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信息化背景下船舶灾控系统的研究与实现

2015-02-22海显勋

舰船科学技术 2015年7期
关键词:控系统灾难服务器

海显勋

(青海交通职业技术学院,青海西宁810003)

信息化背景下船舶灾控系统的研究与实现

海显勋

(青海交通职业技术学院,青海西宁810003)

摘要:基于GIS的灾控系统通常用来应对海啸、洪水、地震等突发灾难,为用户提供及时的灾难预警信息和灾难发生的实时状态报告,从而为采取逃生和应对措施赢得时间,同时为灾后重建和搜救提供依据。在本文中,我们利用GIS和Web服务,构建了一种自动化的船舶灾控系统。该系统包括3种主要服务,并且集成了GIS与AJAX技术,实现了空间数据与电子地图的无缝结合,相比与传统的方法,使用AJAX技术能够极大地提高空间数据的加载效率。最后,本文设计了原型系统,并通过实用证明本文提出的方案具有较好的可行性。

关键词:船舶灾控;地理信息系统; Web服务

Research and implementation of ship disaster management system in the informatization background

HAI Xian-xun
(Qinghai Communications Technical College,Xining 810003,China)

Abstract:Disaster management system based on GIS is often used to deal with the tsunami,floods,earthquakes and other sudden disasters,providing users with timely disaster early warning information and real-time status report of the disaster,which can be used to escape and take measures to deal with for users.At the same time it provides the basis for post-disaster reconstruction,search and rescue.In this article,we use GIS and Web services,to build an automated disaster control system of the ship.The system includes three main services,and the integration of GIS with AJAX technology,to realize the seamless combination of spatial data and electronic maps.Compared with the traditional methods,using AJAX technology can greatly improve the loading efficiency of spatial data.Finally,this paper designed a prototype system.And through the practical,it can be proved that the proposed scheme has good feasibility.

Key words:ship disaster management; GIS;Web service

0 引言

近年来随着航运业的不断发展,船舶灾难事件的发生次数也呈逐年上升趋势。众所周知,海上的航行条件较为恶劣,经常会遇到台风、浪涌、漩涡、海啸等恶劣水文或天气情况,对于吨位较小的船舶来说,常常会导致船体损坏,甚至倾覆,造成不可挽回的人员和财产损失。另一方面,在目前的运输船舶中,其运输的货物往往会存在原油、易燃化学品、有毒气体或液体等有害物质,这些船舶一旦由于故障或其他原因造成货物泄漏或船舶火灾,那么将会对船舶、船员以及周边海域造成无法挽回的伤害和污染,具有极大的危害性,例如,2005年的壳牌原油海洋泄漏事件,其泄漏的原油造成了太平洋海域大范围的水体污染,其恶劣影响直到十年后的今天,依然困扰着附近海域的渔民和动植物。

因此,为了避免海洋灾难对于出船舶和自然环境的损害,各国政府以及各航运公司等相关企业继续一

种有效的海上船舶灾控系统,一方面能够实时监控船舶和周边海域的实时状态,在灾难发生之前发出预警,为应对和预防灾难提供宝贵的时间;另一方面,能够实时地报告灾难发生的地点、时间、影响范围等,给之后进行的减灾和救援工作提供支持。

传统的海上灾控系统主要依赖于人工,需要通过通信设备向相应的管理中心进行报告,然后由具体的负责人员进行判断和分析,并进一步给予下一步的指导意见。但是,海上灾难的发生往往具有一定的隐蔽性和快速性,例如船舶火灾的发生,当人员发现明火时,往往已经难以控制火势,因而需要在更早的阶段发现火灾的趋势。同时,海上的通信条件较差,当船舶遇到灾难时,往往无法与外界取得联络,无法及时地报告灾难发生的状态,从而导致后续的减灾工作难以取得良好的效果[1-3]。

本文提出一种基于WEB-GIS的船舶灾控系统,该系统将Web服务和GIS进行集成,利用AJAX技术支持地理数据的实时传递与展示,能够通过GIS实时地进行灾难的预警和监控,具有较为快速的反应能力和实时的监控能力。

1 关键技术分析

1.1GIS Web服务

根据开放地理组织(Open Geographical Consortium,OGC)的建议,GIS-Web服务应当包含3种基本的服务:网页地图服务(Web Map Service,WMS)、网页特性服务(Web Feature Service,WFS)和网页覆盖服务(Web Coverage Service,WCS)。其中WMS主要用于在浏览器上,生成可视化的地图应用; WFS主要用于将地理数据转化为GML (Geographical Markup Language)格式,以便于用户使用Web访问; WCS主要用户处理GIS数据流。其中Google地图可以用来实现WCS和WMS的功能[4-5]。

1.2AJAX技术

AJAX是一个包含了多种Web技术的集合,其能够在不影响当前Web页面表示的前提下,在后台中完成Web应用与服务器的交互过程。以下技术均包含在AJAX中: 1) HTML、XHTML和CSS等网页表示技术; 2)文件对象模型(Document Object Model,DOM)技术; 3)用于表示数据语义的XML和用于控制的XSLT; 4) JavaScript编程语言。

由于JavaScript具有较好的可移植性和通用性,因此成为了当前最流行的AJAX编程语言。由于在交互过程中,AJAX仅仅刷新一部分Web页面,因此相比于传统的Web技术,其运行速度更快,提高了用户体验。

1.3灾控系统

本文工作的主要目标在于开发一种大型的地理信息系统,能够提供灾难预警服务,以及医疗、消防等灾控服务。利用Web技术,本文将灾控服务功能与GIS和电子地图相结合,使得用户能够通过图形化的Web界面监控各种灾难的状态,同时能够知道系统进行半自动化地实时响应。灾控系统的具体工作流程如图1所示。WMS和WFS用来确定方位,并在电子地图上表示地理信息。

图1 灾控系统工作步骤图Fig.1 The workflow of disaster management system

1.4Google地图

Google地图能够提供高分辨的卫星地图,同时结合了通用的交通地图和图示等。Google地图提供了一种地图应用,采用JavaScript进行实现,能够使得用户在不需要重新加载页面的前提下,完成对地图图片的缩小、扩大,以及拖拽等功能。当用户拖拽地图时,地图图片将从服务器中下载,并填充到新出现的地图网格中。同时,利用Google地图提供的多种工具,还可以实现更多样的功能,例如图钉工具能够在电子地图上进行精确的定位,并显示具体的位置信息。Google地图提供了一系列用于开发的API,通过使用这些API,能够将Google地图应用嵌入到Web网站中。

一旦地图加载完成,用户可以进行实时的地图缩放,精确的定位,地理导航等操作。将AJAX、GIS与Google地图,可以使得用户通过功能更加强大的操作界面实现更复杂的指令和功能,此时Google地图主要实现的是WCS和WFS。

2 灾控系统框架

灾控系统的主要功能是实时监控船舶或海洋某个区域中的实时状态,并对某些特定特征进行监控,当发生

异常时及时给出预警,并根据灾难发生的等级和范围等,自动化地触发相应的服务,如消防、报警、医疗求助等。

从图1可知,本文设计的灾控系统采用B/S的实现方式,其中服务器可以放置于船舶上,也可以采用岸基服务器提供服务。用户通过Web页面与系统进行交互。通过用户界面,用户可以提出多种需求,包括查看船舶当前的状态,货物的状态,空气中某些物质的含量,当前的地理位置,水文信息等。在请求处理与模糊决策系统中,对用户的请求进行处理,采用语义匹配的方法,确定调用哪些具体的应用和功能模块,来满足用户的需求。然后,访问应用服务器,调用合适的应用,通过访问本地或远程的数据库,采集用户所需要的信息,并向用户呈现。

同时,系统中还存在多种实时应用,例如火灾监控、风暴监控、危险品泄漏监控等应用,一旦这些应用发现异常,则通过请求处理与模糊决策系统进行自动化的响应,通过UDDI接口,调用本地或远程的多种服务来应对当前的异常情况或灾难,例如当发现船舶某区域发生火灾时,则触发消防服务,启动船舶的灭火装置和逃生装置等;当发现船舶危险品泄漏时,则触发报警服务,一方面记录泄漏的位置并向控制中心报告,另一方面启动相应的泄漏防止措施,阻止灾难进一步地扩大。灾控系统的工作流程如图2所示。

图2 灾控系统流程图Fig.2 The flowchart of disaster management system

3 AJAX技术与灾控系统的集成

图3 AJAX与GIS网页服务集成Fig.3 GIS-Web service intergration with AJAX

其中各个模块的主要功能如下:

1)浏览器向Web服务器发送以JavaScript或XML格式表示的异步请求,请求的内容可以是空间信息或电子地图信息等;

2) GIS服务器对浏览器提出的请求进行响应,然而该响应消息无法直接进行呈现,因此,网页服务器负责将GIS服务器的响应消息或文件,转化为能够进行呈现的格式;

3) GIS应用服务器的主要功能是,接收来自Web服务器的请求,并且与数据层次交互,读取所需的文件或数据库,最终将处理后的结果,以XML形式返回Web服务器;

4)数据层次包含了GIS文件以及多种数据库,其中存有多个MySQL数据表,用来存储多种数据,该层次直接与GIS服务器进行交互。

XMLHTTPReques对象是AJAX的核心构件,其能够实现一个脚本引擎的接口,使得脚本语言能够实现HTTP客户端的各种功能,如提交格式化的数据或从服务器中加载数据等,当前使用的主流浏览器均支持XMLHTTPRequest对象。将AJAX技术与GIS网页服务相结合的主要优势在于,利用AJAX能够方便地使用Google地图,以及实现与Google地图各项功能的互操作。

4 系统实现

根据本文中的设计与介绍,我们通过集成

AJAX技术,开发了基于WEB-GIS的船舶灾控系统。本系统使用PHP和多种支持工具进行开发,采用PHP 5.0版本中的本地SOAP library创建和开发了SOAP服务器,该服务器中包含了3种注册的服务以供使用,即报警服务,消防服务和逃生服务。服务器能够自动处理用户的请求,发送相应的回复,并显示所需的数据。

由于本系统中采用Web服务作为服务的调用方式,因此用户请求和响应均采用XML格式表示。各种请求中可能包含了对应服务的服务描述信息,采用WSDL与SOAP服务器进行交互。

WSDL定义了服务的名字、绑定方式、URN全局资源名空间、输入/输出参数等。以报警服务为例,其资源被定义为URN ChnEmergency,其调用类型为RPC (Remote Procedure Call),其输入参数为浮点数据类型的“lat”和“lon”,分别指示用户所在的经纬度。其输出参数为服务恢复的字符串数据类型,包含了如WFS等信息。最后,WSDL的输出将被SOAP客户端用来触发Web服务器提供的多种服务。

当系统运行的服务监测到某种事件的发生时,则系统会对用户产生相应的报告,在如图4中的系统报告界面中显示,包含了事件发生的类型,调用的服务类型,灾难的位置,灾难的描述等,然后将该报告发送给远程的控制中心等。

图4 灾控系统报告界面Fig.4 The report interface of disaster management system

5 结语

随着近年来海洋和船舶事故的频繁发生,船舶灾控系统逐渐成为了当前研究的热点之一。本文通过对船舶灾控系统需求的深入研究,设计了一种基于WEB-GIS的船舶灾控系统,该系统利用成熟的Web服务和GIS技术等,结合AJAX技术,实现了动态、实时、自动化的灾难监控和反应系统,具有实现和部署简单,运行开销小及使用方便等特点。由于当前还未有较为成熟的船舶灾控系统问世,因此本文提出的方法具有较高的参考价值。

参考文献:

[1]SHENGRU T,ABDELGUERFI M.Web services for geographic information systems[J].IEEE Internet Computing,2006,10 (5) :13-15.

[2]LONG Ke-jun,LIU Yong,LUO Xiang-wu.Emergency accident rescue system in freeway based on GIS[C]/ /2008 International ConferenceonIntelligent Computation Technology and Automation (ICICTA),Hunan: IEEE Press,2008:247-250.

[3]任席闯,左丽芬,李树明,等.基于GIS的超低频通信服务区的预测[J].舰船科学技术,2013,34(4) :86-90.REN Xi-chuang,ZUO Li-fen,LI Shu-ming,et al.The prediction of VLF communication service zone based on GIS[J].Ship Science and Technology,2013,34(4) : 86 -90.

[4]胡安康.船舶数字化设计的主脉——CAE信息链[J].舰船科学技术,2008,30(1) :66-70.HU An-kang.The main vein of digital ship design——CAE information chain[J].Ship Science and Technology,2008,30(1) :66-70.

[5]CHEN Tao,YUAN Hong-yong,YANG Rui,et al.Integration of GISandcomputational models for emergency management[C]/ /2008 International Conference on Intelligent ComputationTechnology andAutomation (ICICTA.2008),Hunan: IEEE Press,2008:255-258.

作者简介:海显勋(1967-),女,副教授,研究方向为计算机应用。

收稿日期:2014-11-17;修回日期: 2014-12-08

文章编号:1672-7649(2015) 07-0172-04doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2015.07.040

中图分类号:TP391

文献标识码:A

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