摘要：該文利用物聯(lián)網(wǎng)技術，拓展感知航道的知識，為現(xiàn)代航道服務，在現(xiàn)有電子航道地圖基礎上進行二次開發(fā)，采用基于J2EE規(guī)范的分層架構，利用XML技術和Web　Service技術，實現(xiàn)指揮調(diào)度系統(tǒng)WEB架構的單點登錄、統(tǒng)一用戶管理和認證、數(shù)據(jù)交換等，采用數(shù)據(jù)采集/挖掘技術來構建業(yè)務系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)庫集群技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，采用應用系統(tǒng)適配技術、模擬仿真技術、地理信息技術實現(xiàn)二維及三維電子圖的開發(fā)。

關鍵詞：感知；航道；三維演示

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）31-7597-05

本文研究的目的是想通過在航道兩岸安裝網(wǎng)絡監(jiān)控等智能化系統(tǒng)，可以使管理人員不用上船，就能清楚掌握船舶的航向、航行時間、證照信息、裝載貨種、裝卸碼頭等情況，既減少了管理成本、實現(xiàn)節(jié)能減排，又為船舶正常航行提供了便利。通過感知航道系統(tǒng)的運用，可以有效避免大規(guī)模航堵以及重大水上交通事故的發(fā)生，還能有效提高船戶的運輸效率。這項技術的應用將改變航道維護管理的模式，改善航道的通航條件，提高航道的通航能力，并能為其它港航單位和社會提供航道信息服務，實現(xiàn)“智能航運”奠定堅實的基礎。

1　系統(tǒng)總體設計與研究

“航道感知系統(tǒng)”的基本構架規(guī)劃為6個層次，它們自下而上依次為：

1）最底層的信息網(wǎng)絡基礎設施作為數(shù)據(jù)的傳輸通道和載體；

2）航道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)航道水位、河床、水文、航標等航道維護對象的數(shù)字化；

3）航道基礎數(shù)據(jù)庫負責對上傳的航道基礎數(shù)據(jù)進行整理、匯總和分類；

4）基于航道地理信息（GIS）的基礎平臺，負責對基礎數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行加工，形成航道管理應用系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)。

5）包括航道維護管理信息系統(tǒng)在內(nèi)的各種應用系統(tǒng)。

6）最頂層是對外發(fā)布各種航道信息的綜合服務體系，它包括電子航道圖發(fā)布系統(tǒng)和航道網(wǎng)站。

1.1主要信息采集

數(shù)據(jù)集成與交換平臺：數(shù)據(jù)集成采用E-LT的方式通過數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)的抽取、加載、轉(zhuǎn)換映射，完成從源到目標的數(shù)據(jù)集成與交換。平臺的建設應基于商業(yè)中間件ODI，能圖形化的設計和定義抽取、轉(zhuǎn)換、加載流程，支持CDC機制；共享數(shù)據(jù)庫需要為上層應用提供基礎數(shù)據(jù)，是面向航道管理綜合應用的業(yè)務數(shù)據(jù)源；數(shù)據(jù)集成了監(jiān)控管理工具，它可以向用戶提供基于web的中文界面，同時能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)集成整個過程的監(jiān)控、處理與信息展示。

電子航道圖二次開發(fā)：在現(xiàn)有電子航道地圖基礎上進行二次開發(fā)，完善航道基礎設施及臨、跨、過河設施圖層，建立水位、視頻監(jiān)控、交通量觀測等業(yè)務圖層。

模擬演示：對航道航段進行定向虛擬漫游模擬仿真演示。

船舶交通量分析：結合現(xiàn)有內(nèi)河航道交通量自動觀測系統(tǒng)，拓展交通量分析功能；在電子航道圖上增加交通量可視化功能。

航道斷面分析：建立標準的數(shù)據(jù)格式；根據(jù)現(xiàn)有航道測量設備，提供不同類型的水下航道斷面數(shù)據(jù)接口及轉(zhuǎn)換功能；自動生成一定比例的水下航道斷面圖；實現(xiàn)航道斷面演變對比分析和預警功能。

航道水位分析：收集航道水位資料，分析航道水位變化情況；并在電子航道圖上增加可視化功能；實現(xiàn)自動向管理人員報警，并自動通過信息發(fā)布平臺發(fā)布預警信息。

系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)站集成：新建系統(tǒng)要進行權限用戶等的管理，同時要對所有采集到的數(shù)據(jù)進行保存?zhèn)浞荩乙c門戶網(wǎng)站的集成，增加移動決策的遠程接入功能。

1.2設計思路

本系統(tǒng)的核心為以RAC/ODI和BIEE所構建的統(tǒng)一資源管理平臺，作為指揮調(diào)度系統(tǒng)的應用支撐平臺，其應是一個標準的、統(tǒng)一的后臺管理系統(tǒng)，本次項目將建設在應用支撐平臺基礎上。未來航道各種業(yè)務應用也都可以建立在該平臺之上，保證系統(tǒng)具有很高的安全性、穩(wěn)定性、開放性和充分的可擴展性。該平臺構成各種業(yè)務系統(tǒng)應用的基礎之一，為了保證后續(xù)應用的無障礙連接，該平臺是一個獨立的第三方的商業(yè)中間件平臺，在本次項目中采用ORACLE　10g、ORACLE　RAC、ODI和ORACLE　BIEE數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品和中間件產(chǎn)品。結合其它軟件工具，為航道構建一整套完善的應急指揮平臺，在此基礎上集成政務門戶平臺將作為整個航道信息化的入口和出口，作為其現(xiàn)有的或后續(xù)建設的應用系統(tǒng)的信息發(fā)布、數(shù)據(jù)交換和工作流運轉(zhuǎn)中心，整個系統(tǒng)的設計和實施必需緊密圍繞這一系統(tǒng)目標。

1.3　系統(tǒng)拓撲結構

本項目將采用圖1所示的多層結構體系進行開發(fā)實施，體系架構從上往下依次包含統(tǒng)一門戶平臺、感知航道和其他業(yè)務應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺、系統(tǒng)支撐平臺及政務外網(wǎng)系統(tǒng)等。

系統(tǒng)集成已有門戶系統(tǒng)，實現(xiàn)用戶界面的定制和個性化呈現(xiàn)服務，便捷的內(nèi)容管理機制，靈活簡便的布局調(diào)整，隨意定義和選擇界面風格，支持Portlet和Portal頁面皮膚的打包發(fā)布及權限的管理。

指揮調(diào)度系統(tǒng)在Oracle數(shù)據(jù)中間件平臺基礎上構建，在企業(yè)內(nèi)部，通過基于Oracle融合中間件進行數(shù)據(jù)整合、分析、決策。未來待建的應用系統(tǒng)如人事管理、科研管理等系統(tǒng)都可部署在該層，在已有數(shù)據(jù)集成平臺、安全管理等基礎上進行集成，并通過統(tǒng)一門戶平臺進行發(fā)布。

系統(tǒng)支撐平臺包含用于保存業(yè)務數(shù)據(jù)、流程數(shù)據(jù)的企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于保存系統(tǒng)用戶信息及文件共享的文件服務器。

系統(tǒng)集成接口采用Java的本地接口可實現(xiàn)對其它應用系統(tǒng)的集成，滿足系統(tǒng)基于郵件的代辦事項、通知等信息的發(fā)布。

安全認證利用數(shù)字證書、PKI、對稱加密算法、數(shù)字簽名、數(shù)字信封等加密技術，可以建立起安全程度極高的加解密和身份認證系統(tǒng)，確保電子交易有效、安全地進行，從而使信息除發(fā)送方和接收方外，不被其他方知悉（保密性）；保證傳輸過程中不被篡改（完整性和一致性）；發(fā)送方確信接收方不是假冒的（身份的真實性和不可偽裝性）；發(fā)送方不能否認自己的發(fā)送行為（不可抵賴性）。

指揮調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部服務的設計，采用分層的結構，將界面展現(xiàn)、業(yè)務邏輯和服務層、數(shù)據(jù)層分離，實現(xiàn)組件化、構件化，使得系統(tǒng)各個模塊之間松耦合，以靈活、快速地響應業(yè)務變化對系統(tǒng)的需求（如圖2所示）。

如圖2所示，指揮調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部層次結構劃分為展現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層、服務層和數(shù)據(jù)層，通過各層次系統(tǒng)間服務的承載關系，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

應用框架為內(nèi)網(wǎng)辦公系統(tǒng)提供核心的公共服務功能，包括日志服務、服務加載管理、系統(tǒng)監(jiān)控、流程監(jiān)控、JMX配置管理服務等。

展現(xiàn)層提供一個通用的展現(xiàn)框架，基于MVC的結構，實現(xiàn)應急指揮調(diào)度系統(tǒng)的公文展現(xiàn)、界面展示、界面插接框架等。

業(yè)務邏輯層以構件化、組件化的方式封裝指揮調(diào)度系統(tǒng)的核心功能邏輯，指揮調(diào)度系統(tǒng)的各個功能模塊都以構件化或組件化的方式進行開發(fā)部署。構件化、組件化的形式包括web服務、web應用（war）等。將業(yè)務邏輯層構件化，可以有效的降低應用系統(tǒng)的耦合度。

服務層主要把數(shù)據(jù)服務、集成服務等進行抽象、封裝。使得指揮調(diào)度能夠通過這個公共的服務層訪問工作流、Web　Services等支撐平臺。

將對關系數(shù)據(jù)庫、非結構化文本等的訪問抽象出一個數(shù)據(jù)訪問層，利用O/R映射技術、POJOs技術等，統(tǒng)一訪問指揮調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

集成接口主要是將指揮調(diào)度系統(tǒng)對外的集成工作，抽象出公共的接口。而這個接口的實現(xiàn)就是通過Web　Services來進行的。由于Web　Services平臺是個通用的、平臺化的產(chǎn)品，因此為了適應內(nèi)網(wǎng)辦公系統(tǒng)的需求，還需要再進行封裝一下，形成一個功能集成接口。

2　系統(tǒng)設計

2.1智能航道的數(shù)據(jù)集成與交換平臺

“航道感知”是一個多業(yè)態(tài)，多層次的系統(tǒng)，其應用系統(tǒng)將涉及多方面，出于信息化建設健壯性，靈活性，開放性和柔性要求考慮，同時結合統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施的建設原則，航道構建擬采用面向服務架構（SOA）。通過ETL技術和Web　Service技術搭建企業(yè)應用集成平臺。通過甲骨文ODI、RAC作為整個信息化平臺的數(shù)據(jù)抽取/加載/分析平臺和數(shù)據(jù)可靠傳輸支撐工具。系統(tǒng)實現(xiàn)包括如下五部分內(nèi)容（如圖3所示）：中心標準基礎信息庫，基礎信息管理中心系統(tǒng)，應用集成平臺（共用），各節(jié)點應用管理流程調(diào)整，中心管理系統(tǒng)和節(jié)點交互接口。

2.2　電子航道圖二次開發(fā)

二次開發(fā)能夠?qū)敕螴HO　S-57　V3.0標準的電子航道圖，同時能進行數(shù)據(jù)改正，并生成系統(tǒng)電子航道圖（SENC）（*.sec）。系統(tǒng)設計采用了“航道圖工作區(qū)”的概念，一套系統(tǒng)管理一個工作區(qū)，單幅電子航道圖生成單獨的*.sec文件，一個工作區(qū)由任意多個*.sec文件組成。

2.3　航道的三維模擬演示

三維仿真模擬演示重點河段，主要對重點河段航道沿線兩岸的基礎設施、橋梁、港口、碼頭、錨地以及航道兩側(cè)地標性建筑物、城市道路、城市綠化進行模型建模和仿真模擬，并集成在成熟的三維場景引擎平臺下，可進行漫游、飛行、定線瀏覽等功能操作。在航道GIS系統(tǒng)中，我們需要詳細處理海量的三維航道環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，尤其在不同三維比例下，其顯示的航道環(huán)境的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容是不同的，當然它們處理的復雜程度也有所不同，設計時要充分采用DEM與分層技術，對不同比例尺下的航道的不同景觀，如航道兩邊的建筑、山水、船舶、碼頭等，要選取、處理有關于三維相應的DEM數(shù)據(jù)。

2.4航道斷面分析

2.4.1　航道斷面分析數(shù)據(jù)

航道是凹槽形的，形象的航道的斷面就像個字母U，U形最底部是航道底，也是航道最大小深處，航道水面給U字封上了口。通過測量船、探測儀、人工測量等方法都可以獲得地形及航道的斷面數(shù)據(jù)，一般是通過船載GPS專業(yè)測量設備來實施航道水深測量，或者通過船載多波束儀器來進行航道水深測量。測量過程一般是駕駛測量船沿設定好的斷面線進行施測，GPS設備同時記錄斷面線平面位置及該位置的水深值。然后通過內(nèi)業(yè)處理，繪制航道斷面圖。航道斷面測量數(shù)據(jù)最重要的就是斷面線上x，　y，　z三維空間坐標，通過這些三維坐標點即可實時繪制斷面圖。

航道斷面格式主要有CAD格式、JPG圖形格式（如圖4所示）、數(shù)字描述格式等等。表現(xiàn)方式有線劃法、注記法、填充法、實景法等。實現(xiàn)環(huán)境可以在二維電子航道圖上通過確定斷面線實現(xiàn)，也可以在三維環(huán)境下，通過交互式劃斷面線，實時繪制實景斷面圖。

根據(jù)航道水深數(shù)據(jù)可生成任意位置的航道斷面圖，系統(tǒng)提供兩種斷面繪制模式。一種是通過設置航道里程，在準確里程位置處，系統(tǒng)自動繪制垂直于航道中心線的航道橫斷面圖；或者通過設置航道起訖里程位置，系統(tǒng)自動繪制該河段的縱剖面圖。另一種是交互式繪制方法，用戶可用鼠標在航道任意位置通過兩點劃出一條線段，系統(tǒng)自動繪制該線段處斷面圖，可能是橫斷面，也可能是縱斷面，也可能是航道任意位置的任意斷面。斷面自動繪制效果（所圖5、6所示）

3　結束語

感知航道采用基于J2EE規(guī)范的分層架構，利用XML技術和Web　Service技術，實現(xiàn)系統(tǒng)WEB架構的單點登錄、統(tǒng)一用戶管理和認證、數(shù)據(jù)交換等，采用數(shù)據(jù)采集/挖掘技術構建了業(yè)務系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)庫集群技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，采用應用系統(tǒng)適配技術、模擬仿真技術、地理信息技術實現(xiàn)二維及三維電子圖的開發(fā)。

通過對航道的電子圖的二次開發(fā)，通過分析航道斷面、監(jiān)測航道水位，統(tǒng)計航道交通流量、監(jiān)控整個航道的通航狀況，給出整個通航的運行情況，從而來做出通航的三維演示系統(tǒng)，指揮和調(diào)度整個航運，實現(xiàn)航運的調(diào)度和預警。

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