Google地圖提供的多種工具，還可以實(shí)現(xiàn)更多樣的功能，例如圖釘工具能夠在電子地圖上進(jìn)行精確的定位，并顯示具體的位置信息。Google地圖提供了一系列用于開(kāi)發(fā)的API，通過(guò)使用這些API，能夠?qū)oogle地圖應(yīng)用嵌入到Web網(wǎng)站中。

一旦地圖加載完成，用戶可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的地圖縮放，精確的定位，地理導(dǎo)航等操作。將AJAX、GIS與Google地圖，可以使得用戶通過(guò)功能更加強(qiáng)大的操作界面實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的指令和功能，此時(shí)Google地圖主要實(shí)現(xiàn)的是WCS和WFS。

2　災(zāi)控系統(tǒng)框架

災(zāi)控系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶或海洋某個(gè)區(qū)域中的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并對(duì)某些特定特征進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生

異常時(shí)及時(shí)給出預(yù)警，并根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的等級(jí)和范圍等，自動(dòng)化地觸發(fā)相應(yīng)的服務(wù)，如消防、報(bào)警、醫(yī)療求助等。

從圖1可知，本文設(shè)計(jì)的災(zāi)控系統(tǒng)采用B/S的實(shí)現(xiàn)方式，其中服務(wù)器可以放置于船舶上，也可以采用岸基服務(wù)器提供服務(wù)。用戶通過(guò)Web頁(yè)面與系統(tǒng)進(jìn)行交互。通過(guò)用戶界面，用戶可以提出多種需求，包括查看船舶當(dāng)前的狀態(tài)，貨物的狀態(tài)，空氣中某些物質(zhì)的含量，當(dāng)前的地理位置，水文信息等。在請(qǐng)求處理與模糊決策系統(tǒng)中，對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行處理，采用語(yǔ)義匹配的方法，確定調(diào)用哪些具體的應(yīng)用和功能模塊，來(lái)滿足用戶的需求。然后，訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器，調(diào)用合適的應(yīng)用，通過(guò)訪問(wèn)本地或遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)，采集用戶所需要的信息，并向用戶呈現(xiàn)。

同時(shí)，系統(tǒng)中還存在多種實(shí)時(shí)應(yīng)用，例如火災(zāi)監(jiān)控、風(fēng)暴監(jiān)控、危險(xiǎn)品泄漏監(jiān)控等應(yīng)用，一旦這些應(yīng)用發(fā)現(xiàn)異常，則通過(guò)請(qǐng)求處理與模糊決策系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化的響應(yīng)，通過(guò)UDDI接口，調(diào)用本地或遠(yuǎn)程的多種服務(wù)來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)前的異常情況或?yàn)?zāi)難，例如當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶某區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，則觸發(fā)消防服務(wù)，啟動(dòng)船舶的滅火裝置和逃生裝置等;當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶危險(xiǎn)品泄漏時(shí)，則觸發(fā)報(bào)警服務(wù)，一方面記錄泄漏的位置并向控制中心報(bào)告，另一方面啟動(dòng)相應(yīng)的泄漏防止措施，阻止災(zāi)難進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大。災(zāi)控系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

圖2　災(zāi)控系統(tǒng)流程圖Fig.2 The flowchart of disaster management system

3　AJAX技術(shù)與災(zāi)控系統(tǒng)的集成

圖3　AJAX與GIS網(wǎng)頁(yè)服務(wù)集成Fig.3 GIS－Web service intergration with AJAX

其中各個(gè)模塊的主要功能如下:

1)瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送以JavaScript或XML格式表示的異步請(qǐng)求，請(qǐng)求的內(nèi)容可以是空間信息或電子地圖信息等;

2) GIS服務(wù)器對(duì)瀏覽器提出的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，然而該響應(yīng)消息無(wú)法直接進(jìn)行呈現(xiàn)，因此，網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器負(fù)責(zé)將GIS服務(wù)器的響應(yīng)消息或文件，轉(zhuǎn)化為能夠進(jìn)行呈現(xiàn)的格式;

3) GIS應(yīng)用服務(wù)器的主要功能是，接收來(lái)自Web服務(wù)器的請(qǐng)求，并且與數(shù)據(jù)層次交互，讀取所需的文件或數(shù)據(jù)庫(kù)，最終將處理后的結(jié)果，以XML形式返回Web服務(wù)器;

4)數(shù)據(jù)層次包含了GIS文件以及多種數(shù)據(jù)庫(kù)，其中存有多個(gè)MySQL數(shù)據(jù)表，用來(lái)存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)，該層次直接與GIS服務(wù)器進(jìn)行交互。

XMLHTTPReques對(duì)象是AJAX的核心構(gòu)件，其能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)腳本引擎的接口，使得腳本語(yǔ)言能夠?qū)崿F(xiàn)HTTP客戶端的各種功能，如提交格式化的數(shù)據(jù)或從服務(wù)器中加載數(shù)據(jù)等，當(dāng)前使用的主流瀏覽器均支持XMLHTTPRequest對(duì)象。將AJAX技術(shù)與GIS網(wǎng)頁(yè)服務(wù)相結(jié)合的主要優(yōu)勢(shì)在于，利用AJAX能夠方便地使用Google地圖，以及實(shí)現(xiàn)與Google地圖各項(xiàng)功能的互操作。

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)本文中的設(shè)計(jì)與介紹，我們通過(guò)集成

AJAX技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于WEB－GIS的船舶災(zāi)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用PHP和多種支持工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用PHP 5.0版本中的本地SOAP library創(chuàng)建和開(kāi)發(fā)了SOAP服務(wù)器，該服務(wù)器中包含了3種注冊(cè)的服務(wù)以供使用，即報(bào)警服務(wù)，消防服務(wù)和逃生服務(wù)。服務(wù)器能夠自動(dòng)處理用戶的請(qǐng)求，發(fā)送相應(yīng)的回復(fù)，并顯示所需的數(shù)據(jù)。

由于本系統(tǒng)中采用Web服務(wù)作為服務(wù)的調(diào)用方式，因此用戶請(qǐng)求和響應(yīng)均采用XML格式表示。各種請(qǐng)求中可能包含了對(duì)應(yīng)服務(wù)的服務(wù)描述信息，采用WSDL與SOAP服務(wù)器進(jìn)行交互。

WSDL定義了服務(wù)的名字、綁定方式、URN全局資源名空間、輸入/輸出參數(shù)等。以報(bào)警服務(wù)為例，其資源被定義為URN ChnEmergency，其調(diào)用類(lèi)型為RPC (Remote Procedure Call)，其輸入?yún)?shù)為浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類(lèi)型的“l(fā)at”和“l(fā)on”，分別指示用戶所在的經(jīng)緯度。其輸出參數(shù)為服務(wù)恢復(fù)的字符串?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型，包含了如WFS等信息。最后，WSDL的輸出將被SOAP客戶端用來(lái)觸發(fā)Web服務(wù)器提供的多種服務(wù)。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)監(jiān)測(cè)到某種事件的發(fā)生時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)告，在如圖4中的系統(tǒng)報(bào)告界面中顯示，包含了事件發(fā)生的類(lèi)型，調(diào)用的服務(wù)類(lèi)型，災(zāi)難的位置，災(zāi)難的描述等，然后將該報(bào)告發(fā)送給遠(yuǎn)程的控制中心等。

圖4　災(zāi)控系統(tǒng)報(bào)告界面Fig.4　The report interface of disaster management system

5　結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)海洋和船舶事故的頻繁發(fā)生，船舶災(zāi)控系統(tǒng)逐漸成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。本文通過(guò)對(duì)船舶災(zāi)控系統(tǒng)需求的深入研究，設(shè)計(jì)了一種基于WEB－GIS的船舶災(zāi)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用成熟的Web服務(wù)和GIS技術(shù)等，結(jié)合AJAX技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的災(zāi)難監(jiān)控和反應(yīng)系統(tǒng)，具有實(shí)現(xiàn)和部署簡(jiǎn)單，運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)小及使用方便等特點(diǎn)。由于當(dāng)前還未有較為成熟的船舶災(zāi)控系統(tǒng)問(wèn)世，因此本文提出的方法具有較高的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介:海顯勛(1967－)，女，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。

收稿日期:2014－11－17;修回日期: 2014－12－08

文章編號(hào):1672－7649(2015) 07－0172－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.040

中圖分類(lèi)號(hào):TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A