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        基于B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)的航道整治三維輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2017-07-05 14:19:06江媛媛
        地理空間信息 2017年5期
        關(guān)鍵詞:可視化系統(tǒng)

        袁 鵬,江媛媛

        (1.長江宜昌航道局,湖北 宜昌 443000)

        基于B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)的航道整治三維輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        袁 鵬1,江媛媛1

        (1.長江宜昌航道局,湖北 宜昌 443000)

        根據(jù)航道整治過程中的實(shí)際需求,基于B/S與C/S協(xié)同架構(gòu),結(jié)合多波束水下CT實(shí)際掃測成果,設(shè)計(jì)了航道整治三維輔助決策支持系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)了三維水下地形圖及航道信息的實(shí)時(shí)更新、顯示,并提供了一系列的3DGIS分析功能,為航道整治工作的輔助決策、指揮調(diào)度、安全生產(chǎn)預(yù)警等提供了有效支撐,實(shí)現(xiàn)了保障施工區(qū)安全、暢通的目的。

        B/S;C/S;航道整治;三維可視化

        隨著“依托黃金水道,建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶,為中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供重要支撐”戰(zhàn)略思想的提出,為了提高內(nèi)河航運(yùn)能力,各項(xiàng)航道整治工作已緊鑼密鼓地展開。然而,航道整治難度大,涉及航道設(shè)計(jì)、維護(hù)、施工、海事、水利等眾多部門,保證施工質(zhì)量與進(jìn)度的工作量巨大[1];且施工作業(yè)多為水上或臨水作業(yè),作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)極大,尤其是荊江航道通航環(huán)境復(fù)雜(圖 1),航道整治作業(yè)區(qū)交通管制將加大區(qū)域船舶交通密度,增加了作業(yè)難度。

        目前,在整治前設(shè)計(jì)、整治施工和項(xiàng)目驗(yàn)收等過程中,各方人員還是使用紙質(zhì)的二維水下地形圖進(jìn)行參照、對比、指揮和決策。這種方法無法實(shí)時(shí)提供全面、綜合的水下地形數(shù)據(jù)參考,且數(shù)據(jù)表達(dá)也不夠直觀,無論是在準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性,還是在安全性方面都存在一定的弊端。

        通過分析航道整治現(xiàn)狀,本文將網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)、3DGIS技術(shù)與多波束水下CT掃測技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了基于B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)的航道整治三維輔助決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,提供了三維水下地形圖及航道信息的實(shí)時(shí)顯示與更新、3DGIS數(shù)據(jù)分析、方案三維預(yù)覽以及水流、泥沙模型可視化實(shí)驗(yàn)等功能,進(jìn)一步確保了航道整治工作的順利進(jìn)行。

        1 系統(tǒng)架構(gòu)

        圖1 長江荊江整治某段交工驗(yàn)收去水深數(shù)據(jù)后航道地形圖

        基于B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)的航道整治三維輔助決策支持系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢為能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,三維立體顯示水下地形及相關(guān)航道信息,在航道整治工程中為不同權(quán)限用戶提供與其工作相關(guān)的輔助功能。為了確保系統(tǒng)的效率高、性能強(qiáng)、互動(dòng)效果好以及保障數(shù)據(jù)安全,本文綜合了B/S與C/S的優(yōu)勢,根據(jù)多波束水下CT快速掃測的三維地形數(shù)據(jù),利用Web、VR、3DGIS以及數(shù)據(jù)融合與挖掘技術(shù),以網(wǎng)頁形式為用戶提供了視覺效果更直觀、精度更高的三維水下地形圖及航道信息,以解決常規(guī)二維紙質(zhì)水下地形圖存在的問題。同時(shí),利用3DGIS技術(shù)為用戶提供了挖方量計(jì)算、整治后三維仿真顯示、水流和泥沙模型可視化實(shí)驗(yàn)、整治方案對比分析等功能。

        通過綜合考慮和分析,本文最終將航道整治三維輔助決策支持系統(tǒng)分為基礎(chǔ)支撐層、技術(shù)設(shè)計(jì)層和系統(tǒng)應(yīng)用層3大模塊,如圖2所示。

        圖2 航道整治三維輔助決策支持系統(tǒng)架構(gòu)圖

        2 關(guān)鍵技術(shù)及功能

        2.1 B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)分析

        B/S模式是一種以Web技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)平臺(tái)。瀏覽器即客戶端向Web服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求;Web服務(wù)器接收請求后與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏈接,并向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提出數(shù)據(jù)處理請求;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接收數(shù)據(jù)處理請求,并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果傳送給Web服務(wù)器;再由Web服務(wù)器傳送給客戶端[2]。C/S模式中客戶端負(fù)責(zé)管理用戶接口、數(shù)據(jù)處理和發(fā)送請求;服務(wù)器負(fù)責(zé)操作共享數(shù)據(jù)庫、接收并響應(yīng)客戶端的請求等。B/S與C/S優(yōu)缺點(diǎn)分別為[3-4]:

        1)B/S模式的拓展性強(qiáng),只要連接互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)均可訪問,系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)更新時(shí)只需更新服務(wù)器上相應(yīng)數(shù)據(jù)即可。C/S模式可充分利用兩端硬件優(yōu)勢,將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器,不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器承載過重。

        2)B/S模式的缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器上集中進(jìn)行,服務(wù)器負(fù)荷大,當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),所有用戶將無法正常使用;且網(wǎng)頁技術(shù)、數(shù)據(jù)承載量等在數(shù)據(jù)表達(dá)方式上有所限制,主要以二維圖片和文字為主。C/S模式的缺點(diǎn)為每個(gè)客戶端都需安裝應(yīng)用程序,不利于推廣應(yīng)用,且系統(tǒng)升級、功能擴(kuò)張以及數(shù)據(jù)更新時(shí)各客戶端都需重新安裝與更新。

        由于系統(tǒng)涉及三維水下地形圖的實(shí)時(shí)渲染和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新,且三維圖形的渲染對計(jì)算機(jī)的CPU、內(nèi)存等消耗量大[5-7]。為避免B/S、C/S模式單獨(dú)使用的缺陷,發(fā)揮兩種模式各自的優(yōu)勢,本文采用B/S與C/ S協(xié)同架構(gòu),即在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)C/S的優(yōu)化提升,如圖 3所示。該模式無需在每個(gè)客戶端手動(dòng)安裝應(yīng)用程序,只需訪問Web服務(wù)器地址,在打開網(wǎng)頁的同時(shí),瀏覽器會(huì)自動(dòng)安裝渲染引擎軟件。在服務(wù)器上對多波束測量的水下三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、管理、檢索和傳輸,根據(jù)客戶端發(fā)送的請求,將檢索的相關(guān)數(shù)據(jù)返回至客戶端,并在客戶端本地進(jìn)行三維水下地形處理、渲染和顯示??蛻舳丝蓪?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理。

        圖3 B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)圖

        2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)主要的服務(wù)對象包括航道整治方案設(shè)計(jì)人員、航道整治施工人員、航道整治施工管理人員以及航道整治工程驗(yàn)收人員。針對以上人員的不同需求,系統(tǒng)功能主要包括實(shí)時(shí)三維場景預(yù)覽模塊、三維空間信息查詢模塊、三維空間分析模塊、整治方案三維效果預(yù)覽模塊、整治方案對比模塊以及水流、泥沙模型可視化實(shí)驗(yàn)?zāi)K等。各模塊的具體功能設(shè)計(jì)如圖4所示。

        圖4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖

        航道實(shí)測水深數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中自動(dòng)生成的水下三維地形圖如圖5所示。系統(tǒng)中通過導(dǎo)入三維模型演示的歷史變遷部分效果如圖6所示。

        圖5 水下三維地形圖

        3 結(jié) 語

        隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)以及GIS技術(shù)的飛速發(fā)展,建立B/S與C/S協(xié)同架構(gòu)的三維可視化輔助決策支持系統(tǒng)已成必然趨勢。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了三維水下地形圖及航道信息的實(shí)時(shí)更新與顯示,并提供了一系列的3DGIS分析功能;同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水流和泥沙模型實(shí)驗(yàn)的可視化,為整治方案設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)輔助,為航道整治工作的輔助決策、指揮調(diào)度、安全生產(chǎn)預(yù)警等提供了有效支撐。

        圖6 歷史變遷演示效果

        [1] 陳志昌,樂嘉鉆.長江口深水航道整治原理[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2005(1):1-7

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        P208

        B

        1672-4623(2017)05-0107-03

        10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0053.3

        袁鵬,高級工程師,研究方向?yàn)楹降罍y繪質(zhì)量管理。

        2016-04-11。

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