（计算机科学与技术专业论文）web方式下电子海图的显示技术研究与应用.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：日 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ： 导师c 签名，瓠诛晰工缉卿 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着计算机科学技术的进步，我国航运事业得到了巨大的发展，据不完全 统计，近年来国内各主要港口进出船舶的数量和船舶密度呈现出不断增加的趋 势，因此，海上船舶的航行安全问题也越来越受到关注，航运企业需要及时了 解港口船舶航行情况的迫切性曰益显著，以便为船舶的安全航行提供有力的保 障。近年来，电子海图技术得到了较大的发展，再加之计算机网络的普及和广 泛应用，这势必为船舶实时监控系统的应用开发提供技术层面支撑。虽然以传 统的c s 模式为主流的海图显示和监控平台使得船舶航行和安全情况得到了很 大的改善，但考虑到用户需求的增加及时效性等因素，传统c s 模式的海图监 控平台已满足不了用户的各种需要。在互联网环境下，基于b s 模式的w e b 应 用服务开始逐渐被人们关注。因此，本文一开始先通过对比上述两种模式的功 能特点，然后提出了基于w e b 方式的海图显示平台开发与研究的意义和必要性， 通过对各种w e b 应用技术的实现方式研究和对比，最后构建起基于w e b 方式下 海图显示与应用平台。本文的实现方案如下： ( 1 ) 在基于电子海图瓦片拼接技术的基础上，通过对g d a l 工具开源库的分 析，采用基于g d a l 库的开源集成软件g l o b a lm a p p e r 、m a p t i l e r 完成s 5 7 海图 瓦片的切割与分层存储。 ( 2 ) 考虑到网络传输效率问题，本系统客户端编程采用j a v a s c r i p t 技术，并结 合o p e n l a y e r s 库的使用，给出一种基于w e b 方式的电子海图显示方案。采用 a j a x 异步请求技术完成海图的快速显示，实现w e b 电子海图的缩放、拖动以及 关注点标注等基本操作。 ( 3 ) 根据具体的显示要求，将外界存储通讯设备如a i s 等信息叠加到电子海 图上，在实现a i s 数据的动态更新的前提下，实现w e b 海图在大比例尺模式下 的a i s 船舶显示，并达到良好的用户体验。 通过探索与具体实践，本文基本解决了基于w e b 方式的海图显示问题，并 融合了a i s 船舶信息与海图的叠加显示，为进一步实现b s 模式的跨平台、跨 地域的船舶实时监控应用奠定基础。 关键词：海图瓦片，电子海图，s 一5 7 ，o p e n l a y e r s ，w e b g i s ，a j a x 技术 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ha d v a n c e si nc o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , c h i n a ss h i p p i n gi n d u s t r y h a sb e e nt r e m e n d o u sd e v e l o p m e n t ，a c c o r d i n gt oi n c o m p l e t es t a t i s t i c s ，r e c e n t l yt h e n u m b e ro fs h i p sa n dt h es h i p s d e n s i t i e so fm a j o rp o r t si nc h i n ac o n t i n u et oi n c r e a s e a n ds h o war i s i n gt r e n d ，t h e r e f o r e , t h es a f e t yo ft h es h i p sn a v i g a t i o na r ef a c e d 丽m m o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t h es h i p p i n gc o m p a n i e sh a v ea l lu r g e n tn e e dt op r e d o m i n a t e t h e s h i p s i nt h ep o r tt op r o v i d ep r o t e c t i o nt ot h es h i p ss a f e t yo nt h ev o y a g e e l e c t r o n i cc h a r tt e c h n o l o g yh a sb e e ng r e a tp r o g r e s s ，c o u p l e dw i t l lt h ep o p u l a r i t yo f c o m p u t e rn e t w o r k sa n de x t e n s i v ea p p l i c a t i o n ，t h i si s b o u n dt ot h es h i pf o rt h e a p p l i c a t i o no fr e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e mp r o v i d e st h e t e c h n i c a ls u p p o r t ，t h e t r a d i t i o n a lp l a t f o r m so ft h ec h a r td i s p l a ya n ds h i p sd y n a m i cs u p e r v i s o r yi nt h ec s m o d eh a v ei m p r o v e dt h en a v i g a t i o ns e c u r i t yo ft h es h i p sg r e a t l ya st h em a i n s t r e a m b u tg i v e nt h ei n c r e a s ei nu s e rd e m a n da n dt i m e l i n e s sa n do t h e rf a c t o r s ，t h et r a d i t i o n a l c sm o d ec h a r tu s e rm o n i t o r i n gp l a t f o r mc a nn o tm e e tt h ev a r i o u sn e e d s i nt h e i n t e r n e te n v i r o n m e n t , b a s e do nb sm o d ewe ：ba p p l i c a t i o n sb e g a nt ob ek n o w n t h e s i g n i f i c a n c ea n dn e c e s s i t yo ft h ew e b - b a s e dc h a r tp l a t f o r mf o rd e v e l o p m e n ta n d r e s e a r c hw a st ob ep r o p o s e db yc o m p a r i n gt h ef u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c su n d e rt h e t w om o d e l s ，t h e ns t u d y i n ga n dc o m p a r i s i n go fv a r i o u si m p l e m e n t a t i o n su s i n gw e b a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y a tl a s t , w e b - b a s e da p p l i c a t i o np l a t f o r mf o rt h ec h a r td i s p l a y h a sb e e nb u i l d e d ，t h i st h e s i sm a i n l yi n c l u d e ： ( 1 ) b a s e do nt h et e c h n o l o g yo fe l e c t r o n i cc h a r tt i l e rc o n j o i n i n g ，t h r o u g ht h e a n a l y s i so fg d a lt o o l s o p e ns o u r c el i b r a r i e s ， b a s e do no p e ns o u r c ei n t e g r a t i o n s o f t w a r es u c ha sg l o b a lm a p p e r 、m a p t i l e rc o m p l e t et h es 一5 7m a pt i l e rc u t t i n ga n d t i e r e ds t o r a g e ( 2 ) t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ee f f i c i e n c yo fn e t w o r kt r a n s m i s s i o n ，t h es y s t e mu s e s j a v a s c r i p tc l i e n t s i d ep r o g r a m m i n gt e c h n i q u e s ，c o m b i n e d w i n lo p e n l a y e r sl i b r a r yu s e ， p r e s e n t sa w e b - b a s e de l e c t r o n i cc h a r td i s p l a yp r o g r a m ，a s y n c h r o n o u sr e q u e s t su s i n g a j a xt e c h n o l o g yt oc o m p l e t eaq u i c kc h a r ts h o w st h ez o o mt oa c h i e v ew e be l e c t r o n i c c h a r t s ，d r a ga n dc o n c e r n sm a r k e dt h eb a s i co p e r a t i o n s i i 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) t h ed i s p l a ya c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so ft h ee x t e r n a ls t o r a g e d e v i c e ss u c ha sa i sa n do t h e ri n f o r m a t i o nc o m m u n i e a t i o nt ot h ee l e c t r o n i cc h a r t o v e r l a y , i nt h ea i sd a t at oa c h i e v et h ed y n a m i cu p d a t eo ft h ep r e m i s e ，t oa c h i e v ei n l a r g es c a l ew e bc h a r ta i ss h i pd i s p l a ym o d e ，a n da c h i e v eg o o du s e re x p e r i e n c e b ye x p l o r i n ga n dc o n c r e t ep r a c t i c e ，t h i sp a p e rb a s i c a l l ys o l v e dt h ew e b b a s e d m a pd i s p l a yi s s u e s ，a n dt h ei n t e g r a t i o no fa i ss h i po v e r l a yd i s p l a yi n f o r m a t i o na n d c h a r t sf o r t h ef u r t h e rr e a l i z a t i o no fb sm o d eo fc r o s s p l a t f o r m ，u - t o s s r e g i o n a l a p p l i c a t i o no f r e a l - t i m em o n i t o r i n go fs h i p sb a s i s k e y w o r d s ：m a pt i l e s ，e l e c t r o n i cc h a r t ，s 一5 7 ，o p e n l a y e r s ，w e b g i s ，a j a x i i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 电子海图的发展与应用1 1 1 1 国内外研究现状与存在问题分析l 1 1 2 电子海图显示与信息系统( e c d i s ) 3 1 1 3e c d i s 具备的功能5 1 2w e b 电子海图特点及研究的意义6 1 3 论文的主要研究内容和组织结构9 1 3 1 论文的主要研究内容9 1 3 2 论文的组织结构9 第2 章s 5 7 海图数据模型分析11 2 1i h o 测量数据传输标准11 2 2s 5 7 标准电子海图及其应用1 1 2 2 1e n c 数据采用标准1 2 2 2 2s 5 7 标准发展及现状1 2 2 3s 5 7 理论数据模型1 3 2 4s 5 7 物标解析1 4 2 4 1 特征物标14 2 4 2 空间物标一1 5 2 5s 5 7 数据结构1 6 2 5 1s 5 7 结构介绍16 2 5 2 记录的分类一1 7 2 6i s o i e c8 2 1l 封装标准18 2 6 1 数据描述记录( d d r ) 1 9 2 6 2 逻辑记录( d r ) 2 1 第3 章w e b 电子海图显示的相关技术2 3 3 1w e b 基本概念及应用技术2 3 3 1 1w 曲基本概念2 3 3 1 2h t t p 协议及请求方式2 3 3 1 ：；t o m c a t 2 4 3 1 4j a v a s c r i p t 应用技术2 6 3 1 5w e b g i s 体系结构。2 6 3 2o g c 服务标准，2 8 3 3 墨卡托投影变换算法2 9 3 4g e o s e r v e r 环境的配置一3 2 i v 武汉理工大学硕士学位论文 3 4 1g c o s c r v e r 安装与配置3 2 3 4 2o p c n l a y c r s 简介3 3 3 5 本系统架构实现3 4 第4 章w e b 方式下电子海图的显示设计与实现3 6 4 1 海图显示设计3 7 4 2 海图瓦片( t i l e ) 的提取3 9 4 2 1 瓦片的分层截取4 l 4 2 2 瓦片的存储4 2 4 2 3 各层瓦片的生成4 4 4 2 4 瓦片的无缝拼接4 6 4 3w 曲海图的快速显示4 8 4 3 1a j a x 异步请求及传输技术。4 8 4 3 2 海图拖动技术的实现5 2 4 3 3 海图缩放技术的实现。5 4 4 3 4 海图关注点标注和地物信息显示5 5 4 4 本章小结5 7 第5 章w c b 方式下电子海图的应用5 8 5 1 船舶自动识别系统( a i s ) 的结构及其功能5 8 5 1 1a i s 的系统结构。5 8 5 1 2a i s 的功能特性6 0 5 1 3a i s 数据存储6 1 5 2 海图与a i s 船舶的叠加显示6 2 5 2 1 船舶小位图的叠加显示。6 2 5 2 2 地理( 投影) 坐标与屏幕坐标的转换6 3 5 2 3 船舶叠加显示的技术实现6 4 5 3 大比例尺模式下a i s 船舶的动态刷新6 6 5 4 本章小结6 8 第6 章总结与展望6 9 6 1 研究工作总结6 9 6 2 工作展望7 0 致谢7 1 参考文献7 2 攻读硕士期间发表的论文及科研情况7 5 v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 电子海图的发展与应用 电子海图技术集多种技术于一体，能够形象、直观、灵活地显示和处理 地理信息和航海信息，是开始于二十世纪七十年代的一门新技术，兴起于二十 世纪九十年代，它开创了智能化航海的新里程【l 】。电子海图可分为两个组成部 分，一个部分是电子海图数据( e l e c t r o n i cn a v i g a t i o nc h a r t ，简称e n c ) ，另一部 分是各种基于电子海图数据开发的应用系统，其中以电子海图显示及信息系统 ( e l e c t r o n i cc h a r td i s p l a ya n di n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称e c d i s ) 最为重要，正是由 于e c d i s 的出现及广泛应用，才促进了电子海图的迅速发展。 电子海图和电子海图显示及信息系统的紧密融合使得航海人员能够非常 直观、准确地了解其管辖区海域船舶航行的实时状况，便于他们进行一系列的 监控操作，此外，在这个平台上还集成有多种航海设备( 女【i g p s 、雷达等) 的通讯 信息，这使得操作人员可以清晰地看到其服务区海域上船舶的行走路线，通过 相关技术手段，我们可以将这些设备的信息叠加在海图上，更加方便航海人员 使用该平台，并最终为船舶的航行安全提供保障【2 】。 1 1 1 国内外研究现状与存在问题分析 二十一世纪各国海上航运技术有了快速发展，越来越多的高科技手段开始 服务于航海领域，为海上船舶航行的安全性提供了有力的保障。电子海图技术 与地理信息系统( g i s ) ( 基于数字地图进行信息管理和分析的计算机系统) 类似， 它是依靠计算机等高科技手段，提供管理和研究空间数据的一种技术系统，实 际上电子海图系统是g i s 研究中的一个子系统，电子海图系统主要研究用计算机 软件技术快速的生成符合国际标准的数字化形式的海图，电子海图越来越受到 高度重视，是因为它比传统纸海图有了较大的进步，具体表现如下： ( 1 ) 在电子海图上我们可以进行航线设计、航迹监测、航程历史回放等【3 】， 极大地满足了航海人员的各种需要，使其足不出户就可以远程记录海图上船舶 实时显示的轨迹、航速及航向等要素， ( 2 ) 将雷达6 舢a 返回的空间数据图像叠加在海图上会使船舶监控功能更 武汉理工大学硕士学位论文 加强大。此外，电子海图可以与各种通讯设施以及一些通讯接口相融合，共同 组成电子海图显示与信息系统( e c d i s ) ，该系统本身的独特设计使其可以和各种 导航设备之间相互通信，能够将接收到的信息在电子海图上以某种形式叠加显 示，还可以结合相应技术实现船舶的动态刷新功能，这为船舶的安全航行提供 了非常有力的保障。 ( 3 ) 改用无纸化操作为级别较低的高级船员积累经验提供了更多的机会，在 过去，他们几乎所有时间都在纸图上进行船位的修正和标绘，因为电子海图使 此项工作成为不必做的事，可以让他们从事更多的工作。 ( 4 ) 电子海图可以用各种方式交付，包括将c d r o m 光盘送到船舶停靠的 港口或者通过港口的w i f i 下载或通过船舶的卫星通信连接得到，正是电子海图 技术的出现，引起了海洋测绘和航海领域一场翻天覆地的技术革命【3 1 。 1 9 9 3 年国际海事组织( i m o ) 正式颁布电子海图技术标准，使得电子海图可 与使用了几百年并被国际法规认可的纸质海图等效，成为海事基础性资料。我 国电子海图的研究与国际上保持同步，1 9 8 8 年，由海军海洋测绘研究所研制的 d h t 2 1 0 1 型电子海图系统装船试用之后，国内的研究所和院校纷纷加入这一研 制行列。1 9 9 5 年我国正式颁布了电子海图技术规范，使电子海图的研制有章 可循【5 】o 随着瑞典p r i m a r 公司的电子海图f e n c ) 日前首获批复，可通过互联网直接 从电子海图显示与信息系统( e c d i s ) 下载。据了解，p r i m a r 公司的新型e c d i s 4 0 0 0 通过挪威船级社认证，采用的a d v e t o 先进技术符合所有相关条约和标准， 能提供独特的功能，如电子海图安全网络连接，可实现在线连接或下载。据悉， a d v e t o 和p r i m a r 紧密合作，目前通过全球经销网络已提供了超8 0 0 0 套电子海图。 2 0 0 8 年9 月1 日，中国海事局电子海图对外界公开发行，其生产的产品符合 m os - 5 7 ( ( 海道测量数据传输标准和s 5 8 e n c 验证检查推荐标准的要求，现 实性强，基本实现了对中国海区的完整覆盖。根据m o 电子海图数据保护方案 ( s 6 3 ) 的要求，中国海事局已向国际海道测量局( i h b ) 申请电子海图数据服务 证书。1 2 月5 日签署的中华人民共和国与英国海道测量局电子海图发行安排 将通过英国海道测量局遍布全球的销售网络发行中国沿海港口航道的电子 海图，为进出我国港口的各国船舶提供安全保障【7 1 。 从1 9 9 6 年国际海道测量组织发布最新的有实用价值的电子海图标准以来， 短短几年时间，电子海图以其强大的生命力，迅速走过了从推出概念到软件产 品开发，再到实用推广应用之路，已经深入到了与航运相关的每一个角落。随 2 武汉理工大学硕士学位论文 着各国官方电子海图逐步完备、标准e c d i s 的出现以及i m o 的认可，e c d i s 已经 成为2 l 世纪航海信息综合处理手段，电子海图及其衍生设备将形成巨大的市场 空间。 近年来，一些部门单位也在努力探索w e b 方式下电子海图的显示方法，有 些采用的是基于g d i 画图模式的方法，从数据库中读取s 5 7 结构数据，并将其 勾画在当前显示区域，这种方法导致海图信息显示不完整、浏览过程中海图拖 动显示的效率低下的问题。 1 1 2 电子海图显示与信息系统( e c d i s ) 电子海图显示与信息系统，英文为e l e c t r o n i cc h a r td i s p l a ya r i di n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称e c d i s ，属于海图显示范畴，它与官方电子导航海图( e n c ) 相互 渗透，e n c 是惟一可以合法地用于e c d i s 上的电子海图数据库。i m oe c d i s 性 能标准中指出，e c d i s 是一个导航信息系统，这个系统具有充足的后备措施， 可以被接受为符合1 9 7 4 年s o l a s 公约中v 2 0 条规则要求的最新海图6 1 。它可 有选择地显示系统电子导航海图( s e n c ) 中的信息以及从传感器获得的位置信 息以帮助航海人员进行航线设计和航道监视，并且能够借助a i s 等设备按要求显 示其他与航海相关的补充信息，e c d i s 把带有实时定位信息( 如d g p s 、g p s ) 的 海图数据精确地描述在电子海图显示平台上。此外，它采集来自其它传感器的 信息( 如测深仪、雷达、罗经等) ，并提供给航行信息系统【6 】。e c d i s 系统组成 如图1 1 所示： 图1 1e c d i s 系统组成 3 武汉理工大学硕士学位论文 e c d i s 是指符合有关国际标准的船用电子海图系统。它以计算机为核心连 接定位、测深、雷达、a i s 等设备，以电子海图为基础，综合反映船舶行驶状 态。为船舶驾驶人员提供各种信息查询、测量和航海记录专门工具，是一种专 门的地理信息系统( g i s ) ，e c d i s 可以与船舶自动控制系统连接，实现船舶的自 动驾驶【1 1 。总的来说，e c d i s 系统组成中，计算机是电子海图的核心，主要依靠 它来完成大量数据计算、逻辑推理、计算机图形绘制的处理。 海上航行的需要决定了海图的特性，决定了海图是一个国际化的图种，实 现电子海图国际标准化的必要条件就是数据按s 一5 7 标准制作、显示按s 5 2 标准 执行( s 5 2 标准是关于电子海图制作与应用的标准，特别是对电子海图显示与 信息系统在海图显示方面做了很详细的规定) 。e c d i s 的显示模式是适应真实 世界的动态显示模式，不但可以按默认的色彩和符号显示海图，还可以按顾客 要求和航行的状态，通过指令动态改变显示效果，以适应航海需要。 电子海图显示与信息系统( e c d i s ) 的雏形是1 9 6 7 年比利时推出的定位仪 与海图标绘相结合的m a n a v 。随后各国都对电子海图的研究进行了大量的投 入，不惜斥巨资进行研究开发，并取得了令人瞩目的成就，从而加速了e c d i s 的 进程。国外著名的生产e c d i s 的厂家有很多，最著名的是加拿大o f f s h o r e 公 司和英国船商公司，我国对电子海图相关研究起步较晚，最初只是仅限于部分 专门的海事研究所用于实验室产品研究使用，其中，大连海事大学自9 0 年代初 就开始着手于电子海图格式及e c s 的开发应用推广工作，并取得了一定的成果， 开发了拥有我国自主知识产权的电子海图应用系统。并从国内研究的实际情况 出发，研发并推广了一批符合s 5 7 和s 5 2 国际标准电子海图的导航系统等平台， 其中船用电子海图导航系统( 含a i s ) 通过c c s 检验。同时，许多非专业公司和单 位都瞄准了电子海图应用系统的开发，并且已经有多家的简易型e c s 投入使用。 在电子海图出版方面，海军“航保部”作为我国海图出版的惟一合法单位，已 经建成我国数字海图( 简称c d c ) 库，并且由大连海事大学航海技术研究所协助己 经完成与s 5 7 数据转换问题。 通过对e c d i s 发展过程及现状的研究，我们可以看出e c d i s 的发展具有以 下特点【6 】： ( 1 ) 国际标准己趋于完善，电子海图的法律地位得到肯定； ( 2 ) 国际合作加强，区域电子海图协调中心的建立己成趋势； ( 3 ) 商业发展先于官方进展，成为引导应用的主力军【6 】； ( 4 ) 电子海图的规格、等级参差不齐，中低档次产品的应用先于高档、标 4 武汉理工大学硕士学位论文 准的系统【6 】； e c d i s 可以应用于航海、船舶交通管理、港口管理、船舶调度、污染管理、 搜救指挥、航标管理、渔业、引水、海洋测绘、海洋工程等方面，对航运具有 非常重要的影响。因此，大面积地在船舶上推广应用e c d i s 仅仅是时间问题。 目前，世界上一部分航运技术公司已将其e c d i s 同导航系统、a r p a 、自动 舵等连接在一起。从而对来自这些航海设备的数据信息进行再处理、组合，给 航海人员创造了一个更具集成性能的信息检索、重组平台，以帮助他们在较短 时间内做出决策，在未来的研究与发展中，将逐步地减少人为因素的参与工作， 以减小海难事故发生的可能性，随着科技的进步，不排除使用智能化的机器代 替航海人员行使职斛6 1 ，比如在内河航道中实现高精度高可靠性的导航，从而在 安全、疏浚、航道管理等方面带来非常可观的经济效益，这些如果采用人工操 作，难度可想而知。 作为航行安全必不可少的海图信息必须面临多用户和多服务方式的挑战， 在互联网高速发展的今天，越来越多的船舶公司和顾客希望能以w e b 方式查看 船队在电子海图上的位置和信息，及时了解物流信息，为船舶海上航行提供安 全保障等【6 】。为此，本设计系统提出构建基于b s 结构的w e b 电子海图系统，为 不同终端、不同要求的用户提供可靠的信息服务，从而为电子海图系统在i n t e m e t 上的发展提供了理论与技术基础【6 】。可以预见，未来电子海图显示与信息系统有 潜能成为全自动航行船舶一个核心界面载体。 1 1 3e c d i s 具备的功能 ( 1 ) 海图显示：在给定的投影方式下合成和显示海图( 在使用墨卡托投 影方式时，可以适当选取海图的基准纬度，以减小投影变形) ；可以选择运动 方式和朝向，以“相对运动”或“绝对运动”方式显示海图【4 】。 ( 2 ) 定位及导航，同记程仪、电罗经、g p s 、l o r a n c 、测深仪和气象仪 等设备之间进行数据通信，对接收到的信息进行整合、分析处理【习；完成所需要 的数据在海图区域上的标注工作，给监控人员提供清晰准确的监视画面。 ( 3 ) 雷达信息处理，e c d i s 可将雷达图像或a r p a 信息叠加显示在电子 海图上，提供本船、本船周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系【4 】。 ( 4 ) 航线监视，在船舶航行过程中，e c d i s 能自动计算船舶偏离计划航 线的距离【4 1 ，必要时给出指示和报警，实现航迹保持。 5 武汉理工大学硕士学位论文 有了这些功能，航海人员在航行过程中的定位和设计计划航线等工作将更 方便快捷，对船舶航行安全更有保障。 1 2w e b 电子海图特点及研究的意义 随着科学技术的发展，航海应用领域中的各项软件、硬件设备技术取得了 巨大的进步，e c d i s 在基础的电子海图平台上将多种航海领域的先进技术集成 在一起，提供了有利于船舶航行的自动实时导航、船舶避碰智能化及实时动态 监控等功能，使海上航运智能交通系统的发展取得了长足的进步【l ，电子海图 显示与信息系统如今已发展到能够将海图信息、定位信息、雷达信息、避碰信 息等组合在一起，具有导航接口和信息接收、传输、处理功能，能够完成航海 综合信息处理的应用系统。 随着空间信息应用范围的日益广泛，基于广域网提供大用户量并发访问的 海图服务已经成为空间信息共享交换的一种主要形式。传统的g i s 技术已经不能 满足新兴海图浏览服务的需求，从以往的研究中可以发现，目前对电子海图的 研究主要限于单机系统的开发应用，即传统的基于c s 结构开发的软件，它采用 基本的基于文件系统的电子海图数据共享，并没有涉及电子海图数据库( 空间数 据库) 的共享问题，互联网络技术的应用只是局限于通过i n t e m e t 下载海图改正的 数据文件，而要实现真正的符合海上交通交通需要的海运智能交通系统，则必 须研究基于万维网( w w w ) 的e c d i s 【l o j 。 二十一世纪是网络的时代，互联网络i n t e m e t 的迅速崛起和在全球范围内的 飞速发展，使万维网( w o r l dw i d ew e b 简称w w w 或w e b ) 成为高效的全球性信息 发布渠道。电子海图技术随着w e b 功能应用得到很多扩展。 基于w e b 的电子海图系统具有以下特点： ( 1 ) 多种客户可以通过i n t e m e t 访问电子海图系统，获得各种各样的服务； ( 2 ) 海图数据的管理由服务器集中完成，方便用户得到及时更新； ( 3 ) 降低系统开发成本，用户只需使用w c b 浏览器，就可以获取服务，无 需安装额外的设备和软件，基于w e b 的电子海图系统可以将更多全局性的操作 交由服务器端执行，而对数据量要求较小的操作则由客户端完成，客户端只需 按需要向服务器请求一定的操作，从而使得这种计算模式更加灵活、高效。 ( 4 ) 功能可扩展性，基于w c b 的电子海图系统很容易跟w e b 中的其他信息 服务进行相互集成，使网络应用更加灵活多样化。 6 武汉理工大学硕士学位论文 在互联网发展势头日益迅猛的今天，海图信息显示平台将面临比以往任何 时候都要多的用户和多服务模式的挑战，航海人员更加倾向于借助互联网的方 式查看船队在电子海图领域的位置和相关船舶、航线路径信息，为此，本系统 提出构建基于b s 结构的w e b 电子海图系统，目的在于为不同计算机终端用户、 不同需求的用户提供便捷、准确的网络信息服务，为电子海图系统在i n t e m e t 上 的发展与应用提供了理论与技术支撑，正是鉴于这些优点，基于w e b 的电子海图 系统已经成为e c d i s 研究领域中的一个重要发展方向。 在互联网技术尚未兴起的很长一段时期，基于c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式的电 子海图监控系统备受关注，该模式具体工作流程如下：首先客户端将用户请求 的任务提交给服务器程序，此时客户端进入等待状态；服务器端接收客户端的 请求并处理完毕之后，再将结果返回给客户端程序。此外，客户端还必须负责 海图和a i s 船舶数据的叠加显示，以及各种测量、查询、绘图等功能的完成， 以达到监控海域的目的。如图1 2 为c s 模式的船舶监控系统的示意图。 飞l 一 a i s 解码服务器 锄一甥雹物 东臻渤 隧引二怒f 厂磊 e ”9 i 警”、 固妙阁固 通信服务器数据库服务器数据库 隧缓簸缨黪獭溺獭徽缀溯嬲麟懒霸巍溪缵踢鞣溺鹈凌羧缴滋濑熬糍缀黼 船舶监控客户端1船舶监控客户端2船舶监控客户端 图l - 2c s 模式的船舶监控系统的示意图 这种模式大大减轻了服务器端的负荷，当客户端用户发出连接请求，服务器 端得到响应后，只需不停地发送数据，让客户端接收并处理就可以了，能够充 分发挥客户端p c 的处理能力，客户端承载着大量的处理工作，在用户需求较小 的情况下，客户端响应的速度可以很快，但随着用户需求的不断增多，这种模 式产生的弊端也越来越突出： ( 1 ) 增加了使用成本，客户端实现决定了整个系统的处理承载性能，使得任 何使用该平台的企业或个人的计算机系统上都必须购买、配置相应的客户端软 7 武汉理工大学硕士学位论文 件，这样阻碍了系统分发特性的扩展【刃； ( 2 ) 尤其当用户数量急剧增加时，用户需要与该系统的服务器注册部分进行 频繁的数据传输，这给数据传输的安全性增加了隐患，也给开发技术人员维护 系统增加了难度。 ( 3 ) c s 结构软件的版本升级问题也给使用该平台得用户带来不必要的麻烦， 此外，该结构软件大多适用在局域网内，不利于监控系统在地域上无界限的推 广【4 】。 分析了以上种种弊端之后，我们发现：开发一种基于w e b 浏览器方式的海图 显示与船舶监控系统是十分有意义的，目前大多数企业和用户都在向基于b s 结 构的服务应用转变，b s ( b r o w s e s e r v e r ) 模式即浏览器和服务器模式。随着 i n t e r n e t 的发展，用户的工作界面是通过w w w 浏览器来实现，因此，b s 结构 的系统可以直接利用浏览器便可以获得用户指定的服务。b s 结构优点如下【1 0 】： ( 1 ) 系统对客户端计算机的配置要求低，因为不需要客户端进行大量的逻辑 处理，只要有w e b 浏览器就可以方便的操作，充分体现了系统分发的特性。 ( 2 ) 摆脱了c s 结构软件仅在局域网上实现的局限，通过连接i n t e r n e t 网络， 实现不同人员、不同地点、不同方式的远程访问，用户可以从世界上任何一处 只要是连入i n t e r n e t 的计算机上就可以实现对船舶的动态监控功能【4 】，极大地拓 宽了用户的适用范围。 ( 3 ) 软件升级方便，基于b s 架构的软件最大的特点就是只需要管理服务器 即可，任何操作只需要在服务器端进行【4 】。 基于w e b 方式的海图快速浏览系统是一种新型的地理信息网络服务技术， 通过预先对空间矢量数据和影像建立索引( 图片金字塔) ，大幅提高系统的响应 速度，以满足各种空间影像数据的网络发布。海图快速浏览系统是互联网通用 底层技术之上直接开发的，不需要客户端安装任何软件( 插件) ，因此具有跨机 器、跨操作系统、跨平台的特点，超越了传统w e b g i s 的局限性。快速浏览海图 是以图片的方式进行传输，本身不带敏感度高的矢量数据，海图的发布、运行 则完全脱离g i s ，在互联网上独立完成。海图快速浏览系统具有以下基本功能： 空间海图快速浏览、海图绘制、海图测量、属性查询、空间查询、上传及下载 图形、多海图自由切换、多时像数据对比展示和多图层叠加。海图快速浏览系 统的工作过程包括数据整理、图片加工和发布运行，图片加工包括样式设置、 海图图片生成和属性索引三部分工作，发布运行则有界面定制、系统配置和系 统运行三部分组成。 8 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 论文的主要研究内容和组织结构 1 3 1 论文的主要研究内容 本文将首先对传统的基于c s 结构的电子海图船舶监控系统中的弊端进行 改进，结合w e b g i s ( w e b 地理信息系统理论技术) 1 7 1 ，在深度解析常见的几种 w e b 服务实现方案的基础上，设计出一种基于w e b 浏览器方式的符合国际标准 电子海图显示平台，并与a i s 船舶信息叠加显示，最终完成基于海图瓦片形式 的无缝拼接显示及大比例模式下海图上船舶的刷新显示。 本文的研究工作重点概况以下几方面t ( 1 ) 比较w c b 应用领域重要的几种开发技术，综合考虑海图快速显示的效率 及w e b 海图与a i s 船舶信息的叠加方案，在此基础上提出自己的可行性方案； ( 2 ) 通过对g o o g l e 地图等地图制作的实现技术的深入研究，结合现有的软硬 件技术条件，采用海图瓦片的拼接技术实现w e b 海图的显示； ( 3 ) 设定海图上可执行的功能操作，包括在客户端海图的分层显示、放大、 缩小、拖动等基本操作；a i s 数据的实时存储和提取；船舶信息与海图的叠加 显示和动态刷新。 1 3 2 论文的组织结构 本文共分为6 章，每章的内容如下： 第1 章绪论，介绍了本课题的研究意义及国内外研究的现状，接着重点讲 述了w e