基于Web的船型變換系統(tǒng)研究

，，

(1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，武漢 430063；2.臺(tái)州市港航管理局 船舶檢驗(yàn)處，浙江 臺(tái)州 318000)

在傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)中，常選取與設(shè)計(jì)船主要要素相近的優(yōu)秀實(shí)船的型線資料作為母型，并通過(guò)船型變換繪制出符合設(shè)計(jì)船所要求的型線。此方法可以保持優(yōu)秀母型船的型線特征，對(duì)新船的性能比較容易把握[1]。完備的船型數(shù)據(jù)庫(kù)是船舶設(shè)計(jì)的重要技術(shù)支撐。本文在船型綜合數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)之上,對(duì)船型變換系統(tǒng)的功能和流程進(jìn)行研究,并利用ASP.NET和SQL Server將其開(kāi)發(fā)成為一個(gè)基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體分析

所研究的船型變換系統(tǒng)主要用于船舶概念設(shè)計(jì)階段。該系統(tǒng)把各種類型的母型船資料(如船舶的類型、主尺度、船型系數(shù)、排水量、浮心縱向位置及船的型線圖等)存儲(chǔ)在船型數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)用戶登錄到該系統(tǒng)，只需輸入設(shè)計(jì)船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，系統(tǒng)就自動(dòng)從船型庫(kù)中搜索相近的母型船，并將搜索到的母型船資料顯示在用戶客戶端供用戶查看，調(diào)用船舶設(shè)計(jì)軟件Free!ship的船型變換程序進(jìn)行母型船變換，直至得到滿足設(shè)計(jì)船要求的型線為止。之后將變換得到的船型資料也存于船型數(shù)據(jù)庫(kù)中，使船型數(shù)據(jù)庫(kù)中的船型不斷增加，使其更加完備。

另一方面,目前進(jìn)行互聯(lián)的計(jì)算機(jī)數(shù)量急劇上升,而硬件設(shè)備存在著不兼容的現(xiàn)象,這些現(xiàn)實(shí)情況要求開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)大功能的跨平臺(tái)應(yīng)用程序,所以把船型變換系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為基于Web的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序具有一定的實(shí)際意義[2]。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要具備以下幾個(gè)功能。

1)船體分類。系統(tǒng)船體類型信息表儲(chǔ)存了船體類型的基本信息，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)管理船體類型數(shù)據(jù)，也就是在船體類型之間建立從屬關(guān)系。將船體分成集裝箱船、散貨船、油輪、工程船、游艇和其他船舶幾大類，每一大類下面可以再分小類。這樣有利于優(yōu)化船型數(shù)據(jù)庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)用戶和管理員對(duì)型船數(shù)據(jù)的使用和管理。

2)船體查詢。系統(tǒng)提供船體查詢功能，用戶只需按要求輸入所要查詢的船體的主要參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)船型數(shù)據(jù)庫(kù)中的母型船進(jìn)行搜索，并將搜索出的最接近的母型船資料以表格的形式直觀地顯示出來(lái)，供用戶查看和使用。以載重型船舶為例，當(dāng)用戶輸入設(shè)計(jì)船參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)船舶類型，到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的母型船資料中查找相應(yīng)的母型船，并計(jì)算設(shè)計(jì)船排水量W和母型船排水量Wi(i=1,2,…，n)差的絕對(duì)值ΔWi=|W-Wi|，并將這艘船的船舶ID和ΔWi臨時(shí)保存起來(lái)。最后比較ΔWi，取|ΔWi|min時(shí)的母型船為最后選擇的母型船。如果|ΔWi|min時(shí)母型船有多個(gè)，則進(jìn)一步比較航速Vi(i=1,2,…，n)等參數(shù),將得到的綜合性能最好的船舶作為最后的母型船[3]。

3)船型變換。用戶在使用本系統(tǒng)查詢到接近設(shè)計(jì)船的母型船之后，點(diǎn)擊船型變換按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用Free!ship設(shè)計(jì)軟件的船型變換程序完成對(duì)母型船的變換，得到設(shè)計(jì)船的型線和靜水力特征參數(shù)等信息，供用戶下載和保存。該船型變換程序使用Lackenby方法，該方法具有變換功能強(qiáng)，適應(yīng)性廣，實(shí)際效果好等優(yōu)點(diǎn)。

4)母型船模型瀏覽。在查詢出的母型船信息顯示頁(yè)面的“船體模型”下單擊“瀏覽”按鈕，對(duì)沒(méi)有安裝VRML瀏覽器的用戶，系統(tǒng)會(huì)彈出“請(qǐng)下載、安裝BS Contact 瀏覽器插件”的提示，單擊“確定”按鈕，完成瀏覽器插件的安裝，即可在網(wǎng)頁(yè)通過(guò)鼠標(biāo)或右鍵快捷菜單對(duì)母型船模型進(jìn)行各種瀏覽操作，包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等。

5)船型庫(kù)管理。系統(tǒng)管理員可通過(guò)此功能來(lái)給船型庫(kù)添加或修改母型船資料，為新船體指定船體類型、為船體命名、添加備注、添加靜水力特性參數(shù)，以及加載船體的預(yù)覽圖片和型線圖等文件，此外船型變換后產(chǎn)生的新設(shè)計(jì)船的船型資料可由系統(tǒng)自動(dòng)添加到船型庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)船型庫(kù)的有效擴(kuò)充。

6)用戶管理。由于本系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用程序，因此需要有相應(yīng)的身份認(rèn)證功能及用戶管理功能。系統(tǒng)管理員級(jí)別的用戶可以添加用戶、修改用戶和刪除用戶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理；而普通用戶的僅限于修改自身密碼等特定權(quán)限內(nèi)的操作。

2 系統(tǒng)功能模塊開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)

本船型變換系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基于ASP.NET技術(shù),用Visual Studio 2008作為開(kāi)發(fā)工具,后臺(tái)編碼采用C#編程語(yǔ)言,數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQL Server 2005。Visual Studio 2008是由微軟公司推出的專門用開(kāi)發(fā).NET程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。ASP.NET是服務(wù)器端應(yīng)用程序的熱門開(kāi)發(fā)工具，可被用于開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用程序。其內(nèi)置的HTML和用戶控件可以供開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中輕松使用。C#是微軟為.NET Framework量身訂做的一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，可在創(chuàng)建ASP.NET應(yīng)用程序時(shí)使用，它具有面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言的一切特性。SQL Server 2005是微軟公司開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的可管理性、安全性和高可用性[4]。SQL語(yǔ)句可以用來(lái)執(zhí)行各種數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)修改操作。

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的總體分析，本系統(tǒng)劃分為三大功能模塊：數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、系統(tǒng)管理模塊、船型變換模塊，這三個(gè)模塊通過(guò)功能調(diào)用相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 基于Web的船型變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)，是信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和建設(shè)中的核心技術(shù)。只有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行合理的邏輯設(shè)計(jì)和有效的物理設(shè)計(jì)才能開(kāi)發(fā)出完善而高效的信息系統(tǒng)[5]。

根據(jù)系統(tǒng)的功能，創(chuàng)建了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了整個(gè)系統(tǒng)所需的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，包括母型船所需的母型船資料以及用戶信息等。這些資料歸納起來(lái)主要是數(shù)據(jù)和文本資料，以及少量的文件(如型線圖)信息和圖片信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括用戶信息表、船體基本信息表、船體主要要素表和船體靜水力特性參數(shù)表等，分別存放各種類型的優(yōu)秀母型船的基本數(shù)據(jù)、圖片和模型文件。數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)接口，采用ODBC數(shù)據(jù)源+ADO的方式。

2.2 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理，主要包括船型庫(kù)管理和用戶管理。

2.3 船型變換模塊

船型變換模塊的設(shè)計(jì)，就是通過(guò)C#編程調(diào)用Free!ship軟件的母型船變換程序，對(duì)母型船進(jìn)行變換，快速得到滿足用戶要求的線型方案。

用戶輸入設(shè)計(jì)船的類型以及表1中的一種或者幾種設(shè)計(jì)船參數(shù)，以某工程船為例，選擇設(shè)計(jì)工程船以及輸入設(shè)計(jì)船排水量2 600 t，系統(tǒng)自動(dòng)篩選出最接近的優(yōu)秀母型船(其型線圖見(jiàn)圖2)，再得到變換后的船體，如圖3所示，變換前后的船舶參數(shù)見(jiàn)表1。該模塊借助Free!ship的Lackenby船型變換法，通過(guò)控制改變表1中的部分船型參數(shù)，其他參數(shù)相應(yīng)改變作為補(bǔ)償，在保證船體型線光順性的前提下，自動(dòng)生成設(shè)計(jì)船的型線。表1中的船體型線顯示效果與Free!ship軟件的圖形輸出有關(guān)。之后還可通過(guò)該軟件導(dǎo)出型線圖、型值表、靜水力性能計(jì)算等文件供用戶參考和使用。

表1 船舶設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 母型船

3 結(jié)論

在船舶初始設(shè)計(jì)階段，使用本文開(kāi)發(fā)的船型變換系統(tǒng)，通過(guò)在船體庫(kù)中查詢最接近設(shè)計(jì)要求的母型船，利用系統(tǒng)的船型變換功能可以將母型船快速地變換為設(shè)計(jì)者滿意的目標(biāo)船型。該系統(tǒng)簡(jiǎn)便實(shí)用，一方面可以充分發(fā)揮傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在存儲(chǔ)和管理船舶數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)；另一方面將其開(kāi)發(fā)成基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)資源共享。

系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)在有限的人力物力下完成，還有待進(jìn)一步完善的地方主要包括①船型變換時(shí)需要預(yù)先設(shè)定設(shè)計(jì)船船型參數(shù)，對(duì)參數(shù)的選取有較高的要求；②數(shù)據(jù)庫(kù)須在保證數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上存儲(chǔ)大量的原始船舶數(shù)據(jù)資料，才能更好地保證型線方案的有效性。

[1] 顧敏童.船舶設(shè)計(jì)原理[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2007.

[2] 賈 躍，林 焰，紀(jì)卓尚.基于Web的船型查詢系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].船舶，2005(6):62.

[3] 張進(jìn)才.基于Web的船舶設(shè)計(jì)咨詢自助服務(wù)系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2009.

[4] 龍 馬.SQL Serve005數(shù)據(jù)庫(kù)管理與開(kāi)發(fā)[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[5] 薩師煊，王 珊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論[M].3版.北京:高等出版社，2004.