基于B-S架构的小开河引黄灌区三维可视化管理平台的设计与实现

1、    基于b/s架构的小开河引黄灌区三维可视化管理平台的设计与实现    孙建伟周忠伟【摘 要】本文介绍了研发小开河引黄灌区三维可视化管理平台的必要性，并设计了该平台的体系结构，着重从终端数据采集、服务器端开发、场景开发等方面详细介绍了平台的实现过程。【关键词】小开河引黄灌区；虚拟现实；体系结构；场景中圖分类号： s273.4 ： a ： 2095-2457（2018）06-0217-002【abstract】this paper introduces the necessity of development 3d visualization mana

2、gement platform for xiaokaihe irrigation district，and design the architecture of the platform， and then develope the platform based on the research framework.【key words】xiaokaihe irrigation district；virtual reality；architecture；scene0 背景小开河引黄灌区是水利部和省计委批复建设的大型引黄灌区，涉及七县区，42万人口，设计灌溉面积110万亩，设计引水流量60m3/s

3、，年设计引水3.93亿m3。灌区于1998年底建成通水，干渠全长96.5公里，其中输沙渠51.3公里、沉沙池4.2公里、输水渠41公里，骨干建筑物147座，输沙渠全部衬砌，输水渠衬砌工程16公里，输沙渠顶铺设沥青路47公里。灌区自1998年引水以来，沾化冬枣、阳信鸭梨、无棣金丝小枣的品质和产量明显提高，年增粮食1.8亿公斤，棉花近0.5亿公斤，社会效益、经济效益、生态效益十分可观。灌区注重水文化的挖掘及水利风景建设，充分利用现有资源，建成了一个生态景观带和六大景区，2010年12月，小开河引黄灌区水利风景区被评为“国家水利风景区”1。96.5公里长的干渠也给管理带来诸多不便，特别是干渠后半部分

4、，交通不便，如果要实现全渠的有效监管，势必耗费一定人力财力，且时效性不高，因此非常有必要开发一套三维可视化的数据采集及信息查询系统。随着计算机图形技术的发展，虚拟现实（vr，virtual reality）技术得到了快速的发展。人们可以通过计算机模拟仿真包括现实生活空间在内的很多场景，再加上一定的交互功能就能使人产生身临其境的感觉2。将虚拟现实技术应用到小开河引黄灌区管理过程中，可以增加管理者和浏览者身临其境的三维可视感。同时，基于b/s架构平台的设计，使得平台用户能够通过网络终端随时随地管理、查询、统计灌区实时和历史数据，为治黄、引黄决策提供强有力地数据信息支持。1 平台体系结构设计该平台采

5、用的体系结构如图1所示，该体系结构将平台分为三部分：数据采集终端、服务器、终端用户。1.1 数据采集终端目前已经使用的数据采集终端包括水位、流速、雨量、土壤墒情和视频。其中水位、流速、雨量和土壤墒情终端通过wcdma网络或有线网络将实时数据发送给数据采集子程序，数据采集子程序将采集到的实时数据存储到数据服务器中。视频终端设备采用网络摄像机，网络摄像机通过视频压缩芯片把cmos摄像头拍到的视频高效压缩转换成能在网络上传输的ip数据包。1.2 服务器在该体系结构中，有四个服务器。其中地图服务器用来存储场景需要加载的地图，该地图服务器采用地理信息服务器（geoserver）。geoserver是一个

6、功能齐全，遵循ogc开放标准的开源wfs-t和wms的服务器。利用geoserver可以把数据作为maps/images来发布（利用wms来实现），也可以直接发布实际的数据（利用wfs来实现）3。数据服务器主要是用来存储数据采集终端收集到的数据和平台其它信息（用户信息、区域信息等）。其中有两个应用程序服务器，一个对应数据采集子程序，另外一个对应信息查询子程序。数据采集子程序将采集到的终端数据存储到数据服务器中，信息查询子程序从数据服务器查询显示用户需要的信息。图中有四个服务器，可以将它们合并为一，即将数据、地图和两个子程序布置到同一台服务器上。1.3 终端用户为提高场景的加载速度，增强浏览的连

7、贯性，在该体系结构中，需要将场景发布到每一个客户端，场景需要的地图从地图服务器上加载。当终端用户需要获取信息时，通过信息查询子程序从数据服务器查询获取需要的信息。该体系结构除去场景外，均采用b/s架构，方便用户的使用与维护。把场景发布到客户端，提高了场景加载的速度，同时降低服务器的负荷。2 平台实现2.1 终端数据采集终端数据采集由传感器、单片机系统及通信模块组成，传感器采用工业标准传感器，不同的参数如水位、流速、雨量、土壤墒情由其专用传感器进行测量，测量输出为420ma标准信号，该信号经单片机模数转换，生成与其对应的数字数据，然后打包通过通信模块发送给数据采集子程序，并将其存储到数据服务器。

8、同时实时的视频监控数据也通过同样的方式传至数据服务器。2.2 服务器端开发服务器端数据库使用sql server 2005，该软件具有使用方便可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点，为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。数据采集子程序和信息查询子程序均使用asp.net开发，它是基于通用语言的编译运行的程序，其实现完全依赖于虚拟机，所以它拥有跨平台性，asp .net构建的应用程序可以运行在几乎全部的平台上。2.3 场景开发在场景开发过程中，采用了3ds max和converse3d、converseearth相结合，既能够突显

9、传统虚拟现实软件极致的光影效果，同时又集中体现了vr和gis（地理信息系统）的完美结合，是单一的vr软件或gis软件无可比拟的。通过三维交互的方式来展示海量的三维场景和空间地理数据，让一切虚拟活动具有了真实的时空背景。在场景中需要和服务器交互获取信息时，通过converseearth的sdk提供的接口获取终端信息，然后利用js和服务器进行交互。3 总结平台界面如图2所示，在该平台中，可以通过场景浏览干渠及其骨干建筑物的三维模型。所有模型贴图均采用现场拍摄的照片，让人有身临其境的真实感觉。在安装有网络摄像机终端的位置，还可以通过网络摄像机观察该位置的实时画面。单击场景中的数据采集终端模型，可以查看该终端最近一次采集的数据和历史数据。平台提供快速飞行功能，用户可以通过该功能快速飞行到需要到达的位置。该平台的应用肯定会为小开河引黄灌区的管理带来极大的便利，并节省成本。【参考文献】1滨州市小开河引黄灌区简介，http：/