（交通信息工程及控制专业论文）航道信息管理平台研究.pdf

南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 a b s t r s c t 耘t e r . a y i n for in a t i o n r e s o urc e s are t h e b a s i s o f in a n 8ge m e n t and c o n s t r u c t i on of ， a t e r w a y .而1 1u t i l i z a t i o nand s h ari n go f i n for . a t i on res o u r c e s a r e t he 哑j or r e s e arc h t opi c o ft h e c u r r e n t c o n s t ruc t i on o f w a t e r ， a y i n f o r 口 a 幼o n ，t h i sp spe r口 a d ean i n-d e p t hs t u d y，hi c hfoc u so nc o n s t r u c t i o n o fi n f o 抽a t i o n口 a n a g e ln e n tp l a t form andt e c hno l o g yi 呻l e 口 e n t ati o n. the岭i n c o n t e n t sa r ea sfol l o ， 5. themn 昭e men tb u s i n e s sandt h ed a y - t o - d a yb u s i n e s sd a t ao f， a t e 邝a y s e c t or ， e r e主 nve s t i g a t e da n dr e s e arc h e d. thec h a r act e r i s t i c so f髓t e r 贾 a y i n f o r . a t i o n， e r ea n a l y z e d.thep a p e rmd eac 1 a s s i f i e dr e s e arc ho ft h e 贾 ate r ， a yi n f o r 口 a t i on ， c o . p l e t e dt h ea n a l y s i sof t he 那t e 坪盯 i n f o r . 日 t i on 口 a n a g e men tp l a t form n e e d s， d i s c u s s e dt h er e 1 a t e dt e c h n o 1 o g i e st hatt h e ， a t e r 份 a yi n for 口 a t i o n口 a n 昭e . e n tp l a t for m， as d e v e 1 ope d， b a s e do nt h e骼t e 邝a yi n for ln a t i o n. 日 n 明e men tp l a t form d e 口 a n da n a l y s i s ， c o n f i 抽e dt h ep r i n c i p l e s，d e v e l o 四e n tg o a l st h en e t wor karc h i t e c t u r eo f 份 a t e r . a yi n f o r 口 a t i o nm 日 1 1 昭e men tp l a t fo细 andmad ead e t a i l e dd e s i g no ft h e f u n c t i o n mod u l e s . the p ape rc o n s t i t u t e d a ni n t e g r a t e dd e v e l o 阅e n t 讲。 名 r . o f p l a t f o r 口w h i c hb a s e do nt h eb / sfra m e . o r k . t h e t o p i c c o n s t r u c t e d a 能t e 件盯 c e n t r a l dat a b a s e ， d i dan o v e r a l l p l a n n i 雌 o fdat aba s e，e s t abl i s h e das t and ardmod e 1o fb a s i cdat aba s e ，阳d ed a t ap 1 8y t h egre 鱿e s te f f e c t i v e n e s s ，ach i e v e dt h es h a r i n go b j e c t 主 v eb e t 帕e nt h e 帕t e r w a yb u s i n e s ss e c t or. t o c o 口 b i n e a dyanc e d n e t 份 o r k t e c hno l o g y ， s e l e c t e d m i c r o s o f t . n 盯 f r 翻洲o r k， 1 口 p l eme n t e dt h ewat e r ， a yi n for 田 a t i o n哑n a g e men tp l a t form t oc # l a n gua g e， a c t u a l i z e dt h e，at e 邝盯 b a s i cd atai n p u t ， a t e rw盯 man 昭e m e n t ， ， ste r 贾 a yi n for 口 a t i o nd i s s e m i n a t i on，ando t h e rfun c t i o n smodul e s . 贾 i t ht h eapp l i c ati o nandp e r f e c t i o no fp 1 atf o 灿 ， t h es t u d y贾 1 1 1讲o v i d e t he e f f e c t i v em 巳 n a g e 口 e n tm e t hodo1 0 g yo ft 阮 租t e r ， a y dep art 口 e n ti nu s i n go f i n for . a t i o nr e s o urc e sandc o n s t r u c t i on o f， a t e r ， sy i n f o r id a t i o n . key . o r d s : ，at e r ， a yi n for . a t i o n， cente r n e t 和r kt e c h n o l o g y ，m 扛 n 昭e . e n tp l a t form ， n 声明 本学 位论文是我在导师的指导下取得的 研究成果， 尽我 所知， 在本 学位论文中， 除了 加以 标注和致谢的部分外， 不包含其他人已 经发表或 公布过的 研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的 学位或学历而使 用过的 材料。 与我一同工作的同 事对本学位论文做出的 贡献均已 在论文 中作了明 确的 说明。 研 究 生 签 名 : 过皿卿 ， 浑 夕 月了 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学 位论文的电子和纸质文档， 可以 借阅 或 上网公 布本学位论文的部分或全部内 容， 可以 向 有关部门 或 机构 送交并 授权其保 存、 借阅或上网 公布本学位论文的部 分或全部内 容。 对于保密 论文，按保密的 有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 逐 浏啤 夕 年胡用 南京理工大学硕士学位论文 航道信息管理平台研究 1绪论 1 . 1课题的研究背景及意义 航道是国家交通基础设施的 重要组成部分， 是水运赖以 存在的基础。 改善通航条 件， 保证航道畅通和航行安全， 对国民经济和国防建设起着重要的作用。 为保证航道 的畅通， 在日 常的航道管理中必须随时获取航道数据。 然而，目 前航道管理中的信息 收集、管理却存在着相当的困难。 一些航道基础资料的管理还是以 人工整编、 卡片检索、 档案查询的方式为主. 这 种方式不仅使资料整编人员在整编工作上花费较大的精力，也使使用人员在资料查 找、 收集、 整理过程中耗费很多的时间， 直接影响部门的工作效率。 而由于资料来源 的不同， 资料在完整性、 正确性、 规范性等方面也存在很大的问 题。 资料的 残缺、 数 据的凌乱、 格式的多样， 往往使数据资料失去应有的使用价值。 如何合理、 高效地管 理这众多的数据资料已成为航道部门急需解决的一个重要问题。 航道结构复杂， 基础数据繁多， 这么多年来， 在航道管理部门积累了 大量的航道 普查资 料;而且河床受水流的 冲刷影响， 处于不断的变化之中， 对于未稳定的航道， 其变化尤其明显， 这也导致航道的大量数据处于不稳定状态， 经常随水情的 变化而变 化。这就更增加了航道管理人员的管理难度。 近年来随着计算机技术、网络技术、数据库技术、g is技术的发展，信息化建设 己 在各行各业如火如茶的开展起来了。 各航道管理部门也相继出 现了各种各样的管理 系统， 这些系统在一定程度一定范围解决了 一些航道管理问 题， 在某种程度上提高了 航道管理的效率。 但多数系统的功能 相对单一，不能适应复杂的 航道管理。 因此， 航道管理部门很迫切地需要一个通用的综合的航道信息管理平台。 一方面 便于管理者全面、 直观地掌握整个航道系统的相关信息. 方便管理者对航道数据的管 理和分析;一方面通过平台的建立， 充分地挖掘和利用现有的数据资源和网 络资源， 使这些信息资源尽可能地发挥其作用， 实现信息资源的共享。 该平台 预期达到以下目 标: ( 1) 资源共享 整个平台运行在网络环境下， 构建了 一个标准化的航道中 心数据库， 使航道数据 在航道各管理部门之间共用共享。 (2) 综合管理 该平台集航道信息的录入、 航道信息的发布、 航道文本信息的管理、 基于电子航 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 道图的航道专题管理和航道分析于一体。可完成对航道数据的综合管理。 1 。 2国内 外的 研究现状 在国外， 航道信息化程度较高的国家主要有德国和美国， 他们在航道建设上起步 早， 航道网的现代化程度高。 德国内河航道总长7 3 67公里， 莱茵河与多瑙河、 美因河、 易北河以 及人工运河构成德国内河运输网络， 德国制定了 一系列增加水运基础设施投 资、 加强信息系统建设等促进内河航道发展的政策措施。 美国 拥有世界上内河运输最 发达的水系密西西比 河。 二十世纪末开始就将智能运输系统、 差分全球定位系统等先 进的计算机、 通讯和导航技术应用到航道建设、 管理和维护工作中。 在美国 航道智能 化、信息化建设方面，出现的辅助系统主要有: 美国 地理信息 服务公司开发的“ 内 河航道 抛泥地选择系统” ttl ， 该系统基于 g ls 软件arcvi ，平台设计。 系统通过将研究区域航道疏浚和抛泥区的历史情况输入c is 系统， 从而为帮助工程师和管理人员更加合理地选择抛泥地提供支持。 美国 工 程兵空间 数据部开发的“ 区 域泥沙管理系统” 12 ， 该系统可以 为区 域泥沙 管理的工程师和科研人员提供与泥沙监测管理区域内 有关的 水下地形、 水道测量、 摄 影测量和历史疏浚物质等数据资料， 该系统为工程分析和区 域数值模型之间建立了 一 种联系。 近年来， 随着我国it技术的 发展， 其应用范围也不断 扩展。以关系数据库为基础 的内 河航道微机管理 等系统也开始应用， 这在一定程度上改善了目 前航道管理的落后 现状。先后出现过以下研究成果: 苏州市航道管理处的姚世龙研究了“ 基于g is的内 河航道信息可视化平台的设计 与实 现” ta ， 该 研究主 要针对苏州内 河航道 信息 化进程中 存在的问 题， 苏州航道的 管 理现状和特点， 阐 述了 数据可视化技术在航道信息资源中的实 现。 并通过苏州航道信 息资源可视化系统的开发， 研制、 介绍了 数据可视化技术在航道信息资源中的应用前 景。 杨细根， 张庆华等开发的“ 内 河航道管理信息系统” 闪 ，该系统是用 visu al fox pro3. 0 实 现， 主 要完成航道技术管理、 航道维护管理、 行政管理及航道定级四 个 功能，主要用于内河航道相关设施的管理。 邻春学、 杨春、 陈 先国 等研究的“ 河海航道监 测监 控管 理系 统” tsl ， 是基于邢ps( 差 分全球定位系统) 及 s ms( 短消息系统) 技术开发的。 此系统主要用来进行航标灯和船 只运行状况的监控。 成兴林 研究开 发的“ 航道巡 航数字监视系统” 闭 ， 该系统 依托于常州市航道管理 处， 是将多媒体数字视频监视技术运用于航道巡航，实现了对航道的数字监视。该系 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 统只是一种多媒体技术在航道管理上的简单应用。 中交第一航务工程勘察设计院童军等研究开发的“ 港航设施信息系统” 切 目 的是 实现对港航设施、 航运运输网 络的管理。 上海航道勘察设计研究院季岚、 史坦晶提出了“ 用g is技术构筑长江口 地理信息 系统” t.j 的设想， 目 的是用 g ls技术将历年长江口 科研中 积累的大量原始资 料和科研 成果进行数据集成、处理，方便应用。 武汉大学陈伟等研究的“ 电子江图 地理信息系统”侧 ， 该系统采用g eostar作为 g i s 平台， v i s u a l f o x 盯。 作为后台数据库， 用v i s u a l bas i c 作为前台开发工具，后 台用 a cti vex方式实现调用，应用程序与数据库之间通过 印b c( open dat abase cormectivity) 接口 相互连接，将电子江图信息系统应用于内 河模拟引 航。 武汉大学周宏伟、 余旭研究了“ 基于g ls的 水道演变分析系统” 10 ， 该系统可以 进行水道的三维显示， 三维冲淤变迁状况显示， 定量计算水道冲淤量， 水道疏浚挖槽 设计土方量计算，绘制任意水道断面图等功能。 武汉大学吴艳兰用 g ls 技术研究了“ 水道维护辅助系统”tll，系统利用 0 既( n i g i t a l e l e v a t i o nm o d e l ) 技术 进行诸如 水道 冲淤变化分析、 挖槽计算等1作。 杨光， 黄晓彤，王志云等开发的“ 港口 航道地理信息和海图图档管理系统”tl2 ， 该系统是同济大学和上海海监局共同开发的， 可以完成对多种形式、 多种来源的信息 实现多种方式的输入: 能按图上范围查询、 属性数据查询、 综合查询等的查询检索功 能;数据更新、统计分析、输出显示等功能。 天 津 大 学 刘 旭 艳 等 研究了“ 港口 工 程 地 质资 料 管 理系 统”tla， 该系 统 用物p in fo 和m a p bas ic进行开发， 用a ccess 数据库作为其后台数据库， 可以用该系统方便地对 港口 工程地质资 料进行管理、 查询。 河海 大学丁 贤荣、 王文、 杨涛等研究的“ 河道数字地形信息系统” 闭 ， 该系统采 用了g ls及系统集成技术，目 的是利用g is软件强大的空间分析功能进行河床演变、 河道整治方面的分析工作。 中 南 财经政法大 学何雄研究开发的“ 基于g is技术的 航道维护管理系统” iin， 该 系统是基于 g i s 技术、oa 技术和 i n t e r n e t / i n t r ane t 技术建立地。通过ora c l es i 和 m a p x t reme盯 可以 实现同时存储和管理大容量的空间数据和属性数据， 并通过 ie 发布图 形和事务信息， 实现航道维护与管理工作的外业和室内办公一体化网络管理系 统. 对于提高 航道维护与管理工作效率， 提高 应急事件的反应速度， 具有极其重要的 意义。 通过对上述航道相关信息系统的分析， 可以 看出 大部分管理系统在特定的应用环 境下取得了 一定的 应用效果。 但大多都是从自 身的应用功能出 发， 缺乏一个统一的标 准。 比 如在数据库的 建立方面， 各系统都是各自 建立自己的数据库， 系统的 数据库不 3 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 能在航道管理部门之间共享，而且各系统完成的功能也相对单一。 一 基于上述问 题， 也为了能更好对航道基础资料进行管理， 本课题建立了一个包含 以 下功能的航道信息管理平台: 构建航道信息中心数据库， 完成航道数据库的整体规 划， 建立基础数据库的标准模型， 规范后续应用系统的开发， 使各种数据发挥最大的 效能， 实现航道数据在各业务管理部门的共用共享;能完成对航道动态数据的录入、 航道的综合信息管理、航道信息的发布、基于电子航道图的专题管理和分析。 1 . 3论文的主要工作 本论文将围 绕航道信息管理平台的构建及实现技术进行深入研究， 在整个研究过 程中 要完成的主要工作有: ( 1) 分析航道部门的日 常业务数据和管理业务，并进行信息分类研究. (2)进行航道信息管理平台的需求分析研究。 (3) 研究航道信息管理平台开发中 涉及的相关技术， 选取适合本平台的数据库 管理系统软件和平台的开发环境。 (4)结合航道信息管理平台的需求分析，确定航道信息管理平台的开发原则、 开发目 标、选取适合本平台的网络构架; 对平台的各功能模块进行详细设计; 制定出 一个合理的平台安全性策略，最后完成整个平台的开发方案设计。 (5) 对航道中心数据库进行需求分析、概念设计、逻辑设计、 物理结构设计; 完成数据库的整体规划， 建立基础数据库标准模型， 以实现航道数据在各业务管理部 门之间的共享。 ( 6) 研究平台开发策略、 开发方 法， 完成开发环境的初始化; 采用c#语言对航 道信息管理平台的各功能子模块进行开发， 包括航道基础数据的 录入、 航道综合管理、 航道信息的发布等功能模块:完成系统的全面集成。 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 2航道信息管理平台分析 2 . 1 航道数据分析 为了 对航道的基础数据有一个全面的了解， 在课题启动初期， 对江苏省航道局进 行了调研。 主要涉及的部门有: 综合计划科、 航道养护科、 航政科、 工程科、 征收科、 政工科等。 通过对这几个部门的调研搜集到了大量航道数据。 对搜集来的数据经过认 真的研究和分析，主要结合部门职能，对航道数据分成了六大类: ( 1) 航道基础数据 基础数据模块主要是对航道的一些基本的数据信息进行分类处理。 其中主要包括 航道、 航段、临河建筑物、 航标、 码头、 护岸工程、临河船厂、过河建筑物、过河桥 梁、过河渡槽、 枢纽、船闸、 航段段面图 信息、 航道标牌、界河、控制桩等信息。 (2) 航道工程建设数据 工程建设数据主要描述航道工程建设的一些基本状况。 主要有工程概况、工程标 段概况、 投资情况、 航道工程完成情况、 船闸工程完成情况。 主要方便工程管理人员 对工程情况、工程进度等的了解。 ( 3 )船闸养护数据 主要描述船闸的养护、 使用情况。 包括以下详细信息， 船闸使用情况、 航道通过 量、 养护工程完成情况、 航闸工程完成情况。 主要是方便航道养护科结合航道通过情 况对航道进行养护。 “)航政管理数据 主要是描述对航道各种建筑物的审批信息。 主要包括临跨河建筑物的审批、 河底 管道审批明细、 码头和港池审批明 细、 桥梁审批明细、 闸 坝审批明细等。 船舶情况等。 ( 5 )规费征收数据 主要描述一些航道规费征收 情况的信息。 包括航养费征收情况、 过闸费征收情况 等。 (6) 行政管理数据 主要是与航道部门的一些人事信息、机构信息有关的 数据。 包括人事基本信息、 人员详细信息等、组织机构情况等。 2 . 2 需求分析 需求分析就是针对客户的需求， 确定系统需要完成的功能。 通过对航道管理部门 5 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 的调查研究， 确定本平台主要完成的航道管理功能有普通的航道管理和基于g is的航 道管理。 2 . 2 . 1普通的航道管理 ( 1) 航道技术管理 航道技术管理是指对航道的一些主要技术指标信息的管理，包括技术尺度信息、 航道分类信息、通航建筑物信息等。 (2) 航道维护管理 由 于河道、 航道受水流的冲刷处于经常的 变化当中， 航道的各类指标信息也随着 河道的变化而变化， 显得极不稳定， 因 此就需要航道管理人员经常性的 对航道进行维 护. 航道维护管理是指对航道的一些技术指标的 维护和对一些航道助航建筑物、 浅滩、 碍航建筑物的维护。 (3)航道定级管理 航道的定级管理是指根据国家对固定资产管理的要求， 对航道按照最低通航吨位 进行分级管理; 以及根据航道管理部门对航道的整治、 改建后， 航道等级的更新管理。 ( 4 ) 行政管理 行政管理是指对财务总帐、各类报表、 职工工资、职工基本信息等的管理。 ( 5) 航道工程管理 航道工程管理是指航道工程的审批管理: 航道工程的监理管理; 航道水情管理等。 2 . 2 . 2基于gis 的航道管理 ( 1) 电子航道图 在地里信息系统中采用空间数据和数据库挂接， 改变了 传统的信息管理方法， 地 图由 传统的 静态记录变为 信息丰富多样的动态的电 子地图， 实现了数据可视化。 它使 航道管理部门对航道等基础设施的管理变得直观、 简单， 通过综合统计和分析各种航 道数据以 及采用丰富多样的图表显示，可以为决策提供科学快捷的支持。 (2) 航道的 规划 g ls对航道部门 进行航道规划有极大的帮助作用， 航道部门以 往的规划因无计算 机的辅助， 而用传统的人工方式， 往往费时费力， 并且以 往的数据资料同 现时的数据 资料无法比 较， 而经过g ls的 使用我们可以 把不同时期的地形图资料经过处理放入数 据库中， 在规划设计时， 能随时进行调用， 并能 做进一步的分析比 较以 选取最优方案。 将g is技术引 人工程规划设计中己表现出强大的优势，在分析的合理性、 计算的精确 度、工作效率诸方面都远远超过传统的分析方法。 6 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 (3) 航道工程和航道维护 gis 能对现有航道的河床进行分析， 将g is技术引人航道管理的系统， 其解决方案 主要是建立航道数字高程模型，结合地理信息系统的应用软件、g ps技术、空间决策 支持系统等建立航道三维不规则数字地面模型(t i n)，克服传统的二维系统无法以 三 维形式显示航道地形的缺陷，使航道管理人员不仅能通过g i s 系统对与航道有关的重 要信息，如水深、来水来沙等进行实时监控，也为航道河床演变分析决策提供直观、 及时依据， 还能对航道在指定条件下可能出现的变化情况进行预测， 以便及时给出是 否需要清淤或其他操作的决策支持， 提前做好工程准备措施， 提高航道的 维护水平11.。 (4) 智能化航标管理 智能化航标子系统主要用到全球定位系统(g ps) 技术， g ps是陆上、 海上和空中全 面导航用的三维无线电定位系统，以 接收导航卫星(n avstar) 信号为基础，并能全球 理盖、全天候、实时连续地提供三维位置、三维速度和精确时间。 在航标中采用g ps进行定位和测量，并监测航标是否发生移位、是否超出安全允 许范围、 是否被撞毁、 航标上的航标灯的工作状态和航标上的智能装置自 动采集的水 深、 水流速度等重要数据， 利用卫星将这些数据传回岸上主控台。 接收器接收发送回 来的数据，通过解码器解码后进行相应的数据预处理，将处理后的结果通过g p s 数据 输入接口 传入地图数据库或在c rt上显示和打印输出。以便人们对以上数据进行实时 监控， 在遇到情况时能及时采取措施， 对有关航标进行恢复维护或保养， 保证这些设 施的 完好， 确保船舶 航行安 全. 实 现航标管理的自 动化、 智能 化117. ( 5 ) 船舶救援 水上交通一旦发生涉及人身安全、船舶污染等交通事故，如果得不到及时救援， 容易造成重大人员伤亡和财产损失， 反之如果救援快速有效， 将会大大降 低事故带来 的损失。 船舶救援最关键的 就是救援的速度， 在事故发生的或将要发生的第一时间迅速的 对事故采取措施。这就要求水上救援单位能够在第一时间迅速地确定事故船舶的地 点， 进而赶赴地点进行救援。 自 从g p s 和g is技术在航道管理中 应用后， 这些问 题也 就迎刃而解了。 通过在船舶上安装一个g ps模块和一个通信模块， 在船舶发生意外时， 向监控中心发出求救信号。 就可以 把船舶的位置信息传回监控中心， 监控中心通过电 子航道图 便可以 准确地找到船舶的位置。 迅速采取救援措施。 ( 6 )航道断面分析 航道水深断面分析是对航道状况进行总体认知的重要手段， 过去采用人工绘图分 析， 工 作量大并且精确度低。 随 着计算机技术和g ls技术在航道管理中的广泛应用， 大 大提高了 航道断面分析的效率。 主要是通过电 子航道图实现航道断面水深的曲 线图 显 示，以 及通过航道图 上的地理坐 标信息 对航道断面 进行数学分析11.j。 7 南京理工大学硕士学位论文 航道信息管理平台研究 2 . 3航道信息管理平台的相关技术 2 . 3 . 1数据库技术 计算机与人类相比的最大优势就是能够迅速准确地处理大量数据。 因此，自 从计 算机发明以来， 数据处理就是它的基本功能和关键技术。 数据处理的中心问题是数据 管理， 数据管理是指对数据的分类、 组织、 编码、 存储、 检索和维护。 而数据库技术 正是数据处理技术发展到比较成熟阶段后的 产物。 可以说， 数据库技术是现代计算机 应用的基础。 数据库技术对管理信息系统的支持主要表现在以下两个方面侧。 ( 1) 存储和管理各种数据。这是数据库技术的基本功能。 (2) 决策支持。 近几年， 随着数据仓库和数据挖掘技术的产生和发展， 使企业 可以科学地对数据库中海量的数据进行科学地组织、 分析和统计， 从而更好地服务于 企业的决策支持。 可以 说， 数据库技术是管理信息系统的一项支撑技术， 在管理信息系统的建设中 占有重要的地位。 数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构 架。 数据模型通常由数据结构、 数据操作、 数据的约束条件三部分组成。 数据结构包 括数据对象及其相互联系; 数据操作主要是对数据的检索和更新; 数据的约束条件指 完整性规则的集合。 完整性规则是在给定的 数据模型中 数据及其联系所具有的制约和 依存规则国。 在数据库系统中，主要的数据模型有: 层次模型、网 状模型和关系 模型。其中， 应用最广泛的、 最重要的是关系模型。 虽然它的数据关系是几种模型中 最简单的， 但 其定义却比 较复杂。 可以把关系模型理解为一张二维表， 表格中的每一行代表一个实 体， 称为记录:每一列代表实体的一个属性，称为数据项。记录的集合称为关系。 1) 关系数据库技术 关系数据库是以 关系模型为基础的 数据库， 它利用关系来描述现实世界。 关系 模型有以下几部分组成即。 ( 1) 关系数据结构: 在关系模型中， 无论是实体还是实体之间的联系均由单一 的结构类型即关系来表示。 ( 2) 关系操作集合:指关系代数( 或等价的关系演算) 中并、交、 差、选择、 投 影、 连接等。 关系模型给出了关系操作的能力和特点， 但不对d b m s 的语言给出具体的 语法要求， 关系语言的 特点是高度的非过程化。 其操作方式的 特点是集合操作， 即操 作的 对象和结果是集合， 称为一次一集合的方式，而不是一次一记录的 方式。 (3 ) 关系完整性: 指实体完整性、 参照完整性和用户自 己定义的完整性。 实体完 整性是保证数据库中 记录的惟一性， 即每个记录的主键不能为空值， 也不能与其它记 g 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 录的主键相同。 参照完整性是保证表与表之间语态上的完整性， 即当一个表引用在另 一个表中定义的实体时， 要保证这个实体的有效性。 这两种完整性是关系模型必须满 足的约束条件， 应该由关系系统自 动支持。而用户自 定义完整性反映了 用户的要求， 是用户自 行定义的。 2) 数据库管理系统 (db 盛) 数据库管理系统是由 建立、管理和维护数据库的一套程序组成的非常复杂的软 件系 统。其功能 一 般包括以 下 几个方面回. ( 1) 定义数据库的功能。 包括定义数据的整体逻辑结构( 模式) 、 局部逻辑结构 ( 外模式) 、 存储结构( 内 模式) ， 还包括保密定义及信息格式定义等， 并把数据库所描 述的 对象、 属性及其联系的自 然语言含义与计算机内 描述形式的对照以 及各种模式、 外模式的定义及说明存放在数据库内以备查阅( 称为数据字典) 。 (2 )管理数据库的功能。 包括控制数据库系统的运行， 控制用户的并发性访问( 即 同时有两个或多个用户访问一个对象) ，执行对数据库的安全性、保密性、完整性检 验，实施对数据的检索、插入、删除、修改等操作。 (3 ) 维护数据库的功能。此功能包括初始时装入数据库，运行时记录工作日志监 视数据库 性能， 在性能下降时重新组织数据库， 在用户要求或系统设备发生变化时修 改和更新数据库， 在系统软硬件发生变化时修改和更新数据库， 在软， 硬件系统出现 故障时恢复数据库。 (4 ) 数据通信的功能。负责数据传输这一部分工作， 通常与操作系统协同完成， 此外实现分时系统和远程作业输入的 接口。 3) 数据库管理系统的选取 良 好的数据库应用系统设计， 离不开优秀的数据库管理系统的 支持。目 前流行的 大型数据库系统主要 有: inf o 抽ix，工 毗 d bz， oracle， s q ls erv er四种。 从整体上 看， 这几种数据库系统各有优缺点， 选择哪一种数据库系统， 要根据应用系统的具体 情况而定。 航道信息管理平台主要是运行在叭n d o w s 环境下，所以本平台不考虑i bm d bz和 i n f 。 。ix数据库管理系统，因为其主要用于u nix ，linux 操作环境下。考虑到航道信 息管理平台与电子航道图的结合， 在数据库系统的选取上， 也应尽量考虑到数据库系 统在空间数据库构建方面的性能.目前大型的空间数据库的应用上oracle较s q l s erver 更为广泛， arcsde+ oracl e 这种架构在行业应用上最为常见， 但系统设计时考 虑的不仅是数据管理实现的问 题， 还要考虑系统为此必须进行的投资问题，由于 oracle的 价格相对s qlseryer要高 很多， 所以 综合考虑起来， 本平台的数据库系统选 用t微软的sqls e r v e r . s q l s e r v e r2 0 0 0 有很多优点. 它简化了数据库与文件系统的 关系: 数据库直接驻 9 南京理工大学硕士学位论文舫道信息管理平台研究 留 在操作系统文件之上，不再牵涉任何逻辑的“ 设备”。 s qls erver 在服务器端的管 理提供了 新的分布式管理框架， 使用这个管理框架， 不仅可以实现局域网内的多服务 器管理， 而且可以通过i nte rn盯， 实现地理位置分散的整个企业广域网内所有服务器 的集中管理。 s q l s erver 的安全管理体系以及继承性和灵活性都很强。 数据库的权限 可以 直接授予用户的职能组中， 不仅可以 包括本身的用户和其他职能组， 而且可以包 括其它的用户和用户组。 2 . 3 . 2网 络技术 为了使航道信息管理平台的用户能够方便高效的使用、 完成平台的各种功能， 本 平台的开发是基于web 的。使各种用户能够使用 i nternet 在客户端通过浏览器来完 成平台的各种功能。故而该平台的开发环境特选用微软的asp . n et构架。 1) 微软的. n e t 框架 . n 曰 框架是 . n 盯的核心。 它首次发布于2 0 02年， 给编写和管理， i nd皿5 软件的 人员的生活带来了巨大的变化。. n et框架主要有两个组成部分:c lr ( 通用语言运行 时) 和. n et框架类库。. n et应用程序总会用到c lr，并可以使用类库中的任何所需要 的部分。 ( 1) 公共语言运行库clr 当应用程序执行时， 公共语言运行库也可用于提供一些服务并对这些服务进行管 理， 这些服务包括增强安全性、管理内存、 进程、 线程及语言集成。 语言集成允许组 件与翔l 贾 eb服务完全集成， 而不管使用的是何种编程语言。 m i croso ft提供了4 种. n 叮 编程语言， 还有大量非m i crosoft 语言也可用于生成. n 盯应用程序【幼 。 多数甲 i ndows 可执行程序( . exe)使用的是非托管代码，这些代码无法提供安全性 或内 存管理方面的保证。 在公共语言运行库下执行的程序代码即是托管代码， 因为它 依赖于公共语言运行库完成， 如内 存管理之类的 许多低级别任务。 使用托管代码能比 非托管代码提供更高级别的可靠性与安全性。 为了 跨越托管代码与非托管代码的鸿沟，并使开发人员能够利用巨量的传统的 ，ind os 代 码， 公共语言运 行库启用了 互 操作性. 例如， 公 共语言运行库使得托管 代 码可以 调用在非托管代码中定义的函数。 除了 作为运行库系统外， 公共语言 运行库 还有另外一个重要功能， 是 可以 作为一 台 虚拟机。 将托管代码应用程序编译成可执行程序的方式较之传统w i nd佣5 应用程序 有所不同。 事实 上， 它们是以 一种被称作 m i cros oft 中间 语言 或 挑tl的中间 语言中 分 布的。 在程序安装时或在程序初次运行时， 公共语言运行库完成编译。 这一操作称作 “ 即时编译”。 1 o 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台 研究 ( 2) . n et框架 类库 类库提供了一组标准的系统服务。这些代码库将取代并提供与c+十 或v i sual basic 中的 w in32api 和m i croso ft基础类( m f c ) 相同 种类的函 数叫。 基类提供了 诸如输入/ 输出、字符串 操作、安全性管理、网 络通信、线程管理、 文本管理及其它函 数等标准功能。 dat a 类支持稳定的数据管理， 并纳入了s q l 类以 通过标准s q l 接口处理稳定的数据 存储。 刀 凡 类使得翔l 数据处理、搜索与转换成为可能。 翔l脆b 服务类支持轻量级的分布式组件开发， 这些组件即 便在遇到防火墙和网 络地址转换(n at) 软件时也能正常运行。 w e b 窗体包含的类使得用户可以迅速开发砰 eb图形用户界面( gui)应用程序。 暇nd佣5 窗体支持一组类，通过这些类可以开发基于w i ndos 的gui 应用程序，促进了 托放式g ui开发， 此外还为. n et框架的所有编程语言提供了 一个公共的、一致的开发 界面。 使用这个框架编写的每一个应用程序都依赖于 c lr。 撤开其他不谈， clr 提供了一 套通用的数据类型， 担当伴， vb以及其他所有针对. n et框架而设计的语言基础， 都使 用同一套基础设施。 以 任何. n et语言 编写的应用程序都可以 使用. n et框架类库中的代码。 在这个类库 提供的技术中，主要有: asp . n ef :专注于构建浏览器应用程序。 win d 湃sf 。 抽5:用于以 任何基于c lr的编程语言构建砰 i ns湃5 图形用户界面 asp . n et贬b services : 用于创建利用w ebs e r v i c e s 与其他应用程序进行通讯 的应用程序。 ent e r p r is e se rvi ces ( 企业服务): 提供分 布式事务、 对象实例控制，以 及其 他用以构建可靠的、可伸缩的应用程序的服务. a d o . n et : 集中 于访问 存储在关系数据库管理系统中的数据。 2 )asp . n 盯 asp . n 盯是建立在公共语言运行库上的 编程框架， 可用于在服务器上生成功能强大 的web 应用程序。 与以前的w eb开发模型相比， asp . n 盯提供了数个重要的 优点: ( 1)增强的性能。 (2 ) 世界级的工具支持。 ( 3)灵活性。 (4 ) 可管理性。 ( 5 ) 安全性。 asp . n 盯不仅仅是下一版本的a cti ve s erv er page， 它是统一的贾 eb开发平台， l l 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 用来提供开发人员生成企业级贾 eb应用程序所需的服务。 asp . n et的语法在很大程度 上与asp 兼容， 同时它还提供一种新的编程模型和结构， 用于生成更安全、 可伸缩和 稳定的应用程序。 可以通过在现有asp 应用程序中逐渐添加asp . n 创 一 功能， 随时增强 该asp 应用程序的功能。 asp . n et是一个已 编译的、 基于. n 曰 的环境， 可以用任何与. n e t 兼容的语言， 包括v is u a1 bas ic . n 盯， 渊和jsc rip t. n 盯， 创作应用程序。另外， 任何a sp. n 盯 应用程序都可以 使用整个. n 曰 fr胭卿 rk。开发人员可以方便地获得这些技术的优 点， 其中包括托管的公共语言运行库环境、类型安全、继承等等。 asp ， n 盯 可以 无缝地与俐siw y gh r m l 编辑器和其他编程工具一起工作。 这不仅 使得w eb开发更加方便， 而且还能提供这些工具必须提供的所有优点， 包括开发人员 可以 用来将服务器控件拖放到w eb页的别1 和完全集成的调试支持。 当 创建asp . n et应用程序时，开发人员可以 使用， eb窗体或x m l ，ebs ervices ， 或以 他们认为合适的任何方式进行组合。 每个功能都能得到同一结构的支持， 使用户 能够使用身份验证方案，缓存经常使用的数据，或者对应用程序的配置进行自 定义， 这里只是列出几种可能性而已。 使用w eb窗体可以生成功能强大的基于窗体的叨 e b 页。 生成这些页时， 可以 使用 asp . n et服务器控件来创建公共 ul元素，以 及对它们进行编程以 用于执行常见的任 务。 这些控件使用户能够用可重复使用的内置或自 定义组件生成w eb窗体， 从而简化 页面的代码。 翔lw e bs e r v i c e s 提供t远程访问服务器功能的途径。使用翔l碗bs e r v i c e s ， 企业可以 公开数据或业务逻辑的编程接口， 这样客户端和服务器应用程序就可以获取 和操作这些编程接口。通过使用诸如h 竹p 和翔l 消息传递之类的标准跨越防火墙移 动数据， xml枷bservi “5可在客户端一服务器或服务器一服务器方案下实现数据 的交换。 翔l跳bser v i c e s不与特定的组件技术或对象调用约定相关联。 因 此， 用 任何语言编写、 使用任何组件模型并在任何操作系统上运行的程序， 都可以 访问翔l 贾 e b s e r v i c e s . 这些模型中的每一个模型都可以充分利用所有 asp . n 曰 功能，以及. n et fr二eork 和. n etfr二朗ork 公共语言运行库的强大功能. 这些功能以 及使用它们的 方法概述如下: 如果用户具有asp 开发技能， 则新的asp . n 盯编程模型对用户来说将会是非常熟 悉的。 不过， 与asp 相比， asp . n er对象模型变化显著， 它更为结构化并且面向 对象. 但这也意味着asp . n 盯不是完全向 后兼容的; 几乎所有现有的asp 页都必须经过一定 程度的 修改后才可以 在asp . n et下运行。 此外， 对v i sua1b asic. n 盯的一些主要更 改也意味着，用v isu a1 bas ic s c rip ting版本编写的现有asp 页通常将不会直接移 i 2 南京理工大学硕士学位论文航道信息管理平台研究 植到asp . n 叮中。 不过，在大多数情况下，只需对少数几行代码进行必要的修改。 从 asp . n 盯 应用程序访问 数据库是向伽b站点访问者显示数据的常用技术。 asp . n 盯使得为此目 的而对数据库的 访问比以 往更加方便。 它还使用户能够从自己的 代码管理数据库。 asp . n 叮提供一种简单的模型， 该模型使w eb开发人员能够编写在应用程序级运 行的逻辑。 开发人员可以在g l obal. asax文本文件中或在作为程序集部署的己编译类 中编写这种代码。 这种逻辑可以 包括应用程序级事件， 但开发人员可以 轻松地扩展这 种模型，以适应他们的w