基于WebGL的海防旅營區管理信息系統設計

陳立婷, 夏水春，王楊

(中國人民解放軍陸軍勤務學院， 重慶401331)

隨著我國海洋利益日益加重，以海防巡邏管控、應急機動作戰為主要任務的新型海防旅應運而生，新的備戰職能使命和基層建設態勢，對海防旅領導機關發揮“一線指揮部”作用提出了新的更高要求。

新型海防旅的任務繁重，急需一個與之相匹配的后勤保障體系，而精細化管理則是達到這一目標的必然選擇。而為達到精細化管理的目標，海防旅管理信息系統應運而生。現階段對于精細化管理研究主要是理論研究居多，例如劉巖東等[1]認為提高裝備精細化管理應注重組織領導、全員參與、人才培養的強化。王忠華等[2]認為要提高基層部隊物資精細化管理就要加強統籌協調及教育引導，改善儲存條件及管理條件，狠抓建章立制和制度落實，搞好物資清查和保障測算。對于實際研究較少，本文針對這一情況提出基于WebGL營區信息化系統建設，為后勤保障體系精細化管理提供一個解決方案。

1 營區管理信息系統需求分析

根據海防旅后勤保障特點，海防旅管理信息系統應遵循下列原則：①根據其擔負的后勤保障任務、安全管理需求、使用功能等各方面，綜合運用云計算、大數據分析、物聯網提供先進可靠的技術支持[3-5]。②海防旅管理信息系統設計應符合《軍隊營區數字化建設標準》、《軍隊營區數字化建設施工規范》等軍隊相關建設規定，堅持以“實用、先進、可靠、經濟”八字方針作為其建設理念。③管理信息系統建設要面向營區的日常實際需要，考慮其管理、使用人員知識水平，其系統要運行穩定，易操作，易維護。④控制開發成本，在不損失功能性前提下應盡可能降低其開發成本。⑤管理信息系統建設要從整體出發，做好頂層設計，要與軍事設施信息化建設的全局規劃相吻合，在硬件設計和軟件設計上預留一定的發展空間，為下一步發展建設打好基礎[6-8]。

2 基于WebGL的系統設計與實現

2.1 B/S架構

通過信息管理系統的自動化和智能化功能，實現對海量數據信息的實時自動采集、自動匯總和智能分析，時刻為官兵提供適時的有效的保障，及時反饋和預警的雙向同步。

通過分析其系統設置原則與海防旅后勤管理特點，本系統依托B/S架構與WebGL相結合進行設計開發。

在開發系統時，一般選擇C/S架構或B/S架構架構服務模型進行開發，C/S架構是指客戶端/服務器模式，相比于B/S架構，傳統C/S架構對于硬件配置要求較高，不利于系統推廣應用。隨著移動網絡的普及B/S架構逐漸興起，B/S架構即瀏覽器服務器模式，相較于C/S其將系統核心功能集中到服務器端，簡化系統開發過程，便于維護和使用。其結構模式如圖所示：

圖1 架構模式對比圖Fig.1 Comparison of architectural pattern

2.2 WebGL概述

WebGL(Web graphics library)是由Khronos組織于2010年發布的新的Web3D繪圖協議，這種繪圖技術標準允許把JavaScript和OpenGL ES 2.0結合在一起，通過增加OpenGL ES 2.0的一個JavaScript綁定，WebGL可以為HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，使得Web開發人員就可以借助系統顯卡來在瀏覽器里更流暢地展示3D場景與模型從而免去了開發網頁專用渲染插件的麻煩，可被用于創建具有復雜3D結構的網站頁面，3D網絡開發等。

WebGL本質是基于Open GLES2.0標準的免費、開放跨平臺的API。其不依賴任何插件僅依靠計算機顯卡進行3D圖形繪制與加速渲染，使得傳統可視化從C/S架構變為B/S架構。目前主流瀏覽器如chrome、火狐等都已支持WebGL。

WebGL的實現必須依靠顯卡的支持，其主要圖元的繪制、場景渲染等都是依靠底層GPU加速來實現的。GPU作為高度并行化繪制圖形硬件設備，可以快速處理圖形數據，減少CPU的使用頻率，從而大大加大圖形繪制效率。

WebGL的渲染流程與GPU內部的渲染管線是相符的。因此可以將渲染管線看作一條渲染流水線，總是由下一個功能單元處理上一個功能單元處理后的數據，早期的渲染管線是不可編程的，稱為固定渲染管線，現代的GPU所包含的渲染管線為可編程渲染管線。本節所述皆基于可渲染管線兩種渲染管線的區別為前者工作的細節流程已經固定，只需要調整一些參數，后者更具靈活性，可以通過編程語言來控制一些渲染階段的細節，從而更加優化模型顯示[9]。可編程渲染管線結構如圖2所示：

圖2 可編程渲染管線結構Fig.2 Programmable rendering of the pipeline structure

傳統信息集成系統只能通過對整體場區進行集成顯示，無法顯示每個樓層集成情況，而通過運用WebGL技術可以實現對單一建筑物進行定點化、精細化管理，如圖3，這是與以往管理信息系統相比最大不同，通過運用WebGL所見即所得的特點，可以實時查詢系統中任一可操控單元，為用戶提供更為舒適、便捷的交互體驗[10]。

圖3 場景層次展開Fig.3 Floor display after using WebGL

2.3 系統設計

通過分析系統需求與WebGL技術特點，采用Java EE企業級開發平臺進行開發，從信息流動和實體控制角度出發，將系統分為現場儀表層、分散控制層、集中管理層和應用服務層的分層架構，其系統架構如圖4所示。

其中現場儀表層主要是指由水表、電表、熱量表、閥門以及環境監測、溫度控制元件組成，其作用為收集基礎數據傳輸至服務器端進行處理分析，在營區已有設備基礎上結合本旅實際需要，對需要感知收集的營房設施設備上改裝完成。

分散控制層主要以控分機、網絡交換機、信息網絡線纜、路由器、集線器等組成，在營區每棟樓宇信息設備間安裝，負責傳輸基礎數據至局域網絡服務器。

集中管理層主要由拼接大屏幕、服務器、工控機、客戶電腦等組成，在營區管控中心部署。

應用服務層：主要由各級電腦及應用服務系統等組成，一般分布在各級辦公室中。

圖4 系統架構Fig.4 Diagram of system architecture

2.4 系統組成及功能

通過分析海防旅具體后勤保障任務與其實際需要，確定管理系統由安防信息系統、水電管理系統、物資管理系統、門禁管理系統、環境管理系統組成(圖5)。

圖5 系統組成Fig.5 System composition

2.4.1 安防信息系統

安防信息系統由智能視頻監控、周界防范管控、電子巡更、信息發布模塊組成，其中視頻監控主要功能為多目標監控、錄像、監控回放等，可以針對營區內部監控點位進行設置選擇多畫面中的某一個進行畫面輪巡播放，并可對可疑目標進行抓怕，并與信息發布功進行報警聯動，將可疑目標信息發布在營區公告屏上，保證營區安全：周界防范管控是在視頻監控的基礎上與紅外線對射裝置、電子圍欄等進行聯動監控，實現對營區周邊區域有效監管，防止可疑目標進入營區，其基本功能包括警戒區域入侵檢測，目標出現檢測，目標離開檢測等[11]。電子巡更由巡更棒、人員信息裝置、數據讀取裝置等組成，其包括巡更計劃查詢、巡更情況判斷與查詢統計等，對于巡更區域路線、地點、時間、人員等進行規范，并進行查詢統計便于發生突發事件時提供決策依據。

2.4.2 水電管理系統

水電管理系統是指將傳統的供水、供電設施設備改造為具有感知、傳輸、控制能力的智能設備，依托營區信息網絡構建供水、供電管控物聯網，實現數據采集、傳輸、遠程監控和管理。供水管控系統一般包括泵房出水控制、管網壓力監測、用戶用水計量、管路遠程控制、洗浴供水管控和綠化噴淋管控等組成單元，具有二次供水恒壓、用水實時計量等多種智能管控功能。供電管控系統則包括變配電室監控、用戶用電量監控、路燈管控等組成單元，具有變壓器經濟運行、用電實時計量、電路遠程通斷等多種智能管控功能。

2.4.3 物資管理系統

物資管理系統其主要功能包括物資編碼管理、物資出入庫管理、庫存管理等，其中物資編碼管理是包括倉庫物資分類和物資編碼子模塊，用于物資分類及唯一編碼，可打印制式的二維條碼；物資出入庫管理是指對于物資申購、審批、入庫出庫管理功能，包括物資品名、型號、價格、數量、出入庫時間等；庫存管理是對物資庫存現狀及庫存盤點功能，根據出入庫管理記錄，對庫存管理實時更新并生成庫存明細報表等。

2.4.4 門禁管理系統

在營區重要出入口、公寓住房、宿舍單元、重要場所、關鍵進出通道處安裝智能門禁控制系統，所屬人員根據個人權限刷卡進出；人員外出經過請銷假允許后門禁自動放行，所有門禁形成的數據分別形成日、周、月、季、年人員進出報表和考勤報表。臨時來隊人員依據任務情況由基地管理部門發放臨時卡并授予相應權限。

2.4.5 環境管理系統

環境管理系統功能包括依據戰場環境部門提供的氣象數據，定期更新系統氣象數據，分別在士兵宿舍區、辦公樓、家屬院安裝LED顯示屏發布并在綠化區域供水管道加裝智能電動控制閥，實現綠化自動定時分區滴灌；對于中央空調實行智能控制，根據收集環境信息實時可控調節功率、溫度等[12-13]。

3 基于層次分析法(AHP)的系統效能評估

系統效能的評估是對系統的功能和質量、效果的全面評價。針對海防旅后勤保障任務的基本要求，建立一種基于層次分析法(AHP)的評判模型，對傳統管理模式、普通信息集成系統和基于WebGL構建的管理信息系統進行系統效能評估，通過對涉及的各要素進行量化分析，對管理策略的選擇給予客觀、準確的評判，為決策者提供決策依據[14-16]。

根據AHP法的步驟首先建立層次結構模型(圖6)，其次將決策的目標安防信息系統效能、決策準則主要從針對系統的可靠性、系統效率、系統投入與產出性價比等方面進行考慮，即系統實時準確性A1、決策調整時間A2、系統協調共享性A3、人力資源利用率A4、系統可靠性A5和決策對象傳統管理模式、普通信息集成系統和基于WebGL構建的管理信息系統按它們之間的相互關系分為最高層、中間層和最低層，繪出層次結構圖[17-20]。

圖6 層次結構模型Fig.6 Hierarchy model

建立模型后，根據得到的層次結構關系圖，引入1～9標度采取多個專家根據決策目標、準則針對各指標A1～A5打分取均值的方式，并對各層因素兩兩比較，最終得到成對比較矩陣

對成對比較矩陣B1,B2,B3,B4,B5求其層次總排序向量并進行一致性檢驗，其檢驗結果見表1:

表1 成對比較矩陣Tab.1 Paired comparison matrices

計算CRk可得A1,A2,A3,A4,A5通過一致性檢驗。

由上述結果可得B1,B2,B3總目標權值為{0.3，0.246，0.456},即每個方案排序為B3>B2>B1,即最優方案為基于WebGL構建的管理信息系統。

4 結論

本文討論了基于WebGL集成管理信息系統，從而達到精細化管理目標，與傳統策略相比，其管理高效性、便捷性更為突出，對于人力資源的需求較低能夠更好符合精細化管理的目標策略從而解決現階段海防旅管理任務繁重的困境。

但在這其中也存在一定不足，本文只討論了部分管理目標，從而設計管理系統，對于被裝、給養、油料等方面并沒有涉及，這也為下一階段研究指明了方向。管理系統建設從根本上來說只是一種方法手段，其最終目的是為了提高管理的水平和能力，從而為部隊建設進行服務。