探索分布式虚拟港口的关键技术研究

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1、大连海事大学博士学位论文分布式虚拟港口的关键技术研究姓名：潘明阳申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：赵德鹏20040101摘要利用各种日新月异的计算机技术，以尽可能方便的方式尽可能详尽的内容为航海人员和管理者提供航海信息是航海信息系统发展的必然趋势。本文结合GIS、Internet和VR的最新研究领域以及航海应用的需求，提出了一种新型的航海信息系统一分布式虚拟港口，在分析它的概念、基本特征及实现关键技术的基础上，对初步构建分布式虚拟港口的几个主要关键技术进行了系统的研究，最后实现了一个原型系统。归纳起来，本文的主要研究和贡献包括以下几个方面：(1)提出了

2、分布式虚拟港口的概念，开辟了航海信息系统研究的一个新方向。所提出的分布式虚拟港口是GIS、Internet和VR技术相结合在航海信息领域应用的产物，用于在Internet上发布港口的三维地理数据和航海相关信息，支持港口地理环境的三维可视化、航海信息查询、空间分析、空间决策以及分布式的多用户交互等。它不仅能够为船舶用户提供三维平台上的全面导航服务，使他们准确地分析和理解周围动态的航行环境，而且也能够为船舶管理用户提供一个直观的三维界面进行海上交通监控和管理。(2)提出了分布式虚拟港口研究和开发的几种可行技术方案，并在具有简单、平台独立等众多优点的VRML+Java方案的基

3、础上提出了初步构建分柿式虚拟港口的系统体系结构。(3)提出了一种用于构建分布式虚拟港口基本框架的基于Internet的分布式虚拟环境技术。在该技术的具体设计中，提出了一种简单而又具有良好可扩展性的系统体系结构；提出了各类虚拟实体的建模方法，尤其是一种基于行为模型分离的自主行为实体建模方法：提出了一种简洁高效的基于VRML和Java的应用层通信协议；提出了一种基于反应行为模型的推算定位方法以及一种简单的分布式虚拟环境碰撞检测方法。(4)提出了一种面向绘制加速的多分辨率几何压缩方法，兼顾解决了分布式虚拟港口中如何在Internet上实时快速传输三维模型以及在客户端快速绘制三

4、维模型的两个核心问题。该方法首先利用一个基于网格递归二分的顶点排序算法和一个局部连续性优化算法为网格生成了一种具有良好局部性和连续性的顶点顺序，然后对顶点顺序进行基于Haar小波的多分辨率分析，进而实现网格的多分辨率几何压缩。实验结果表明，该方法具有很高的压缩效率，支持三维网格的递进传输和多分辨率表示，而且能够成倍地提高各个分辨率下网格在客户端的绘制速度。在面向绘制加速的多分辨率几何压缩方法基础上，进～步提出了一种三维模型多分辨率几何压缩的VRML实现框架，用于实现分布式虚拟港口系统中三维模型的快速传输及其在客户端的快速绘制。(5)针对分布式虚拟港口的特点研究了如何在V

5、RML+Java开发平台上实现空间信息查询、空间分析和空间决策支持等GIS功能。对于空间信息查询，不仅实现了三维港口自然环境和航行环境各种静态信息的查询方法，而且实现了分布式系统中船舶的实时、准确、全面的动态信息查询；对于空间分析，利用船舶避碰几何理论对分布式虚拟港口中船舶之间的各种空间关系进行了研究，并充分利用了Java和VNL的图形表现能力实现了分析结果的可视化：对于空间决策支持，利用FuzzyJess实现了一种新型的符合分布式虚拟港口网络环境和实时性要求的船舶避碰专家系统。(6)在以上几方面关键技术研究的基础上，实现了一个原型系统。浚系统具备了分布式虚拟港口的基本

6、特征，运行良好，在进一步完善之后，有望投入使用。关键词：分布式虚拟港口，分布式虚拟环境，多分辨率几何压缩，网格绘制，Haar小波，空问信息查询，空间分析，船舶避碰决策ABSTRAOTUsingadvancedcomputertechnol091estoprovldenavlgatlonIntormatlorlfordeckofficersDrharbor’strafficmanagersasdetailedandconvenientaspossibleisaninevitabletrendofthedevelopmentofnavigationinformationsy

7、stem．Basedoiltechnologiesfromgeographicinformatioilsystem(GIS)，Internet，virtualreality(VR)andthedemandsofnavigationapplication．thethesisproposesanew～stylenaylgatloninlormationsystem，distributedvirtualharbor．Basedonanalysesof'itsconceptandbasiccharacteristics，severalkeytec