海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估模型與可視化研究

王剛龍，王玉清

（1.國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075）

海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估模型與可視化研究

王剛龍1，王玉清1

（1.國(guó)土資源部 海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075）

在深入研究海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和動(dòng)態(tài)行為模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估模型，通過實(shí)時(shí)獲取船位、測(cè)線和站位信息，對(duì)比施工計(jì)劃，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估與跟蹤監(jiān)管。通過實(shí)際應(yīng)用，證明該模型能有效提高海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目監(jiān)管水平，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估；可視化；掙值分析

我國(guó)海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的監(jiān)管途徑一直停留在海上電子班報(bào)上，僅將進(jìn)度信息用文字描述的方式，以電子郵件、傳真等形式傳輸和保存，無法準(zhǔn)確獲取項(xiàng)目信息，項(xiàng)目管理難度較大。且表現(xiàn)方式單一，信息化水平較低，在一定程度上影響了決策者對(duì)項(xiàng)目的監(jiān)管。本文綜合利用掙值分析、GIS技術(shù)，設(shè)計(jì)了海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目靜態(tài)概念模型和動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度評(píng)估、跟蹤，提高海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目監(jiān)管水平，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

1 評(píng)估模型設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)庫及靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)采用UML靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型表達(dá)（圖1）。UML是用類構(gòu)造模型來表達(dá)的，每個(gè)類由1組包含屬性和實(shí)現(xiàn)行為的離散對(duì)象組成。屬性用來定義數(shù)據(jù)內(nèi)容，行為用來定義所進(jìn)行的操作。屬性中存在一個(gè)關(guān)聯(lián)字段，用于類與子類之間的索引。頂級(jí)類包含項(xiàng)目所有結(jié)構(gòu)的定義。多個(gè)類通過泛化處理可以具有一些共同的結(jié)構(gòu)。子類在繼承它們共同的父類結(jié)構(gòu)和行為的基礎(chǔ)上增加了新的結(jié)構(gòu)和行為。這樣便產(chǎn)生下一級(jí)子類，由此也對(duì)索引進(jìn)行了擴(kuò)展。對(duì)象與對(duì)象之間的關(guān)系被稱為關(guān)聯(lián)[1]。

圖1 海洋地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫靜態(tài)模型圖

在深入研究海洋地質(zhì)調(diào)查信息的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ允录?qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)建模的思想為指導(dǎo)，構(gòu)建海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目信息靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型。調(diào)查項(xiàng)目信息靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型主要由調(diào)查工區(qū)、調(diào)查測(cè)線、海上地質(zhì)取樣點(diǎn)等類構(gòu)成[2]。海上地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估模型主要包含地質(zhì)調(diào)查元數(shù)據(jù)、調(diào)查項(xiàng)目基本信息、調(diào)查工區(qū)信息、調(diào)查測(cè)線信息、海上地質(zhì)取樣信息等幾個(gè)大類。數(shù)據(jù)之間通過兩條主線進(jìn)行索引。第一條主線：元數(shù)據(jù)名稱-數(shù)據(jù)集編號(hào)-工區(qū)編號(hào)-測(cè)線編號(hào)-測(cè)試類型。調(diào)查項(xiàng)目信息靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型核心類是調(diào)查項(xiàng)目，調(diào)查項(xiàng)目類可以對(duì)應(yīng)1個(gè)或多個(gè)工區(qū)類，1個(gè)工區(qū)也可以對(duì)應(yīng)多條調(diào)查測(cè)線。調(diào)查測(cè)線類型包括地震測(cè)線、重力測(cè)線、磁力測(cè)線、單道測(cè)試等。每條調(diào)查測(cè)線對(duì)應(yīng)1個(gè)測(cè)線導(dǎo)航數(shù)據(jù)。導(dǎo)航數(shù)據(jù)是調(diào)查科考船在航行中的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)。第二條主線：元數(shù)據(jù)名稱-數(shù)據(jù)集編號(hào)-站位編號(hào)-取樣測(cè)試數(shù)據(jù)。主要負(fù)責(zé)樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的管理。兩條主線分別負(fù)責(zé)線性要素和點(diǎn)狀要素的索引及管理。

1.2 動(dòng)態(tài)行為模型

海洋地質(zhì)調(diào)查靜態(tài)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模型中，揭示了海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目類的屬性、方法以及類與類之間關(guān)系，突顯了其靜態(tài)結(jié)構(gòu)。海洋地質(zhì)調(diào)查動(dòng)態(tài)行為模型可揭示類實(shí)例化后對(duì)象之間的協(xié)作、交互行為。研究調(diào)查項(xiàng)目動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，建立了海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目評(píng)估主要對(duì)象活動(dòng)圖（見圖2）。

圖2 海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目圖

圖2是調(diào)查項(xiàng)目、調(diào)查工區(qū)、調(diào)查測(cè)線和站位4 個(gè)類實(shí)例的交互操作順序。首先，新增調(diào)查項(xiàng)目實(shí)例，編輯實(shí)例的屬性。再根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃導(dǎo)入項(xiàng)目工區(qū)，新增工區(qū)實(shí)例，生成多邊形圖形特征，編輯工區(qū)屬性，并與當(dāng)前調(diào)查項(xiàng)目實(shí)例關(guān)聯(lián)，以便工程快速定位于場(chǎng)區(qū)。隨后，規(guī)劃調(diào)查航線，并將測(cè)線計(jì)劃和站位計(jì)劃導(dǎo)入系統(tǒng)中，生成測(cè)線計(jì)劃圖和站位計(jì)劃圖，編輯相應(yīng)的屬性。接下來利用班報(bào)信息，自動(dòng)生成實(shí)際站位和測(cè)線，基于測(cè)線和站位的掙值分析，動(dòng)態(tài)生成項(xiàng)目的掙值分析圖。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 項(xiàng)目計(jì)劃可視化

項(xiàng)目計(jì)劃較為復(fù)雜，包括地震、單道、重力、磁力等多種類型測(cè)線和多種站位信息，傳統(tǒng)的表格或文本的方式表示效果較差。利用GIS技術(shù)，將不同類型測(cè)線和站位用不同方式表現(xiàn)在地圖上，不僅可以表示項(xiàng)目范圍、測(cè)線、站位位置，還可以將測(cè)線屬性、站位屬性承載于一張圖上。

基于WebGIS發(fā)布的專題圖，通過對(duì)屬性類型制作專題地圖，多方位形象展示項(xiàng)目施工計(jì)劃。如測(cè)線屬性中，用“0”代表尚未完成；“1”代表正在進(jìn)行；“2”代表已經(jīng)完成。在系統(tǒng)顯示中，藍(lán)色代表尚未完成；紅色代表正在進(jìn)行；綠色代表已經(jīng)完成。項(xiàng)目進(jìn)度可通過顏色直觀地顯示出來。

2.2 掙值分析可視化

本文利用WebGIS技術(shù)與掙值分析，通過Oracle大型數(shù)據(jù)庫和ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行掙值分析，并以圖形化的形式表現(xiàn)，最后利用地圖服務(wù)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)信息全局共享，有效進(jìn)行信息溝通。掙值分析通過對(duì)指標(biāo)的監(jiān)控和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本和進(jìn)度的有效管理，能有效掌握成本和進(jìn)度情況，及時(shí)采取有效防范措施，有利于提高項(xiàng)目管理水平，保證項(xiàng)目順利實(shí)施（圖3）。

圖3 掙值分析可視化

掙值分析通過全庫搜索，統(tǒng)計(jì)已完成項(xiàng)目與未完成項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比分析。

3 評(píng)估模型實(shí)現(xiàn)

3.1 評(píng)估掙值分析算法

從對(duì)海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和動(dòng)態(tài)行為模型分析可知，海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目是按照一定規(guī)則、存在相互交互的一系列活動(dòng)組成，其評(píng)估主要對(duì)象活動(dòng)較多，最核心的是航次測(cè)線計(jì)劃、實(shí)施評(píng)估和調(diào)查站位計(jì)劃和實(shí)施評(píng)估。本文采用掙值分析的方法，結(jié)合海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出測(cè)線掙值分析（CEV）模型為：

式中，cac為實(shí)際測(cè)線公里數(shù)；cpv為計(jì)劃測(cè)線公里數(shù)；pt為計(jì)劃工期；ct為作業(yè)歷時(shí)。

調(diào)查站位掙值分析（PEV）模型為：

式中，pac為實(shí)際站位數(shù)；ppv為計(jì)劃站位數(shù)。

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

本文采用Flash builder開發(fā)，用XML來描述GUI的外觀，GUI和邏輯相分離，使得應(yīng)用開發(fā)的結(jié)構(gòu)更為清晰。前端界面使用Flash來描述，界面的控制由ActionScript來負(fù)責(zé)，后端的應(yīng)用邏輯則封裝在后端中間件中，與Flex前端界面相分離。Java操作數(shù)據(jù)庫提供Webservices，F(xiàn)lex和Java通信采用Webservices 方式。

實(shí)踐證明，該技術(shù)路線在性能方面有更大的提升。傳統(tǒng)Web應(yīng)用客戶端每次刷新頁面都會(huì)對(duì)服務(wù)器產(chǎn)生請(qǐng)求，服務(wù)器要將新的HTML和HTML中包含的圖片傳遞給Client，當(dāng)請(qǐng)求數(shù)量較大時(shí)，動(dòng)態(tài)生成HTML及下載圖片的過程都會(huì)嚴(yán)重消耗服務(wù)器的資源。而本文方法在第一次運(yùn)行時(shí)將應(yīng)用一次性下載到本地，所有的GUI都在本地運(yùn)行，運(yùn)行過程中只產(chǎn)生少量的數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求，不需要服務(wù)器實(shí)時(shí)地刷新頁面，不存在服務(wù)器對(duì)HTML等內(nèi)容的動(dòng)態(tài)構(gòu)造，后端服務(wù)器將完全專注于數(shù)據(jù)邏輯的處理，這樣能充分利用客戶端本地機(jī)器的CPU，并最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)帶寬。

海洋地質(zhì)調(diào)查作業(yè)掙值分析核心代碼如下：

public String voyageStatistics() {

StringBuffer str = new StringBuffer();

str = str.append("〈root〉");

List〈VoyagePlan〉 list = getAllVoyagePlan();

for (int i = 0; i〈 list.size(); i++) {

VoyagePlan vp = list.get(i);

str = str.append("〈voyage vNO="+'"'+vp.getVoNo() + '"' 〉");

List〈StationInfo〉 SIlist = this.findStationByVoNo(vp. getVoNo());

List〈StationPlan〉 SPlist = this.f ndStationPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyPlan〉 SPLlist = this.f ndSurveyPlanByVoNo(vp. getVoNo());

List〈SurveyLine〉 SLlist = this.f ndSurveyLineByVoNo(vp. getVoNo());

SurveyPlan sPlan = null;

double spCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SPlst.size(); j++){

sPlan = SPlst.get(j);

spCount+= Double.parseDouble(sPlan.getPlanLength());}

SurveyLine sLine = null;

double slCount = 0.0;

for (int j = 0; j 〈 SLlist.size(); j++) { sLine = SLlist.get(j);

slCount += Double.parseDouble(sLine.getActualLength());}

str = str.append("〈projectNo vNO=" + '"' +SPlist.size()+ '"' + "+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationPlan vNO=" + '"' + SIlist.size()+ '"' + '"'+ " /〉");

str = str.append(" 〈stationInfo vNO=" + '"' + spCount + '"' + " /〉");

str = str.append(" 〈surveyPlan vNO=" + '"' + slCount + '"' " /〉");

str = str.append("〈/voyage〉");}

tr = str.append("〈/root〉");

return str.toString(); }

4 結(jié) 語

本文以海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目管理與監(jiān)控為目的，將掙值分析和WebGIS有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)了海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理信息化建設(shè)，信息傳遞及時(shí)、準(zhǔn)確、有效，項(xiàng)目綜合管理水平明顯提高，應(yīng)急事件響應(yīng)快速、指揮高效、決策準(zhǔn)確，能更好地保證海上生產(chǎn)作業(yè)安全和船舶設(shè)施安全。

[1] 劉建賓,李建忠,余楚迎.模型驅(qū)動(dòng)體結(jié)構(gòu)MDA及xUML規(guī)范在其語境中的探討[J].汕頭大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,19(4):58-64

[2] 馮斌,譚建軍,李紹榮,等.海洋地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2009,35(3):29-31

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P229

B

1672-4623（2015）04-0111-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.040

王剛龍，高級(jí)工程師，主要從事3S技術(shù)在資源調(diào)查、海洋地質(zhì)和數(shù)字海洋中的應(yīng)用與開發(fā)。

2014-08-04。

項(xiàng)目來源：國(guó)家專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（GZH201200512）。