海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)的開發(fā)

摘 要： 針對海上溢油事故的頻繁發(fā)生以及給海洋環(huán)境帶來的巨大損失，搭建了基于ASP.NET海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式，通過Ajax技術(shù)，實現(xiàn)服務(wù)器端與瀏覽器端的異步傳輸，提高網(wǎng)頁響應(yīng)速度。其WebGIS地圖服務(wù)由柵格地圖技術(shù)與矢量可標(biāo)記語言（VML）結(jié)合實現(xiàn)，彌補了單純柵格地圖表達(dá)力不足的情況。當(dāng)出現(xiàn)溢油事故時，系統(tǒng)可迅速對溢油事件進(jìn)行預(yù)測模擬，并將溢油的漂移擴散情況可視化，直觀方便，為發(fā)現(xiàn)溢油后做出緊急決策提供支持。該系統(tǒng)的應(yīng)用解決了海上溢油搜索發(fā)現(xiàn)困難的情況，可以更好地控制溢油給海洋環(huán)境帶來的危害。

關(guān)鍵詞： 溢油預(yù)測； ASP.NET； B/S； 地圖服務(wù)

中圖分類號： TN919?34； TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）04?0050?03

通過發(fā)生的大大小小溢油事件來看，溢油對于海洋環(huán)境的破壞以及對財產(chǎn)損失都非常巨大。現(xiàn)在不僅要對溢油采取提前的預(yù)防措施，更要在事件后采取強有力的補救措施。所以，對于海上溢油系統(tǒng)的開發(fā)就成為了一個研究的課題。本文主要研究了利用ASP.NET技術(shù)構(gòu)海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)，采用了瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式，遠(yuǎn)程用戶可以通過瀏覽器訪問網(wǎng)站，來預(yù)測或查詢溢油信息，相對于大多數(shù)采用的客戶端/服務(wù)器（C/S）模式來說，具有便于維護(hù)、易于管理、使用范圍廣等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)設(shè)計

海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)主要目標(biāo)：

（1） 對于溢油信息實行存儲與管理。

（2） 直觀的對溢油預(yù)測圖像信息進(jìn)行展示與演示。

（3） 具有較強的操作性，適用于大多數(shù)人。

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

海上溢油系統(tǒng)在Microsoft Visual Studio 2008進(jìn)行集成開發(fā)，基于ASP.NET技術(shù)[1]，采用B/S三層架構(gòu)，包含客戶端瀏覽器、服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫3部分[2]。客戶端由JavaScript實現(xiàn)部分事物邏輯；服務(wù)器端由C#實現(xiàn)主要事物邏輯。數(shù)據(jù)庫則采用SQL Server 2008存儲數(shù)據(jù)信息。

1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫的搭建對于海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)具有十分重要的作用。該系統(tǒng)使用的是SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫，它具有可信任、高效、智能等特點。通過使用ADO.NET技術(shù)訪問數(shù)據(jù)[3?4]，數(shù)據(jù)庫無需一直鏈接，可以在緩存中查看、修改、刪除數(shù)據(jù)，程序可使用更少的資源，節(jié)省時間，且提高了性能與協(xié)調(diào)力。圖1主要展示ADO. NET的5個對象以及之間的聯(lián)系。Connection對象負(fù)責(zé)鏈接數(shù)據(jù)庫，Command對象負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行命令，DataReader對象用于從數(shù)據(jù)源中檢索只讀數(shù)據(jù)集，DataAdapter對象負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系，DataSet對象用于存儲臨時數(shù)據(jù)表。

1.3 地圖設(shè)計

該系統(tǒng)采用柵格地圖技術(shù)與矢量可標(biāo)記語言（VML）[5]的融合來實現(xiàn)網(wǎng)站地圖服務(wù)。柵格地圖是將地圖按照縮放級別進(jìn)行切割并將同一比例的組織在一起，以gif形式存放在服務(wù)器中。在瀏覽器端查看地圖時，客戶端需先計算切片數(shù)量與序號，服務(wù)器僅將需要的圖片傳遞過去，再拼接成一體顯示。客戶端運用JavaScript和Ajax與服務(wù)器交互，使得用戶在拖動時感覺不出拼接，且極大降低服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，響應(yīng)速度較快。

與VML的結(jié)合使得地圖的功能得到增強，且VML無需與服務(wù)器進(jìn)行交互，提高了效率。測距和測面積的實現(xiàn)依賴于VML與JavaScript交互。使用VML時，需將VML容器加入到HTML對象中，以下為具體實現(xiàn)：

2 系統(tǒng)主要功能

海上溢油系統(tǒng)主要功能為：

（1） 記錄查詢

選擇起始時間與結(jié)束時間，以時間為條件檢索記錄，默認(rèn)顯示30天內(nèi)的溢油記錄。

（2） 溢油預(yù)測

溢油預(yù)測包括預(yù)測模型、預(yù)測條件、預(yù)測結(jié)果三方面。預(yù)測模型分為單點模型、單點持續(xù)模型、管道模型與管道持續(xù)以及大面積模型。 預(yù)測條件包括溢油時間、溢油地點、持續(xù)時間、油的種類、溢油數(shù)量以及油粒子數(shù)，持續(xù)模式還包含連續(xù)溢油時間以及單位時間溢油量，如圖2所示。預(yù)測結(jié)果分為溢油軌跡、擴散范圍、油膜濃度，能夠以動畫形式連續(xù)播放油粒子運動軌跡，更加直觀地展示溢油隨時間的變化情況。油膜面積、掃海面積及剩余油量以時間過程曲線圖展現(xiàn)。

（3） 地圖功能

其功能包括放大、縮小地圖，地圖漫游，距離測量與面積測量，其中縮放有12個級別。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Ajax技術(shù)

Ajax即異步JavaScript及XML，在瀏覽器向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)時，不再需要傳遞整個頁面，而是將少量的請求數(shù)據(jù)傳遞給瀏覽器，使網(wǎng)絡(luò)更流暢[6?7]。AjaxPro是.NET平臺下的一個回調(diào)式Ajax框架，系統(tǒng)調(diào)用此框架來實現(xiàn)異步傳輸?shù)墓δ堋Ｅ渲脀eb.config文件代碼為：

使用時需先注冊，在C#調(diào)用方法前需加上[AjaxPro.AjaxMethod]，方能實現(xiàn)異步傳輸。

3.2 C#和Fortran混合編程

C#與Fortran的混合編程[8]，利用C#實現(xiàn)可視化效果，用FORTRAN編寫的過程進(jìn)行所有的計算工作。在程序中，必須以C#為主程序來調(diào)用FORTRAN程序。實現(xiàn)混合編程的關(guān)鍵就是將FORTRAN計算程序編譯為動態(tài)鏈接（dll），而后在C#中調(diào)用此動態(tài)鏈接庫。

通過C#中的委托來調(diào)用封裝好的dll，步驟為：

（1） 聲明委托：

public delegate void DllFunction（）；

（2） 加載dll：

DllInvoke dll = new DllInvoke（dllPath， dllName）；

（3） 獲取相應(yīng)的委托實例：

DllFunction function = （DllFunction）dll.Invoke（\"OILSPILL\"， typeof（DllFunction））；

（4） 調(diào)用函數(shù)：

function（）；

（5） 釋放dll：

FreeLibrary（_hLib）；

Fortran編寫的程序中要注意必須有以下兩句：

！ FUNCTIONS/SUBROUTINES exported from OILSPILL.dll：

！OILSPILL ? subroutine

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

用戶通過瀏覽器登錄海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)，選擇溢油時間、地點等相關(guān)參數(shù)，點擊“開始預(yù)測”按鈕，系統(tǒng)前端將以json形式通過Ajax技術(shù)將溢油參數(shù)傳給服務(wù)器端，服務(wù)器端通過調(diào)用由fortran編寫的動態(tài)鏈接庫（dll）對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，預(yù)測結(jié)果以文本形式和nc文件形式保存在相應(yīng)文件夾中，溢油參數(shù)通過ado.net技術(shù)寫入sql數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器端將溢油結(jié)果畫圖并生成圖片傳到前端瀏覽器，流程圖如圖3所示。

系統(tǒng)所需的風(fēng)場和流場數(shù)據(jù)于每天8點會自動上傳到服務(wù)器中，其數(shù)據(jù)位包括當(dāng)天在內(nèi)的未來3天的預(yù)測值，一旦溢油發(fā)生，可隨時投入計算。

下面是模擬2014年9月20日4點30分發(fā)生的溢油事件，其模式為管道持續(xù)，溢油起始坐標(biāo)為119.056 4°E，23.819 91°N，結(jié)束坐標(biāo)為119.070 7°E， 23.818 07°N；粒子數(shù)為1 000，持續(xù)溢油時間5 h，單位溢油量是4 t/h，追蹤時間為20 h，間隔為1 h，圖4為第7個小時的溢油結(jié)果。

5 結(jié) 語

海上溢油應(yīng)急系統(tǒng)實現(xiàn)對發(fā)現(xiàn)溢油事件的油膜漂移及軌跡的及時準(zhǔn)確的預(yù)報，為發(fā)現(xiàn)溢油后做緊急決策提供強有力的支持。將柵格地圖和VML結(jié)合的地圖服務(wù)與溢油模型進(jìn)行結(jié)合，使地圖相響效率得到提高，且地圖功能得到增強。

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