基于B/S与C/S协同架构的航道整治三维辅助系统设计

袁 鹏，江媛媛

（1.长江宜昌航道局，湖北 宜昌 443000）

基于B/S与C/S协同架构的航道整治三维辅助系统设计

袁 鹏1，江媛媛1

（1.长江宜昌航道局，湖北 宜昌 443000）

根据航道整治过程中的实际需求，基于B/S与C/S协同架构，结合多波束水下CT实际扫测成果，设计了航道整治三维辅助决策支持系统。在网络环境下，实现了三维水下地形图及航道信息的实时更新、显示，并提供了一系列的3DGIS分析功能，为航道整治工作的辅助决策、指挥调度、安全生产预警等提供了有效支撑，实现了保障施工区安全、畅通的目的。

B/S；C/S；航道整治；三维可视化

随着“依托黄金水道，建设长江经济带，为中国经济持续发展提供重要支撑”战略思想的提出，为了提高内河航运能力，各项航道整治工作已紧锣密鼓地展开。然而，航道整治难度大，涉及航道设计、维护、施工、海事、水利等众多部门，保证施工质量与进度的工作量巨大[1]；且施工作业多为水上或临水作业，作业安全风险极大，尤其是荆江航道通航环境复杂（图 1），航道整治作业区交通管制将加大区域船舶交通密度，增加了作业难度。

目前，在整治前设计、整治施工和项目验收等过程中，各方人员还是使用纸质的二维水下地形图进行参照、对比、指挥和决策。这种方法无法实时提供全面、综合的水下地形数据参考，且数据表达也不够直观，无论是在准确性、实时性，还是在安全性方面都存在一定的弊端。

通过分析航道整治现状，本文将网络信息化技术、3DGIS技术与多波束水下CT扫测技术相结合，设计了基于B/S与C/S协同架构的航道整治三维辅助决策支持系统。该系统在网络环境下，提供了三维水下地形图及航道信息的实时显示与更新、3DGIS数据分析、方案三维预览以及水流、泥沙模型可视化实验等功能，进一步确保了航道整治工作的顺利进行。

1 系统架构

图1 长江荆江整治某段交工验收去水深数据后航道地形图

基于B/S与C/S协同架构的航道整治三维辅助决策支持系统最主要的优势为能够在网络环境下，三维立体显示水下地形及相关航道信息，在航道整治工程中为不同权限用户提供与其工作相关的辅助功能。为了确保系统的效率高、性能强、互动效果好以及保障数据安全，本文综合了B/S与C/S的优势，根据多波束水下CT快速扫测的三维地形数据，利用Web、VR、3DGIS以及数据融合与挖掘技术，以网页形式为用户提供了视觉效果更直观、精度更高的三维水下地形图及航道信息，以解决常规二维纸质水下地形图存在的问题。同时，利用3DGIS技术为用户提供了挖方量计算、整治后三维仿真显示、水流和泥沙模型可视化实验、整治方案对比分析等功能。

通过综合考虑和分析，本文最终将航道整治三维辅助决策支持系统分为基础支撑层、技术设计层和系统应用层3大模块，如图2所示。

图2 航道整治三维辅助决策支持系统架构图

2 关键技术及功能

2.1 B/S与C/S协同架构分析

B/S模式是一种以Web技术为基础的网络管理信息系统平台。浏览器即客户端向Web服务器发出服务请求；Web服务器接收请求后与数据库进行链接，并向数据库服务器提出数据处理请求；数据库服务器接收数据处理请求，并将数据处理的结果传送给Web服务器；再由Web服务器传送给客户端[2]。C/S模式中客户端负责管理用户接口、数据处理和发送请求；服务器负责操作共享数据库、接收并响应客户端的请求等。B/S与C/S优缺点分别为[3-4]：

1）B/S模式的拓展性强，只要连接互联网的计算机均可访问，系统升级、数据更新时只需更新服务器上相应数据即可。C/S模式可充分利用两端硬件优势，将任务合理分配到客户端和服务器，不会导致服务器承载过重。

2）B/S模式的缺点为数据处理在服务器上集中进行，服务器负荷大，当服务器发生故障时，所有用户将无法正常使用；且网页技术、数据承载量等在数据表达方式上有所限制，主要以二维图片和文字为主。C/S模式的缺点为每个客户端都需安装应用程序，不利于推广应用，且系统升级、功能扩张以及数据更新时各客户端都需重新安装与更新。

由于系统涉及三维水下地形图的实时渲染和数据实时更新，且三维图形的渲染对计算机的CPU、内存等消耗量大[5-7]。为避免B/S、C/S模式单独使用的缺陷，发挥两种模式各自的优势，本文采用B/S与C/ S协同架构，即在浏览器中实现C/S的优化提升，如图 3所示。该模式无需在每个客户端手动安装应用程序，只需访问Web服务器地址，在打开网页的同时，浏览器会自动安装渲染引擎软件。在服务器上对多波束测量的水下三维地形数据进行集中存储、管理、检索和传输，根据客户端发送的请求，将检索的相关数据返回至客户端，并在客户端本地进行三维水下地形处理、渲染和显示。客户端可对数据进行相应的分析、处理。

图3 B/S与C/S协同架构图

2.2 系统功能设计

本系统主要的服务对象包括航道整治方案设计人员、航道整治施工人员、航道整治施工管理人员以及航道整治工程验收人员。针对以上人员的不同需求，系统功能主要包括实时三维场景预览模块、三维空间信息查询模块、三维空间分析模块、整治方案三维效果预览模块、整治方案对比模块以及水流、泥沙模型可视化实验模块等。各模块的具体功能设计如图4所示。

图4 系统功能模块设计图

航道实测水深数据在系统中自动生成的水下三维地形图如图5所示。系统中通过导入三维模型演示的历史变迁部分效果如图6所示。

图5 水下三维地形图

3 结 语

随着互联网技术、计算机图形图像技术以及GIS技术的飞速发展，建立B/S与C/S协同架构的三维可视化辅助决策支持系统已成必然趋势。本文所设计的系统在网络环境下实现了三维水下地形图及航道信息的实时更新与显示，并提供了一系列的3DGIS分析功能；同时实现了水流和泥沙模型实验的可视化，为整治方案设计者提供了设计辅助，为航道整治工作的辅助决策、指挥调度、安全生产预警等提供了有效支撑。

图6 历史变迁演示效果

[1] 陈志昌,乐嘉钻.长江口深水航道整治原理[J].水利水运工程学报,2005(1)：1-7

[2] 姜吉婷. 基于B/S与C/S协同架构的高校房产资产综合管理平台的设计与实现[D].青岛：中国海洋大学,2013：1-20

[3] 李林,赵永峰,刘福义,等.基于C/S+B/S的煤矿地测空间管理信息系统[J].煤炭工程,2008(9)：116-118

[4] 朱茵,陆化普,周海淞,等.基于C/S与B/S混合体系结构的智能交通管理信息系统的设计[J].公路交通科技,2005(11)：147-151

[5] 眭海刚,张安民,万大斌,等. 三峡航道三维可视化与分析系统的设计与实现 [J].人民长江,2005(11)：8-11

[6] 邱儒琼,聂小波,张丹,等.基于3DGIS 的城市社会管理平台解决方案[J].地理空间信息,2015,13(1)：176-179

[7] 谢红,贠建明.二三维一体化的防汛指挥地理信息系统建设[J].地理空间信息,2013,11(4)：1-3

P208

B

1672-4623（2017）05-0107-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0053.3

袁鹏，高级工程师，研究方向为航道测绘质量管理。

2016-04-11。