（交通信息工程及控制专业论文）基于浏览器的数字港及其应用技术研究.pdf

中文摘要 摘要 长江是世界上货运量最大的内河，其2 0 0 8 年干线规模以上港口完成货物吞吐 量已达l o 1 5 亿吨，货运量突破1 2 亿吨，在我国国民经济中占有重要的地位。为 了更加充分发挥长江航运效能，推动长江流域经济发展，长江航务管理局和大连 海事大学联合提出了建设长江航运一体化应用体系的发展构想。作为长江航运一 体化应用体系的一个重要组成部分，港口一体化应用系统的建设将极大提高长江 沿江港口的功能，对长江航运的发展起到积极地推动作用。 本文针对港口一体化应用系统建设的基础基于浏览器的数字港口系统及 其相关技术的研究。本文的主要工作包括： ( 1 ) 利用成熟的三维g i s 开发平台i m a g i s , 完成了( 常熟港) 三维虚拟场景 空间数据生成、处理、组织与管理、可视化、分析应用等多方面研究开发工作。 ( 2 ) 以i n t e m e t i n t r a n e t 为系统网络框架，以客户端服务器模式为信息交换方 式，对矢量运用小波分析方法、图像数据采用j p g 方法进行压缩，并将压缩后的 数据转换成网络格式的数据，然后通过数据加密，数字签名等网络技术以及层次 细节的快速显示算法将数据安全地在网络上发布。 ( 3 ) 在可视化开发环境v i s u a lc + + 中对数字港应用系统进行了港口功能的二 次开发，结合数字港三维模型的建设和网络技术的应用，实现了港口的浏览、属 性与场景双向查询和任意角度漫游等功能。 关键词：数字港；组件技术；网络技术；港口一体化应用 英文摘要 t h er e s e a r c ho fd i g i t a lp o r ta n di t sa p p l i e dt e c h n o l o g y b a s e do nb r o w s e r a b s t r a c t y a n g t z er i v e ri si n l a n dr i v e ro ft h el a r g e s tc a r g oi nt h ew o r l d i n2 0 0 8 ，l a r g e - s c a l e p o r t so fi t sr o u t ef u l f i l l e dc a r g o h a n d l i n gc a p a c i t y1 015b i l l i o nt o n s ，f r e i g h tv o l u m e b r e a k t h r o u g h e d1 2b i l l i o nt o n s ，w h i c hp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nc h i n a sn a t i o n a l e c o n o m y t ob r i n ge f f e c t i v e n e s si n t of u l lp l a y , i m p u l s et h er a p i dd e v e l o p m e n to fb a s i n e c o n o m i c ，y a n g t z er i v e ra d m i n i s t r a t i o no fn a v i g a t i o n a la f f a i r sa n dd a l i a nm a r i t i m e u n i v e r s i t yp r o p o s e dad e v e l o p m e n tc o n c e p to fi n t e g r a t e ds y s t e mo fy r sc o n s o l i d a t e d i n f o r m a t i o ns e r v i c e s a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fi n t e g r a t e ds y s t e mo fy a n g t z er i v e r s h i p p i n g ( y r s ) c o n s o l i d a t e di n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ei n t e g r a t e d s y s t e mo fp o r ta p p l i c a t i o n sw i l lg r e a t l ye n h a n c et h ef u n c t i o no ft h ep o r ta l o n gt h e y a n g t z er i v e ra n dp l a yap o s i t i v er o l ei np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to f y r s t h es t u d i e so ft h i sp a p e ra r er e l a t e dt e c h n o l o g i e sa n dt h ef o u n d a t i o n ，w h i c hi s d i g i t a lp o r tb a s e do nb r o w s e r , o fi n t e g r a t e da p p l i c a t i o ns y s t e mo fp o r t t h em a i nw o r k o ft h i sp a p e ri n c l u d e s ： ( 1 ) f u l f i l l i n g t h em s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t w o r ko f c h a n g s h up o r t t h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a ls c e n es p a t i a ld a t a , s u c ha st h ec r e a t i o n ，d i s p o s a l ，m a n a g e m e n t ， v i s u a l i z a t i o na n da n a l y s i sa p p l i c a t i o ne t c ，b yu t i l i z i n gi m a g i sm a t u r e d3 dg i s d e v e l o p m e n tp l a t f o r m ( 2 ) t a k i n gi n t e r n e t i n t r a n e ta st h es y s t e mn e t w o r kf r a m e t a k et h ec l i e n t s e v e r m o d e 嬲t h ee x c h a n g eo fi n f o r m a t i o nw a y , c o m p r e s sv e c t o rb ym e a n so fr w a v e l e t c o m p r e s s i o n , c o m p r e s si m a g eb ya d o p t i n gj p gm e t h o d ，a n dc o n v e r tc o m p r e s s e dd a t a i n t ot h en e t w o r kd a t af o r m a t ，t h e np r o m u l g a t ed a t as a f e l yb yn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，s u c h 弱d a t ae n e r y p t i o n , d i g i t a l s i g n a t u r ee t c ，a n dq m c kd i s p l a yo ft h el e v e lo fd e t a i l a l g o r i t h m ( 3 ) c o m b i n e dw i mt h e b u i l do fd i g i t a lp o r tt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e la n dt h e a p p l i c a t i o no fn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h eb r o w s e ，t h et w o w a yi n q u i r yo fp r o p e r t ya n d s c e n eh a sb e e np r i m a r i l yd e v e l o p e db yd o i n gs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt op o r tf u n c t i o no f d i g i t a lp o r ta p p l i c a t i o ns y s t e mi nv i s u a lc + + e n v i r o n m e n t 英文摘要 k e yw o r d s ：d i g i t a lp o r t s ：c o m p o n e n tt e c h n o l o g y ：n e t w o r kt e c h n o l o g y ：t h e i n t e g r a t e da p p l i c a t i o no fp o r t s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文竺基王浏堕墨的数室港区墓廛厦这盔鲤筮= = 。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发 表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：圣塑 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口 ( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：王谰导师签名：苓迫疆k ， 日期：j 卯9 年6 月助日 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 第1 章绪论 1 1 研究背景 近几年来，随着经济社会的发展，长江航运步入了快速发展的轨道。2 0 0 8 年 1 1 , 2 ，长江干线货运量达到1 2 亿吨，是1 9 7 8 年的2 9 倍。长江干线规模以上港口吞 吐量达到1 0 1 5 亿吨，是1 9 7 8 年的1 3 倍。长江省际运输船舶运力达3 4 1 2 万吨， 是1 9 7 8 年的1 7 倍。长江货运量是美国密西西比河的2 倍、欧洲莱茵河的3 倍， 成为世界上货运量最大的通航河流。在长江航运快速发展的进程中，信息化建设 和应用发挥了重要作用，但由于基础网络和信息系统建设各自为政，条块分割， 缺少统一的信息服务平台，行业信息化标准和规范的制定不能满足现实需要，制 约了长江航运生产力的发展，随着长江航运现代化进程的加快，沿江港航企业、 港航管理部门和长航局系统单位对信息化的依赖程度越来越高，搭建一个信息丰 富、功能完善的长江航运公共信息服务平台已成为全行业的共同呼声。 因此，建设长江航运综合服务信息系统工程显得尤为紧迫【3 】。为此，长江航务 管理局和大连海事大学联合提出了建设长江航运一体化应用体系的发展构想【4 】。 构建长江航运一体化应用体系是长江航运信息化发展的总体方向与目标，是 建设“数字长江”，实现航运现代化的重要举措【5 ，同。 ( 1 ) 系统概念 长江航运一体化应用体系是指长江航运各参与方利用计算机软硬件技术、网 络技术、信息处理技术、通信技术、电子航道图技术、g p s 、a i s 等信息技术以及 现代管理技术，通过相关信息资源交换与共享，为长江航运行业管理、运输组织、 通航安全及公共服务等活动提供数字化、网络化服务的信息系统。如图1 1 所示， 长江航运一体化应用体系提供长江航道、港口、船舶船员、航运管理、水上安全、 三峡通航信息、航运市场、公共服务等各种信息服务，实现长江航运行业各参与 方信息发布、信息交互与信息共享。 第l 章绪论 无线通信爱网络 卫星定位 赢两多魂n 篓念竺竺一 出u划i e qu 翟翟晷鐾霎 货主货代社舍公众船公司船代 圈1 1 一体化服务体系框图 f i gi 1 t h e f r a m e o f i m e g r a t i o ns e r v i c es y s t e m ( 2 ) 系统目标与意义 “长江航运一体化应用体系”将充分利用长江航运现有信息资源和业务系统， 进行有效集成、整台和扩充，形成一个开放的综合服务信息平台，和一系列一体 化应用基础平台。为长江航运各参与方提供完善的信息查询和业务应用服务，建 立长江航运信息交换共享机制，逐步构建覆盖长江航运各项业务的信息化应用体 系t 形成互联互通、共建共享、政企互动、联合推进的发展模式，以充分保障长 江航运水上安全，极大提高运输效率，有效提升管理效能和公共服务水平p ，6 一。 长江航运一体化应用体系的建立，可以带来巨大的社会效益、经济效益以及 环境效益，意义重大； 1 ) 社会效益：可以带动整个内河航运数字化、信息化建设，推动与智能航运 系统建设相关的技术的研究与发展，从而推动长江航运向现代服务业转型；提升 长江航运安全监管水平，降低安全事故，保护人民生命财产安全；对规范航运市 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 场，确保长江客、货运输通畅起到积极推动作用，有利于发挥水运优势，吸引更 多投资，增加社会就业，使旅游业更兴旺。 2 ) 经济效益：减少长江航运应用系统建设的盲目性，降低系统建设成本，保 证其实施效果和质量；提升港航管理水平，降低水运安全事故，使长江航运资源 和旅游优势得到发挥，运输与物流效率提高，为内河发展提供良好的发展环境和 安全保障，促进内河地区经济发展，提高内河地区经济竞争能力。 3 ) 环境效益：可以促进航运向节能环保和更加安全的方向发展，对水上生态 环境的保护和可持续发展起着积极的推动作用；可以有效地规范航运市场和船舶 管理，加强船舶超标排放监控，减少对水质和环境的影响。 ( 3 ) 总体构架及功能 长江航运一体化应用体系的体系结构如图1 2 所示。体系由一个服务信息门户 平台和一系列一体化应用基础平台组成。一体化应用基础平台主要包括： | 嚣誊鍪￥航7 1 霉釜羹萎| ：焦一巳一；盟曼堕妻蔓； 图1 2 长江航运综合服务信息一体化体系结构图 f i g 1 2t h ed i a g r a mo fi n t e g r a t i o ns y s t e mo fc o m p r e h e n s i o ns e r v i c ei n f o r m a t i o nf o rc h a n g j i a n g s h i p p i n g 第1 章绪论 1 ) 港口一体化应用 2 ) 船舶导航一体化应用 3 1 船舶引航一体化应用 4 ) 船舶监控一体化应用 5 ) 船舶交管一体化应用 6 ) 船舶调度一体化应用 7 ) 船舶过闸一体化应用 8 ) 海事应急一体化应用 9 1 航标管理一体化应用 1 0 ) 航道管理一体化应用 上述l o 个基础平台分别向港口、通航船舶、引航中心、船舶动态监控中心、 v t s 中心、船舶公司、三峡通航管理局、水上应急指挥中心、航标遥测遥控系统 和长江电子航道图系统等提供所需的一切静态及动态信息服务，实现一体化应用。 因此系统提供的信息服务主要包括：港口信息查询服务、船舶动态跟踪服务、 气象信息发布与查询服务、电子航道图信息发布、电子航道图改正与航行通告查 询服务、港口里程查询服务、航线查询服务、航运应用系统服务、长江主要港口 水情查询服务、长江运价指数查询服务、长江航运景气指数查询服务、长江船东 满意度指数查询服务、航行通告查询服务、航路指南查询服务、航道通告查询服 务、航标通电查询服务、水位信息查询服务、潮汐信息查询服务、应急指南查询 服务、事故记录查询服务、航运业务与法规查询服务、船长通告信息包下载服务、 航标及其动态信息查询服务、过闸申报及排挡图查看等。 1 2 课题的提出 长江航运一体化应用体系的一个重要方面就是港口一体化应用系统，而港口 一体化应用系统所涉及的关键技术包括： ( 1 ) 港口区域三维地理空间数据的获取和整合以及数字港的空间数据模型的 建立。 ( 2 ) 数字港数据的压缩和转换。 ( 3 ) 复杂的港口三维场景的快速显示。 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 ( 4 ) 数字港功能实现，包括港口的浏览、漫游以及图形到属性的双向信息查询。 本文所做的工作就是再现数字港场景，解决了矢量信息数据与图像信息数据 压缩和转换，三维场景的快速显示等关键技术，并实现了数字港的功能，开发出 基于浏览器数字港系统，为实现港口一体化打下了坚实的基础。 1 3 本课题相关研究现状 随着计算机、网络、图像处理及传输技术的飞速发展，国内外开发出各具特 色的三维系统平台。文献 1 0 】采用3 d sm a x 建立南普陀寺古建筑物的虚拟模型，应 用w i r e f u s i o n 技术开发完成基于i n t e m e t 古建筑三维展示及虚拟沉浸系统。文献【1 1 】 选择了3 d m a x ，v r m l ( 虚拟现实建模语言) 和j a v a 开发出基于i n t e m e t 的虚拟矿 山生产系统。文献【1 2 】结合v r m l 和j a v a 实现了基于三维数字港的功能系统及其 实现。文献 1 3 】结合v r m l 和w e b g i s 技术开发基于i n t e m e t 的三维数字港。文 献 1 4 】提出了基于组件m a p x t r e m e 用v b s c r i p t 和j a v a a p p l e t 实现水利工程地理 信息的网上发布技术，完成基于i n i e m e t 的水利工程地理信息系统。文献 1 5 采用 m a p x t r e m e 作为网络化实现方法，用i d l ( 交互式数据语言) 作为三维g i s 的实 现技术，完成基于w e b 的三维g i s 系统。文献 1 6 】将3 d s 文件转换为o p e n g l 描 述的c 文件，采用o p e n g l 技术实现的三维场景的显示和交互。文献 1 7 】采用面向 对象、j a v a 2 d 和j a v a 3 d 等技术，借助闸门式立体眼镜，实现三维产品信息的异地 实时共享。虽然有这么多实现基于浏览器三维系统平台的技术理论，但是众多尚 属于研究阶段，而且也没有一个数字港系统实现港口一体化应用。 本文在建设长江航运一体化应用体系的要求下，在参考大量文献的研究成果 的基础上，对相关文献进行了总结对比，并结合相关技术的特点，选择i m g i s 、 v c + + 软件，采用网络技术、数据压缩技术、以及场景快速显示技术等开发并实现 了基于浏览器的数字港系统，为长江所有联网的注册用户服务。 1 4 本文的研究内容及论文结构安排 本文研究的基于浏览器数字港系统为港口一体化应用体系的研究打下基础， 属于基于港口的一体化应用体系一个不可缺少的部分，它是一种新的信息处理模 式，对其进行深入的研究将促进航海领域信息技术的进一步发展，同时也初步规 范了港口的水上交通运输秩序。本文首先根据港口一体化理念，选择利用成熟的 第1 章绪论 三维g i s 技术，完成三维虚拟场景基础数据的制作，实现了数字港口的建设；其 次以i n t e m e t i n t r a n e t 为系统网络框架，根据数据压缩和转换技术研究，将数字港 信息数据转换成网络发布数据的格式，并通过网络技术、组件技术、场景智能快 速显示等关键技术实现基于浏览器数字港的显示，港口的浏览、漫游以及图形到 属性的双向信息查询功能，最后实现了一个原型系统。具体研究内容的章节安排 如下： 第1 章在介绍长江航运一体化应用体系的基础上提出基于浏览器数字港系 统及其应用的研究课题。 第2 章简要介绍了关于数字港的关键技术及其相关理论，主要有三维g i s 技 术、数据压缩技术、三维场景的智能快速显示以及基于组件技术的w 曲3 ds e r v e r 软件。 第3 章详细介绍了基于浏览器数字港系统的基本框架及构建过程，从基础数 据的采集与处理、数字港的模型建设到网络发布，到三维港口的漫游、浏览与信 息查询功能的实现，详细介绍了各步骤的流程设计与实现过程等。 第4 章对基于浏览器的数字港系统三维场景的效果显示，以及功能的实现与 管理数据的应用效果展示。 第5 章结束语，总结了本文所做的工作，并分析了今后系统的进一步完善所 要解决的问题。 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 第2 章基础理论及关键技术 2 1 三维g i s 技术 随着g i s 应用的深入和计算机的发展，人们越来越多地要求从真三维空间来 处理问题。从不同的角度出发，三维g i s 的定义可以从以下三个方面进行解释【1 8 1 ： ( 1 ) 基于工具箱的定义。g i s 是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间 数据的工具集合； ( 2 ) 基于数据库的定义。g i s 是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能 被索引和操作，以回答各种各样的问题； ( 3 ) 基于组织机构的定义。g i s 是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显 示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提 供解决环境问题的各种决策支持。 基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来 处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信 息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。t u r n e r 认为g e o g 泖l l i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m 主要用来区分纯粹的二维g i s 与三维g i s ，为强调在三维任务如地质或地 貌应用上的扩展，人们创造了术语“g e o s c i e n t i f i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ”( g s i s ) 1 1 9 】。 这个词后来被修改为一个缩写形式“g e o i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) 【2 0 1 。为区分三 维g i s 与现今世晃上比较流行的成熟的各种二维商业g i s ，本文倾向于b r e u n i g 的 观点【2 1 1 ，用g i s 指代“g e o i n f o r m a t i o ns y s t e m ”，三维g i s 是布满整个三维空间的 g i s ，与传统的基于平面的二维g i s 或2 5 维g i s 明显不同，尤其体现在空间位置 与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。 由于三维g i s 首先要将地理数据变为可见的地理信息，因此人们一方面从三 维可视化领域向三维g i s 系统扩展，这一点同早期的二维g i s 来源于计算机制图 管理一样【2 2 1 。 另一方面，g i s 需要存储和管理大量的空间信息和属性信息，因此另一部分人 从数据库的角度出发向三维g i s 发展，从商用数据库向非标准应用领域扩展，将 三维空间信息的管理融入r d b m s ( 关系型数据库管理系统) ，底层开发全新的面向 空间的o o d b m s ( 面向对象数据库管理系统) 。一个新的发展方向是将三维可视化 第2 章基础理论及关键技术 与三维空间对象管理结合起来，形成集成系统【2 3 】。 2 2 数据压缩技术 “数字化革命”给人类社会带来了深刻而长远的影响。在当今社会，人们已 深知信息的重要性，例如上网，短信等。同样，人们也乐于享受数字化的优越性： v c d d v d 光盘、g s m c d m a 手机、电视机顶盒、计算机多媒体、数码照相机 录像机等等。所有这些，都需要压缩技术，即数据压缩，用最少的数码来表示信 号。 数据压缩是在过去2 0 年成熟起来的，这一领域文献的数量和质量充分证明了 这一点。其实，甚至是在电脑出现以前，人们就意识到要进行数据的压缩。所谓 的数据压缩【3 1 是把输入数据流( 源流或原始数据) 转变为另一种较小的数据流( 输 出流或压缩流) 的过程，流即存储器中的一份文件或一段缓存 2 4 1 。数据压缩流行 有两个原因：第一，数据压缩可以延缓存储设备中数据的溢出进程。第二，数据 压缩可以缩短数据传输的时间。从原因可以看出数据压缩使传输和存储实用化。 数据压缩的优点【2 5 】在于： ( 1 ) 较快地传输各种信源，即降低信道占用费用时间域的压缩； ( 2 ) 在现有通信干线上开通更多的并行业务，如电视、传真、电话、电报、可 视图文等频率域的压缩； ( 3 ) 降低发射机功率能量域的压缩； ( 4 ) 紧缩数据存储容量( 降低存储费用) 空间域的压缩。 数据压缩的算法有很多种，主要分为有损压缩和无损压缩。 2 2 1 有损压缩 有损压缩是一种对数据具有破坏性的、不可能精确恢复的压缩方式，即通过 丢失一些信息来得到更好的压缩，其解压缩的结果与原始的数据流不完全一致， 但压缩的比例大，所以这种方法在压缩图像时尤为合理【2 6 】。有损压缩技术压缩图 像的原理是：根据颜色的相近程度来删除图像中的颜色，具体是保留图像中逐渐 变化的颜色；删除图像中突然变化的颜色。根据生物学的实验证明，对于丢失的 颜色人类大脑会利用与附近最接近的颜色来填补。例如，对于蓝色海洋背景下的 白色船舶，有损压缩的方法就是删除图像中景物边缘的某些颜色部分，而这些被 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 有意删除的数据不再恢复，不过在屏幕上看这幅图时，大脑会利用景物上看到的 颜色填补那些删除的数据。 有损压缩实际上是会影响图像质量的，如果仅在计算机屏幕上显示，由于人 类眼睛识别程度的原因，所以对图像质量影响不大，但是如果把一幅经过有损压 缩技术处理后的图像用高分辨率打印机打印出来，那么就会发现图像质量有明显 的受损迹象。 2 2 2 无损压缩 无损压缩是通过一定的数学变化，只记录一次相同的数据。无损压缩常用的 方法有很多，例o n d , 波压缩编码、变长码、霍夫曼编码、自适应霍夫曼编码、l z w 、 香农费诺编码等，这些数据压缩方法对数据压缩的比例是不同的，它们各有优缺 点：压缩比例大的算法，由于变换比较复杂，所以压缩和解压缩比较慢；压缩比 例小的算法，压缩和解压缩比较快。不过这些无损压缩算法有一个共同的优点， 就是不会遗失数据信息，对数据不会造成破坏性。 2 3 三维场景的智能快速显示 传统图形绘制技术均是面向景物几何而设计的，尽管通过可见性预计算技术 及场景几何简化技术可大大减少需处理的景物面片数目，但对高度复杂的场景，现 有的计算机硬件仍无法实时绘制简化后的场景几何。因而我们面临的一个重要问 题是如何在具有普通计算能力的计算机上实现真实感图形的实时绘制。目前实时 显示需要在软件技术的入手加以解决。 2 3 1 雾化技术 雾化技术的原理 2 7 1 是：雾化的浓度随着显示的多边形数目的变化而不断变化， 即显示的多边形数目增多时，雾化变浓，部分多边形被雾覆盖使显示的多边形数 目减少，反之则变淡。在程序控制上，雾化浓度与显示的多边形数目成正比关系； 对于系统来说，它们成反比关系。 由于两种相反的关系同时存在，导致系统出现不稳定现象。例如，随着显示 的多边形数目的增多，程序控制雾化浓度变浓，这时系统控制多边形数目减少， 由于多边形数目的减少而致使程序控制的雾化浓度变淡，进而又使显示的多边形 数目增多，这样就导致系统控制不稳定。 9 第2 章基础理论及关键技术 利用雾化技术与细节等级分割的目的一样，都是减少渲染的多边形数目，但 是它的原理与细节等级分割不同，它是由渲染的多边形数目来动态地控制多边形 数目，而细节等级分割则是由用户预设的距离来控制。 2 3 2 实例化技术 当虚拟环境中具有多个几何形状相同但是位置不同的物体模型时，可采用实 例技术。例如：在一个动态地形地貌场景中有很多结构、形状、纹理相同的树木， 树木之间的差别仅在于其位置、大小、方向的不同，如果把每棵树都放入内存， 将造成极大的浪费；若采用实例的方法，将相同的树木只在内存中存放一份实例， 再将这棵树平移、旋转缩放之后即可得到所有结构相同的树木，从而大大地节约 了内存空间，同时也可以减少建模的工作量。实例技术的处理方法为矩阵变换， 它牺牲了时间换得了内存空间【2 8 1 。 2 3 3 模型分割技术 ( 1 ) 单元分割：将虚拟环境分割成较小的单元，只有在当前模型中的物体才被 渲染，因此，极大地减少了模型处理的复杂度。这种分割法非常适用于大型建筑 物，因为在人的视野中所见的物体只是整个虚拟环境中的很小一部分，只处理当 前所见的物体可大大提高系统的速度。 ( 2 ) 细节等级【2 9 1 分割：用一组复杂程度( 常以多边形数或面数来衡量) 各不相同 的实体细节等级模型来描述场景，并在仿真过程中根据一些客观标准( 如距离) 在这 些细节等级模型间进行切换，从而实时改变场景的复杂度。视点变化时，所选取 的细节等级模型各不相同，如果用距离标准在细节等级模型间切换，当视点离物 体较远时，调用较粗略的模型；当视点离物体较近时，则选用描绘细致的模型。 这种分割可以大大减少显示多边形的数量，渲染速度也有很大的提高。 2 4 基于组件技术的w e b 3 ds e r v e r 软件 2 4 1 组件技术 组件技术是9 0 年代末发展起来的一种软件重用技术。由于以前整个系统代码 进行全部编译和测试，使得开发周期长，维护费用高，功能扩展困难，所以人们 把复杂的系统设计成一些小的、功能单一、彼此相互独立的子系统，各个子系统 之间通过定义好的接口进行通信和联系，而不需要知道别的子系统是如何实现的。 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 这种子系统称为组件。这些组件可以单独开发、单独编译、单独调试和测试，甚 至根据客户要求出售客户所需的组件，当所有的组件开发完成后，把他们组合在 一起就得到了完整的应用系统。随着网络技术的发展，组件技术在应用程序开发 和网络信息系统中得到广泛的应用，为了更好地了解它，首先了解其所依赖的技 术基础组件对象模型c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 、s o c k e t 和a c t i v e x 控 件。 2 4 1 1c o m 技术 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件对象模型) ，是微软公司为了计算机工 业的软件生产更加符合人类的行为方式开发的一种新的软件开发技术，它是一种 说明如何建立可动态互变组件的规范，此规范提供了为保证能够互操作，客户和 组件应遵循的一些二进制和网络标准，即c o m 不是一种面向对象的语言，而是一 种标准【3 0 1 。通过这种标准可以在任意两个组件之间进行通信而不用考虑其所处的 操作环境是否相同、使用的开发语言是否一致以及是否运行于同一台计算机，这 些特性使程序员可以发挥自己的专长编写组件模块。它所具有的优点如下【3 1 1 ： 首先，用户一般希望能够定制所用的应用程序，而组件技术从本质上讲就是 可被定制的，因而用户可以用更能满足他们需要的某个组件来替换原来的那个。 其次，由于组件是相对应用程序独立的部件，我们可以在不同的程序中使用 同一个组件而不会产生任何问题，大大的增强了软件可重用性。 第三，随着网络带宽及其重要性的提高，分布式网络应用程序在软件市场上 变得越来越重要。组件架构可以使得开发这类应用程序的过程得以简化。 c o m 具有下列一些基本特征【3 2 】： ( 1 ) c o m 作为一项软件工业标准，定义了完整的用以生成对象以及如何保证 对象与其用户之间通讯的标准机制和规范。c o m 规范是基于二进制的标准而不是 基于语言的规范，这保证了c o m 对象可以用不同的程序语言来开发，可在不同计 算机系统上运行，也可由不同的高级语言来调用，只要这些程序语言和操作系统 支持c o m 指定的二进制接口。 ( 2 ) 在c o m 下，组件通过对象支持的接口来使用其提供的服务功能。一个 c o m 组件可能有一个或多个c o m 对象，一个c o m 对象支持一个或多个接口， 而每个接口又支持或实现若干个方法，c o m 对象支持面向对象模型继承，但c o m 第2 章基础理论及关键技术 只支持接口继承而不支持实现继承。因而c o m 对象不能实现直接的程序再使用， 但可通过包含和聚合的方法来实现程序再使用，提高了c o m 的适用性。 ( 3 ) 接口不带任何版本，接1 2 1 一旦公布，便不能做任何修改，若要修改接1 2 1 支 持的对象方法、参数和语义，必须定义新的接口，赋予新的接口标识码。采用这 种限制，并支持多个接口是c o m 解决版本更新的有效手段。 c o m 吸收了客户服务器基本思想，一个c o m 组件就是一个服务器，可同时 为多个客户提供服务，c o m 组件采用计数的方法控制组件对象的生存期，为多个 客户共享同一个组件对象提供有效控制手段。 2 4 1 2s o c k e t 技术 作为网络通信的基本构件，s o c k e t 是操作系统的一个网络编程接口。微软公 司在其操作系统中采用了套接字接口程序w i n d o w ss o c k e ta p i ，为了适用于 w i n d o w s 下的消息机制和异步的i o 选择操作，w i n d o w ss o c k e t a p i 在功能上扩充 了将近2 0 个函数。w i n d o w ss o c k e t 规范定义并记录了如何使用a p i 与i n t e r a c t 协 议族连接，所有的w i n d o w ss o c k e t 实现都支持数据流套接口和数据报套接口。应 用程序调用w i n d o w ss o c k e t 的a p i 实现相互之间的通信。w i n d o w ss o c k e t 又利用 下层的网络通信协议功能和操作系统调用实现实际通信工作【3 3 】。 网络通信的s o c k e t 接口模型将通信主机或进程当作断电，一个s o c k e t 对应于 通信的一端。每个正在被使用的s o c k e t 都有它的类型的相关进程。s o c k e t 同时支 持数据流s o c k e t 和数据报s o c k e t ，对于无连接服务器，它可以通过客户端与服务 器端之间一个请求一个应答来处理事务；对于连接服务器，处理请求比较复杂， 往往采用并发服务器。 在网络编程时常常把套接字作为应用进程和运输层协议之间的接口，如图2 1 所示。其中假定了运输层使用t c p 协议，如果使用u d p 协议，情况也是类似的， 只是u d p 是无连接的。通信的两端仍然可用两个套接字来表示。套接字已经成为 计算机操作系统内核的一部分。 基于浏览器数字港及其应用技术的研究 客户 图2 1 套接字是应用进程与运输层协议的接口 f 逗21s o c k e t i s t h e i n t e r f a c e o f a p p l i c a t i o np r o c e s sa n d t r a n s p o r t l a y e r 数据流s o c k e t 之间连接具体实现如下： 当客户端的s o c k e t 提出连接请求，即连接服务器端的s o c k e t 请求。客户端的 s o c k e t 对服务器的s o c k e t 地址和端口号进行探测，当找到服务器端的s o c k e t ，向 服务器端发送连接请求，服务器端接收到客户端发来的请求，若其s o c k e t 正处于 就绪状态，即立即向客户端发出“允许连接”的信号，然后建立一个新的s o c k e t 句柄，与客户端连接，一旦客户端确认此描述，连接就建立了，而服务器端的s o c k e t 则继续处于监听状态，准备接收客户端s o c k e t 请求。 2 4 1 3 a c t v e x 技术与a c t v e x 控件 ( 1 ) a c t i v e x 技术 a c t v e x 是微软公司的架构技术标准，实际上是对象莲接与嵌入( o l e ) 的新 版本，使o l e 接口加强了对数据和特性的管理，效率更高，而且更加便于进行 i n t c r n e t 互操作。由于a c f i v e x 既包括服务器端技术，也包括客户端技术。因此， a c t i v e x 被广泛应用于w e b 服务器以及客户端的各方面；同时，a c t v e x 技术也 被用于方便地创建普通的桌面应用程序。a c t v e x 技术主要包括的内容是：a e t i v e x 控件、a c t v e x 文档、a c t i v e x 脚本描述和a c t v e x 服务器框架。 f 2 ) a c t v e x 控件 a e t i v e x 控件是利用o l e 和a e t i v e x 技术自定义的控件，是基于与应用程序 竺竺唧 应 一 竺竺附 应 一 一 第2 章基础理论及关键拉术 无关的思想而设计的，其目标是提供一种面向对象、与操作系统无关、与机器平 台无关、可以在应用程序之间相互访问对象的机制。a n h d 控件是建立在c o m 标准上的独立的软件元件它提供给用户应用接口，发送相应的事件。开发者则 可以截取这些事件，执行相应的功能。a e t i v e x 控件开发端和使用端是完全独立的， 可以用d e l p h i 、v b 、p o w e r b u i l d e r 、v c + + 种开发工具来开发，又可以用于不同语 言、不同开发平台、不同的系统环境中。 2 , 4 2w e b 3 ds e r v e r w e b 3 ds e r v e r 是介于客户端和s q l 数据库之臼j 的中转监听服务器，在服务 器端的w e b 3 ds e r v e r 启动之前，客户端只能进行数据浏览；在服务器端的w e b 3 d s e r v e r 启动之后，客户端方可进行数据的属性查询。 在w e b 3 d 安装程序的b i n 文件下双击w e b 3 d s e r v e r e x e ，系统将弹出服务器 界面，如图2 2 。 墨口商隧嚣鬻。倒到 ! ! 鲍! ! i i i i t g 一 【日o o o x 苴i 啊 矗茹；蔷备_ 景百蕊o 嚣莳两而i 一l ：l6ee 啪 4 * 自t h l 挂一“喇a 唧：2 0 0 】 ic 】6b bq l m z # m i 1 14 1 1 1 * l ：1 b 1 3 1 h* # | t ，拙1 l _ 】1 c d - ! 1 ，。一! j r 圉2 , 2 服务器界面 f j g 2 2 t h e i n t e r f a e eo f * n 目 基于浏览嚣数字港及其应用技术的研究 具中： o启动对端口的监听服务。 o 暂停对端口的监听服务。 o ：停止对端口的监听服务。 j 按i p 地址分类查看目志。 可：设置服务器状态。选择此项，系统将弹出设置对话框，如图2 3 所示 在此可进行服务器的设置。 9 退出程序 口了翻l 毯剖 计算机启动时启动系统f 1 7 自动启动服务l 舻蒸觐国薹燮l 圈塑i 图2 3 设置服务器的对话框 f 培2 3s e t d i a l o g o f s e r v e t 第3 章基于浏览器数字港系统的集成 第3 章基于浏览器数字港系统的集成开发 3 1 数字港口应用系统的架构 3 1 1 数字港口的性能需求 从理论和技术层面上，我们把数字港口定位于一种基于浏览器的虚拟地理信 息系统，是g i s 、i n t e r n e t 、v r 、数据压缩、快速显示技术相结合在航海信息领域 中应用的产物。由于港口地形结构复杂，船舶众多，业务复杂，信息分散，所以 需要建立基于浏览器的数字港系统实现港口一体化管理，此系统在性能上主要表 现在以下几点： ( 1 ) 数字港口场景的三维重现：实现数字港口自然地形景观和人文特色景观的 多种形式浏览，包括放大、缩小、漫游等。 ( 2 ) 数字港模型的网络传输与快速绘制：对数字港信息进行压缩与转换，并采 用快速显示的方法，达到网络传输数据少，场景显示速度快的效果。 ( 3 ) 信息查询：用户可以通过浏览器对数字港口重要建筑物进行属性查询，也 可通过地物的名称查询地物在场景的位置，即图形到属性的双向信息查询。 数字港口系统的任务：首先，进行数据采集，通过获取的卫星影像数据或者 航空影像数据，进行数据生产，利用数据实现真实感的三维地理信息，综合展现 三维数字港口的可视化直观效果。其次，进行网络发布，通过矢量和图像信息的 压缩