基于B/S與C/S協同架構的航道整治三維輔助系統設計

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協同架構的航道整治三維輔助系統設計

袁 鵬1，江媛媛1

（1.長江宜昌航道局，湖北 宜昌 443000）

根據航道整治過程中的實際需求，基于B/S與C/S協同架構，結合多波束水下CT實際掃測成果，設計了航道整治三維輔助決策支持系統。在網絡環境下，實現了三維水下地形圖及航道信息的實時更新、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、指揮調度、安全生產預警等提供了有效支撐，實現了保障施工區安全、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，建設長江經濟帶，為中國經濟持續發展提供重要支撐”戰略思想的提出，為了提高內河航運能力，各項航道整治工作已緊鑼密鼓地展開。然而，航道整治難度大，涉及航道設計、維護、施工、海事、水利等眾多部門，保證施工質量與進度的工作量巨大[1]；且施工作業多為水上或臨水作業，作業安全風險極大，尤其是荊江航道通航環境復雜（圖 1），航道整治作業區交通管制將加大區域船舶交通密度，增加了作業難度。

目前，在整治前設計、整治施工和項目驗收等過程中，各方人員還是使用紙質的二維水下地形圖進行參照、對比、指揮和決策。這種方法無法實時提供全面、綜合的水下地形數據參考，且數據表達也不夠直觀，無論是在準確性、實時性，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狀，本文將網絡信息化技術、3DGIS技術與多波束水下CT掃測技術相結合，設計了基于B/S與C/S協同架構的航道整治三維輔助決策支持系統。該系統在網絡環境下，提供了三維水下地形圖及航道信息的實時顯示與更新、3DGIS數據分析、方案三維預覽以及水流、泥沙模型可視化實驗等功能，進一步確保了航道整治工作的順利進行。

1 系統架構

圖1 長江荊江整治某段交工驗收去水深數據后航道地形圖

基于B/S與C/S協同架構的航道整治三維輔助決策支持系統最主要的優勢為能夠在網絡環境下，三維立體顯示水下地形及相關航道信息，在航道整治工程中為不同權限用戶提供與其工作相關的輔助功能。為了確保系統的效率高、性能強、互動效果好以及保障數據安全，本文綜合了B/S與C/S的優勢，根據多波束水下CT快速掃測的三維地形數據，利用Web、VR、3DGIS以及數據融合與挖掘技術，以網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，以解決常規二維紙質水下地形圖存在的問題。同時，利用3DGIS技術為用戶提供了挖方量計算、整治后三維仿真顯示、水流和泥沙模型可視化實驗、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分為基礎支撐層、技術設計層和系統應用層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架構圖

2 關鍵技術及功能

2.1 B/S與C/S協同架構分析

B/S模式是一種以Web技術為基礎的網絡管理信息系統平臺。瀏覽器即客戶端向Web服務器發出服務請求；Web服務器接收請求后與數據庫進行鏈接，并向數據庫服務器提出數據處理請求；數據庫服務器接收數據處理請求，并將數據處理的結果傳送給Web服務器；再由Web服務器傳送給客戶端[2]。C/S模式中客戶端負責管理用戶接口、數據處理和發送請求；服務器負責操作共享數據庫、接收并響應客戶端的請求等。B/S與C/S優缺點分別為[3-4]：

1）B/S模式的拓展性強，只要連接互聯網的計算機均可訪問，系統升級、數據更新時只需更新服務器上相應數據即可。C/S模式可充分利用兩端硬件優勢，將任務合理分配到客戶端和服務器，不會導致服務器承載過重。

2）B/S模式的缺點為數據處理在服務器上集中進行，服務器負荷大，當服務器發生故障時，所有用戶將無法正常使用；且網頁技術、數據承載量等在數據表達方式上有所限制，主要以二維圖片和文字為主。C/S模式的缺點為每個客戶端都需安裝應用程序，不利于推廣應用，且系統升級、功能擴張以及數據更新時各客戶端都需重新安裝與更新。

由于系統涉及三維水下地形圖的實時渲染和數據實時更新，且三維圖形的渲染對計算機的CPU、內存等消耗量大[5-7]。為避免B/S、C/S模式單獨使用的缺陷，發揮兩種模式各自的優勢，本文采用B/S與C/ S協同架構，即在瀏覽器中實現C/S的優化提升，如圖 3所示。該模式無需在每個客戶端手動安裝應用程序，只需訪問Web服務器地址，在打開網頁的同時，瀏覽器會自動安裝渲染引擎軟件。在服務器上對多波束測量的水下三維地形數據進行集中存儲、管理、檢索和傳輸，根據客戶端發送的請求，將檢索的相關數據返回至客戶端，并在客戶端本地進行三維水下地形處理、渲染和顯示。客戶端可對數據進行相應的分析、處理。

圖3 B/S與C/S協同架構圖

2.2 系統功能設計

本系統主要的服務對象包括航道整治方案設計人員、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收人員。針對以上人員的不同需求，系統功能主要包括實時三維場景預覽模塊、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覽模塊、整治方案對比模塊以及水流、泥沙模型可視化實驗模塊等。各模塊的具體功能設計如圖4所示。

圖4 系統功能模塊設計圖

航道實測水深數據在系統中自動生成的水下三維地形圖如圖5所示。系統中通過導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 語

隨著互聯網技術、計算機圖形圖像技術以及GIS技術的飛速發展，建立B/S與C/S協同架構的三維可視化輔助決策支持系統已成必然趨勢。本文所設計的系統在網絡環境下實現了三維水下地形圖及航道信息的實時更新與顯示，并提供了一系列的3DGIS分析功能；同時實現了水流和泥沙模型實驗的可視化，為整治方案設計者提供了設計輔助，為航道整治工作的輔助決策、指揮調度、安全生產預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].水利水運工程學報,2005(1)：1-7

[2] 姜吉婷. 基于B/S與C/S協同架構的高校房產資產綜合管理平臺的設計與實現[D].青島：中國海洋大學,2013：1-20

[3] 李林,趙永峰,劉福義,等.基于C/S+B/S的煤礦地測空間管理信息系統[J].煤炭工程,2008(9)：116-118

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[5] 眭海剛,張安民,萬大斌,等. 三峽航道三維可視化與分析系統的設計與實現 [J].人民長江,2005(11)：8-11

[6] 邱儒瓊,聶小波,張丹,等.基于3DGIS 的城市社會管理平臺解決方案[J].地理空間信息,2015,13(1)：176-179

[7] 謝紅,贠建明.二三維一體化的防汛指揮地理信息系統建設[J].地理空間信息,2013,11(4)：1-3

P208

B

1672-4623（2017）05-0107-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0053.3

袁鵬，高級工程師，研究方向為航道測繪質量管理。

2016-04-11。