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

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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。