基于Web的船型变换系统研究

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(1.武汉理工大学 交通学院，武汉 430063；2.台州市港航管理局 船舶检验处，浙江 台州 318000)

在传统的船舶设计中，常选取与设计船主要要素相近的优秀实船的型线资料作为母型，并通过船型变换绘制出符合设计船所要求的型线。此方法可以保持优秀母型船的型线特征，对新船的性能比较容易把握[1]。完备的船型数据库是船舶设计的重要技术支撑。本文在船型综合数据库基础之上,对船型变换系统的功能和流程进行研究,并利用ASP.NET和SQL Server将其开发成为一个基于Web的应用系统。

1 系统总体设计

1.1 系统总体分析

所研究的船型变换系统主要用于船舶概念设计阶段。该系统把各种类型的母型船资料(如船舶的类型、主尺度、船型系数、排水量、浮心纵向位置及船的型线图等)存储在船型数据库中。当用户登录到该系统，只需输入设计船的主要设计参数，系统就自动从船型库中搜索相近的母型船，并将搜索到的母型船资料显示在用户客户端供用户查看，调用船舶设计软件Free!ship的船型变换程序进行母型船变换，直至得到满足设计船要求的型线为止。之后将变换得到的船型资料也存于船型数据库中，使船型数据库中的船型不断增加，使其更加完备。

另一方面,目前进行互联的计算机数量急剧上升,而硬件设备存在着不兼容的现象,这些现实情况要求开发具有强大功能的跨平台应用程序,所以把船型变换系统开发为基于Web的网络应用程序具有一定的实际意义[2]。

1.2 系统功能设计

系统主要具备以下几个功能。

1)船体分类。系统船体类型信息表储存了船体类型的基本信息，采用树状结构管理船体类型数据，也就是在船体类型之间建立从属关系。将船体分成集装箱船、散货船、油轮、工程船、游艇和其他船舶几大类，每一大类下面可以再分小类。这样有利于优化船型数据库的组织结构，方便系统用户和管理员对型船数据的使用和管理。

2)船体查询。系统提供船体查询功能，用户只需按要求输入所要查询的船体的主要参数，系统自动对船型数据库中的母型船进行搜索，并将搜索出的最接近的母型船资料以表格的形式直观地显示出来，供用户查看和使用。以载重型船舶为例，当用户输入设计船参数后，系统自动根据船舶类型，到系统数据库中的母型船资料中查找相应的母型船，并计算设计船排水量W和母型船排水量Wi(i=1,2,…，n)差的绝对值ΔWi=|W-Wi|，并将这艘船的船舶ID和ΔWi临时保存起来。最后比较ΔWi，取|ΔWi|min时的母型船为最后选择的母型船。如果|ΔWi|min时母型船有多个，则进一步比较航速Vi(i=1,2,…，n)等参数,将得到的综合性能最好的船舶作为最后的母型船[3]。

3)船型变换。用户在使用本系统查询到接近设计船的母型船之后，点击船型变换按钮，系统自动调用Free!ship设计软件的船型变换程序完成对母型船的变换，得到设计船的型线和静水力特征参数等信息，供用户下载和保存。该船型变换程序使用Lackenby方法，该方法具有变换功能强，适应性广，实际效果好等优点。

4)母型船模型浏览。在查询出的母型船信息显示页面的“船体模型”下单击“浏览”按钮，对没有安装VRML浏览器的用户，系统会弹出“请下载、安装BS Contact 浏览器插件”的提示，单击“确定”按钮，完成浏览器插件的安装，即可在网页通过鼠标或右键快捷菜单对母型船模型进行各种浏览操作，包括平移、旋转、缩放等。

5)船型库管理。系统管理员可通过此功能来给船型库添加或修改母型船资料，为新船体指定船体类型、为船体命名、添加备注、添加静水力特性参数，以及加载船体的预览图片和型线图等文件，此外船型变换后产生的新设计船的船型资料可由系统自动添加到船型库中，实现船型库的有效扩充。

6)用户管理。由于本系统是基于网络环境的应用程序，因此需要有相应的身份认证功能及用户管理功能。系统管理员级别的用户可以添加用户、修改用户和删除用户，从而实现对系统的管理；而普通用户的仅限于修改自身密码等特定权限内的操作。

2 系统功能模块开发和实现

本船型变换系统的开发基于ASP.NET技术,用Visual Studio 2008作为开发工具,后台编码采用C#编程语言,数据库选用SQL Server 2005。Visual Studio 2008是由微软公司推出的专门用开发.NET程序的集成开发环境。ASP.NET是服务器端应用程序的热门开发工具，可被用于开发Web应用程序。其内置的HTML和用户控件可以供开发者在开发项目中轻松使用。C#是微软为.NET Framework量身订做的一种面向对象的编程语言，可在创建ASP.NET应用程序时使用，它具有面向对象编程语言的一切特性。SQL Server 2005是微软公司开发的数据库管理系统，具有较强的可管理性、安全性和高可用性[4]。SQL语句可以用来执行各种数据查询和数据修改操作。

根据对系统的总体分析，本系统划分为三大功能模块：数据库模块、系统管理模块、船型变换模块，这三个模块通过功能调用相互协作，实现本系统的功能。系统结构见图1。

图1 基于Web的船型变换系统结构图

2.1 数据库模块

数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建设中的核心技术。只有对数据库进行合理的逻辑设计和有效的物理设计才能开发出完善而高效的信息系统[5]。

根据系统的功能，创建了系统数据库，该系统数据库提供了整个系统所需的所有相关数据，包括母型船所需的母型船资料以及用户信息等。这些资料归纳起来主要是数据和文本资料，以及少量的文件(如型线图)信息和图片信息。系统数据库主要包括用户信息表、船体基本信息表、船体主要要素表和船体静水力特性参数表等，分别存放各种类型的优秀母型船的基本数据、图片和模型文件。数据库的访问接口，采用ODBC数据源+ADO的方式。

2.2 系统管理模块

系统管理模块用来实现对整个系统的管理，主要包括船型库管理和用户管理。

2.3 船型变换模块

船型变换模块的设计，就是通过C#编程调用Free!ship软件的母型船变换程序，对母型船进行变换，快速得到满足用户要求的线型方案。

用户输入设计船的类型以及表1中的一种或者几种设计船参数，以某工程船为例，选择设计工程船以及输入设计船排水量2 600 t，系统自动筛选出最接近的优秀母型船(其型线图见图2)，再得到变换后的船体，如图3所示，变换前后的船舶参数见表1。该模块借助Free!ship的Lackenby船型变换法，通过控制改变表1中的部分船型参数，其他参数相应改变作为补偿，在保证船体型线光顺性的前提下，自动生成设计船的型线。表1中的船体型线显示效果与Free!ship软件的图形输出有关。之后还可通过该软件导出型线图、型值表、静水力性能计算等文件供用户参考和使用。

表1 船舶设计参数

图2 母型船

3 结论

在船舶初始设计阶段，使用本文开发的船型变换系统，通过在船体库中查询最接近设计要求的母型船，利用系统的船型变换功能可以将母型船快速地变换为设计者满意的目标船型。该系统简便实用，一方面可以充分发挥传统数据库系统在存储和管理船舶数据方面的优势；另一方面将其开发成基于Web的应用系统，可以实现船舶设计资源共享。

系统的开发在有限的人力物力下完成，还有待进一步完善的地方主要包括①船型变换时需要预先设定设计船船型参数，对参数的选取有较高的要求；②数据库须在保证数据一致性和准确性的基础上存储大量的原始船舶数据资料，才能更好地保证型线方案的有效性。

[1] 顾敏童.船舶设计原理[M].上海:上海交通大学出版社，2007.

[2] 贾 跃，林 焰，纪卓尚.基于Web的船型查询系统的研究与开发[J].船舶，2005(6):62.

[3] 张进才.基于Web的船舶设计咨询自助服务系统研究开发[D].武汉:武汉理工大学，2009.

[4] 龙 马.SQL Serve005数据库管理与开发[M].北京:人民邮电出版社，2008.

[5] 萨师煊，王 珊.数据库系统概论[M].3版.北京:高等出版社，2004.