基于Web的船型變換系統研究

，，

(1.武漢理工大學 交通學院，武漢 430063；2.臺州市港航管理局 船舶檢驗處，浙江 臺州 318000)

在傳統的船舶設計中，常選取與設計船主要要素相近的優秀實船的型線資料作為母型，并通過船型變換繪制出符合設計船所要求的型線。此方法可以保持優秀母型船的型線特征，對新船的性能比較容易把握[1]。完備的船型數據庫是船舶設計的重要技術支撐。本文在船型綜合數據庫基礎之上,對船型變換系統的功能和流程進行研究,并利用ASP.NET和SQL Server將其開發成為一個基于Web的應用系統。

1 系統總體設計

1.1 系統總體分析

所研究的船型變換系統主要用于船舶概念設計階段。該系統把各種類型的母型船資料(如船舶的類型、主尺度、船型系數、排水量、浮心縱向位置及船的型線圖等)存儲在船型數據庫中。當用戶登錄到該系統，只需輸入設計船的主要設計參數，系統就自動從船型庫中搜索相近的母型船，并將搜索到的母型船資料顯示在用戶客戶端供用戶查看，調用船舶設計軟件Free!ship的船型變換程序進行母型船變換，直至得到滿足設計船要求的型線為止。之后將變換得到的船型資料也存于船型數據庫中，使船型數據庫中的船型不斷增加，使其更加完備。

另一方面,目前進行互聯的計算機數量急劇上升,而硬件設備存在著不兼容的現象,這些現實情況要求開發具有強大功能的跨平臺應用程序,所以把船型變換系統開發為基于Web的網絡應用程序具有一定的實際意義[2]。

1.2 系統功能設計

系統主要具備以下幾個功能。

1)船體分類。系統船體類型信息表儲存了船體類型的基本信息，采用樹狀結構管理船體類型數據，也就是在船體類型之間建立從屬關系。將船體分成集裝箱船、散貨船、油輪、工程船、游艇和其他船舶幾大類，每一大類下面可以再分小類。這樣有利于優化船型數據庫的組織結構，方便系統用戶和管理員對型船數據的使用和管理。

2)船體查詢。系統提供船體查詢功能，用戶只需按要求輸入所要查詢的船體的主要參數，系統自動對船型數據庫中的母型船進行搜索，并將搜索出的最接近的母型船資料以表格的形式直觀地顯示出來，供用戶查看和使用。以載重型船舶為例，當用戶輸入設計船參數后，系統自動根據船舶類型，到系統數據庫中的母型船資料中查找相應的母型船，并計算設計船排水量W和母型船排水量Wi(i=1,2,…，n)差的絕對值ΔWi=|W-Wi|，并將這艘船的船舶ID和ΔWi臨時保存起來。最后比較ΔWi，取|ΔWi|min時的母型船為最后選擇的母型船。如果|ΔWi|min時母型船有多個，則進一步比較航速Vi(i=1,2,…，n)等參數,將得到的綜合性能最好的船舶作為最后的母型船[3]。

3)船型變換。用戶在使用本系統查詢到接近設計船的母型船之后，點擊船型變換按鈕，系統自動調用Free!ship設計軟件的船型變換程序完成對母型船的變換，得到設計船的型線和靜水力特征參數等信息，供用戶下載和保存。該船型變換程序使用Lackenby方法，該方法具有變換功能強，適應性廣，實際效果好等優點。

4)母型船模型瀏覽。在查詢出的母型船信息顯示頁面的“船體模型”下單擊“瀏覽”按鈕，對沒有安裝VRML瀏覽器的用戶，系統會彈出“請下載、安裝BS Contact 瀏覽器插件”的提示，單擊“確定”按鈕，完成瀏覽器插件的安裝，即可在網頁通過鼠標或右鍵快捷菜單對母型船模型進行各種瀏覽操作，包括平移、旋轉、縮放等。

5)船型庫管理。系統管理員可通過此功能來給船型庫添加或修改母型船資料，為新船體指定船體類型、為船體命名、添加備注、添加靜水力特性參數，以及加載船體的預覽圖片和型線圖等文件，此外船型變換后產生的新設計船的船型資料可由系統自動添加到船型庫中，實現船型庫的有效擴充。

6)用戶管理。由于本系統是基于網絡環境的應用程序，因此需要有相應的身份認證功能及用戶管理功能。系統管理員級別的用戶可以添加用戶、修改用戶和刪除用戶，從而實現對系統的管理；而普通用戶的僅限于修改自身密碼等特定權限內的操作。

2 系統功能模塊開發和實現

本船型變換系統的開發基于ASP.NET技術,用Visual Studio 2008作為開發工具,后臺編碼采用C#編程語言,數據庫選用SQL Server 2005。Visual Studio 2008是由微軟公司推出的專門用開發.NET程序的集成開發環境。ASP.NET是服務器端應用程序的熱門開發工具，可被用于開發Web應用程序。其內置的HTML和用戶控件可以供開發者在開發項目中輕松使用。C#是微軟為.NET Framework量身訂做的一種面向對象的編程語言，可在創建ASP.NET應用程序時使用，它具有面向對象編程語言的一切特性。SQL Server 2005是微軟公司開發的數據庫管理系統，具有較強的可管理性、安全性和高可用性[4]。SQL語句可以用來執行各種數據查詢和數據修改操作。

根據對系統的總體分析，本系統劃分為三大功能模塊：數據庫模塊、系統管理模塊、船型變換模塊，這三個模塊通過功能調用相互協作，實現本系統的功能。系統結構見圖1。

圖1 基于Web的船型變換系統結構圖

2.1 數據庫模塊

數據庫設計是建立數據庫及其應用系統的技術，是信息系統開發和建設中的核心技術。只有對數據庫進行合理的邏輯設計和有效的物理設計才能開發出完善而高效的信息系統[5]。

根據系統的功能，創建了系統數據庫，該系統數據庫提供了整個系統所需的所有相關數據，包括母型船所需的母型船資料以及用戶信息等。這些資料歸納起來主要是數據和文本資料，以及少量的文件(如型線圖)信息和圖片信息。系統數據庫主要包括用戶信息表、船體基本信息表、船體主要要素表和船體靜水力特性參數表等，分別存放各種類型的優秀母型船的基本數據、圖片和模型文件。數據庫的訪問接口，采用ODBC數據源+ADO的方式。

2.2 系統管理模塊

系統管理模塊用來實現對整個系統的管理，主要包括船型庫管理和用戶管理。

2.3 船型變換模塊

船型變換模塊的設計，就是通過C#編程調用Free!ship軟件的母型船變換程序，對母型船進行變換，快速得到滿足用戶要求的線型方案。

用戶輸入設計船的類型以及表1中的一種或者幾種設計船參數，以某工程船為例，選擇設計工程船以及輸入設計船排水量2 600 t，系統自動篩選出最接近的優秀母型船(其型線圖見圖2)，再得到變換后的船體，如圖3所示，變換前后的船舶參數見表1。該模塊借助Free!ship的Lackenby船型變換法，通過控制改變表1中的部分船型參數，其他參數相應改變作為補償，在保證船體型線光順性的前提下，自動生成設計船的型線。表1中的船體型線顯示效果與Free!ship軟件的圖形輸出有關。之后還可通過該軟件導出型線圖、型值表、靜水力性能計算等文件供用戶參考和使用。

表1 船舶設計參數

圖2 母型船

3 結論

在船舶初始設計階段，使用本文開發的船型變換系統，通過在船體庫中查詢最接近設計要求的母型船，利用系統的船型變換功能可以將母型船快速地變換為設計者滿意的目標船型。該系統簡便實用，一方面可以充分發揮傳統數據庫系統在存儲和管理船舶數據方面的優勢；另一方面將其開發成基于Web的應用系統，可以實現船舶設計資源共享。

系統的開發在有限的人力物力下完成，還有待進一步完善的地方主要包括①船型變換時需要預先設定設計船船型參數，對參數的選取有較高的要求；②數據庫須在保證數據一致性和準確性的基礎上存儲大量的原始船舶數據資料，才能更好地保證型線方案的有效性。

[1] 顧敏童.船舶設計原理[M].上海:上海交通大學出版社，2007.

[2] 賈 躍，林 焰，紀卓尚.基于Web的船型查詢系統的研究與開發[J].船舶，2005(6):62.

[3] 張進才.基于Web的船舶設計咨詢自助服務系統研究開發[D].武漢:武漢理工大學，2009.

[4] 龍 馬.SQL Serve005數據庫管理與開發[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[5] 薩師煊，王 珊.數據庫系統概論[M].3版.北京:高等出版社，2004.