基于立體觀測(cè)網(wǎng)的海洋綜合管理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈少青，洪　宇，鄭志文，羅　平

(1. 國(guó)土資源部城市土地資源監(jiān)測(cè)與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518034； 2. 深圳市數(shù)字城市工程研究中心，廣東 深圳 518034； 3. 深圳市海洋環(huán)境與資源監(jiān)測(cè)中心，廣東 深圳 518034)

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基于立體觀測(cè)網(wǎng)的海洋綜合管理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈少青1,2，洪宇1,3，鄭志文1,3，羅平1,2

(1. 國(guó)土資源部城市土地資源監(jiān)測(cè)與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518034； 2. 深圳市數(shù)字城市工程研究中心，廣東 深圳 518034； 3. 深圳市海洋環(huán)境與資源監(jiān)測(cè)中心，廣東 深圳 518034)

海洋綜合管理能力的提升迫切需要建立一個(gè)集成多種監(jiān)測(cè)手段、融合多類海洋信息、支撐多項(xiàng)管理業(yè)務(wù)的海洋綜合管理信息平臺(tái)。本文以深圳市海洋綜合管理信息平臺(tái)為例，探討了平臺(tái)建設(shè)的背景意義、總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)成果和應(yīng)用情況，這對(duì)未來國(guó)內(nèi)其他城市乃至全國(guó)層面建設(shè)類似綜合型的海洋管理信息平臺(tái)具有借鑒意義和參考價(jià)值。

海洋綜合管理；海洋管理信息系統(tǒng)；海洋觀測(cè)網(wǎng)；海洋信息數(shù)據(jù)庫(kù)；海陸一體化

信息化是推動(dòng)我國(guó)海洋管理科學(xué)化和現(xiàn)代化的重要手段，加快海洋信息化建設(shè)對(duì)我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施具有重大而深遠(yuǎn)的意義[1]。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明，對(duì)于海洋這樣一個(gè)包含空間、資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、權(quán)益、安全等各種內(nèi)涵的復(fù)雜巨系統(tǒng)，必須實(shí)施綜合管理模式才能實(shí)現(xiàn)海洋的可持續(xù)利用[2]。然而當(dāng)前海洋管理信息化建設(shè)存在各自為戰(zhàn)、信息孤立、系統(tǒng)封閉等問題，嚴(yán)重制約了海洋綜合管理能力的提升[3-4]。因此，迫切需要建立一個(gè)集成多種監(jiān)測(cè)手段、融合多類海洋信息、支撐多項(xiàng)管理業(yè)務(wù)的海洋綜合管理信息平臺(tái)[5-10]。

一、總體設(shè)計(jì)

1. 建設(shè)目標(biāo)

秉承海陸統(tǒng)籌的思想，實(shí)施科技興海戰(zhàn)略，以提升海洋綜合管理能力為目標(biāo)，以GIS、GPS、RS、傳感、網(wǎng)絡(luò)、通信等新一代信息技術(shù)為支撐，建立多源感知、深度集成、一體決策的海洋綜合管理信息平臺(tái),致力于海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋科研科普、海洋信息惠民等方面的信息服務(wù)與決策支持，推動(dòng)海洋綜合管理模式的形成與完善，為海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施提供強(qiáng)有力的科技支撐。

2. 平臺(tái)架構(gòu)

本項(xiàng)目提出一網(wǎng)、一庫(kù)、一平臺(tái)的總體架構(gòu)(如圖1所示)。其中，一網(wǎng)是指海洋立體觀測(cè)網(wǎng)[11-12]，主要用于提供必不可少的多源、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)來源；一庫(kù)是指海洋綜合數(shù)據(jù)庫(kù)[13]，主要用于提供統(tǒng)一的海洋數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，集成了海洋各類空間和非空間數(shù)據(jù)；一平臺(tái)是指海洋綜合管理信息平臺(tái)，主要用于提供豐富的海洋信息服務(wù)和一體化的決策支持環(huán)境。

3. 開發(fā)環(huán)境

本項(xiàng)目采用Java EE架構(gòu)體系，基于MVC設(shè)計(jì)模式的分層設(shè)計(jì)技術(shù)和工作流引擎(Workflow Engine )技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、地理信息平臺(tái)分別采用ArcGIS SDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、ArcGIS Server 地理信息應(yīng)用平臺(tái)及Skyline三維數(shù)字地球平臺(tái)。

李總介紹，在過去的一年中，松盛引入了愛仕達(dá)作為投資方。隨著愛仕達(dá)在資本領(lǐng)域的介入，松盛迎來了新的快速發(fā)展時(shí)期。他指出，資金是企業(yè)發(fā)展的重要資源，有了愛仕達(dá)的資金支持，松盛在技術(shù)研發(fā)、人員儲(chǔ)備、工藝完善等方面都得以進(jìn)一步推進(jìn)，從而獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。“針對(duì)千變?nèi)f化的市場(chǎng)，我們一直都在從資金、人員、技術(shù)研發(fā)等方面進(jìn)行儲(chǔ)備。根據(jù)我們的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)需求，松盛一直在不懈努力，希望能夠?yàn)榭蛻籼峁└油昝赖囊徽臼轿锪鳟a(chǎn)品解決方案。”

圖1　深圳市海洋綜合管理信息平臺(tái)的總體框架

二、關(guān)鍵技術(shù)

1. 空間數(shù)據(jù)海陸一體化集成技術(shù)

秉承海陸統(tǒng)籌的思想，針對(duì)海洋基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、海洋空間數(shù)據(jù)與陸地空間數(shù)據(jù)相分離、缺乏統(tǒng)一空間基礎(chǔ)難以支撐海陸統(tǒng)籌決策等問題，本項(xiàng)目借助GIS，以電子海圖、電子地圖、高分辨率遙感影像和三維海底地形為空間數(shù)據(jù)來源，以空間坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和基于空間同名點(diǎn)的幾何配準(zhǔn)為手段，發(fā)展了空間數(shù)據(jù)海陸一體化集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了海洋空間資源的統(tǒng)一整合，支撐了宗地宗海的一體化數(shù)據(jù)管理，為海洋綜合管理奠定了海陸一體化空間信息基礎(chǔ)。

2. 海洋多源異構(gòu)屬性數(shù)據(jù)集成技術(shù)

在夯實(shí)空間基礎(chǔ)的前提下，為真正實(shí)現(xiàn)以圖管海的綜合管理理念，需要將海洋生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等各類非空間屬性數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的空間基礎(chǔ)上。本項(xiàng)目借助GIS，采用統(tǒng)一的時(shí)空參考坐標(biāo)系統(tǒng)，通過各類海洋屬性數(shù)據(jù)的空間目標(biāo)掛接和時(shí)間匹配，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)海洋數(shù)據(jù)的時(shí)空集成，初步形成了海洋管理一張圖，開啟了以圖管海的全新管理模式。

3. 海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)空間定位技術(shù)

利用GPS/北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對(duì)組成海洋立體觀測(cè)網(wǎng)的各類傳感器載體進(jìn)行定位跟蹤，實(shí)現(xiàn)了海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，為海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)與海洋空間數(shù)據(jù)的集成，以及與其他非空間屬性數(shù)據(jù)的融合提供了準(zhǔn)確的空間關(guān)聯(lián)信息。

本項(xiàng)目還設(shè)計(jì)了漂移報(bào)警機(jī)制，一旦傳感器離開預(yù)定空間位置超過一定閾值，傳感器即會(huì)向海洋綜合管理信息平臺(tái)指揮中心發(fā)出警報(bào)，以便指揮中心作出及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，以確保海洋觀測(cè)網(wǎng)的長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行。

4. 海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新技術(shù)

海洋傳感器類型多樣、觀測(cè)機(jī)理各異、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不同，由于缺乏可共享的描述模型和科學(xué)的關(guān)聯(lián)方法，呈現(xiàn)出封閉、孤立的現(xiàn)狀[14]。

在不改變海洋觀測(cè)網(wǎng)現(xiàn)有存儲(chǔ)管理模式的前提下，本項(xiàng)目借助Web Services技術(shù)，研發(fā)了面向海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換和加載工具，以海洋觀測(cè)頻率相同的頻率進(jìn)行海洋數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換，并加載到海洋綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，配以固定頻率的數(shù)據(jù)查漏策略，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和及時(shí)的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)更新，在數(shù)據(jù)層面實(shí)現(xiàn)了海洋觀測(cè)網(wǎng)的統(tǒng)一與整合。

5. 海洋傳感器時(shí)空協(xié)同觀測(cè)技術(shù)

本項(xiàng)目根據(jù)視頻GIS的理念[15]，通過視頻系統(tǒng)視域范圍與地理空間之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立，實(shí)現(xiàn)了視頻系統(tǒng)與電子地圖(海圖)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)；繼而借助三維通視分析，實(shí)現(xiàn)了視域范圍與用海項(xiàng)目、海洋經(jīng)濟(jì)實(shí)體(如涉海單位、用海單位、碼頭)等的聯(lián)動(dòng)查詢。

同理，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了視頻系統(tǒng)與其他傳感系統(tǒng)對(duì)同一海洋要素的協(xié)同觀測(cè)。如當(dāng)用戶選定某一浮標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，海洋視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以自適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)攝像頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使得用戶在同一工作環(huán)境中，可以同時(shí)查看到實(shí)時(shí)視頻影像(浪高、潮汐等現(xiàn)象)和浮標(biāo)傳來的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息(海洋溫度、鹽度等參數(shù))，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一海域的協(xié)同觀測(cè)。

三、建設(shè)成果

1. 海洋立體觀測(cè)網(wǎng)

本項(xiàng)目采用GIS、GPS、RS、傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻等多種技術(shù)手段，通過天基、空基、岸基、?；目茖W(xué)布局，以及移動(dòng)基、固定基的動(dòng)態(tài)組合，建成了多元、立體、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的區(qū)域性海洋立體觀測(cè)網(wǎng)(見表1)，對(duì)深圳全市1145 km2海域和283 km海岸線形成了穩(wěn)定精細(xì)的常規(guī)觀測(cè)能力和機(jī)動(dòng)靈活的應(yīng)急觀測(cè)能力。

表1　深圳市海洋立體觀測(cè)網(wǎng)的主要構(gòu)成

2. 海洋綜合數(shù)據(jù)庫(kù)

本項(xiàng)目通過海洋數(shù)據(jù)的科學(xué)分類、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成和觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，建成了融合海洋空間、環(huán)境、生態(tài)、災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)、權(quán)屬等各類海洋自然要素和人文要素的綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)(見表2)，包括5大類、19中類、80小類海洋數(shù)據(jù)，形成了海洋數(shù)據(jù)共享和信息服務(wù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

表2　深圳市海洋綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的分類體系

3. 海洋綜合管理信息平臺(tái)

本項(xiàng)目采用面向服務(wù)的軟件體系架構(gòu)，以三維地理信息系統(tǒng)為可視化平臺(tái)，通過海洋信息服務(wù)的空間化和管理業(yè)務(wù)流程的信息化，建成了支撐海洋空間管理、海洋環(huán)境保護(hù)和海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多項(xiàng)管理業(yè)務(wù)的海洋綜合管理信息平臺(tái)(如圖2所示)。

圖2　深圳市海洋綜合管理信息平臺(tái)主界面

(1) 海洋空間信息系統(tǒng)

采用三維GIS平臺(tái)，以海陸一體化空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供海底地形地貌與海流模型的三維場(chǎng)景顯示，實(shí)現(xiàn)了疑點(diǎn)疑區(qū)監(jiān)測(cè)、海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)、移動(dòng)監(jiān)測(cè)、海籍管理、海域使用管理等功能(如圖3所示)。

(2) 海洋環(huán)境信息系統(tǒng)

以海陸一體化空間數(shù)據(jù)為工作底圖，以海洋立體觀測(cè)網(wǎng)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來源，提供海洋環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)檢索、趨勢(shì)分析和對(duì)比分析，展示了海洋生物多樣性的分布信息，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)評(píng)價(jià)、海洋潮流浪溫鹽的觀測(cè)及預(yù)報(bào)、海洋災(zāi)害(赤潮、風(fēng)暴潮、海岸侵蝕、海水入侵)公報(bào)和預(yù)警等功能，為海洋環(huán)境保護(hù)工作提供了輔助決策功能(如圖4所示)。

(3) 海洋經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)

以海陸一體化空間數(shù)據(jù)為工作底圖，集成現(xiàn)有海洋經(jīng)濟(jì)直報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供海洋經(jīng)濟(jì)的空間顯示、空間統(tǒng)計(jì)和專題制圖，實(shí)現(xiàn)海洋總體評(píng)估、海洋相關(guān)產(chǎn)業(yè)評(píng)估、海洋城市比較、海洋經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能，為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供輔助決策支持(如圖5所示)。

圖3　海洋空間信息系統(tǒng)工作界面

圖4　海洋環(huán)境信息系統(tǒng)工作界面

4. 平臺(tái)部署

海洋綜合管理信息平臺(tái)部署在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)

外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、專線網(wǎng)絡(luò)，采用不對(duì)等分布式部署的策略，無線網(wǎng)絡(luò)部署輕、政務(wù)外網(wǎng)部署少，政務(wù)內(nèi)網(wǎng)部署肥、互聯(lián)網(wǎng)部署瘦，為提高視頻(視頻監(jiān)控、移動(dòng)工作站視頻)無線通信質(zhì)量，采用了無線加專線的網(wǎng)絡(luò)模式(如圖6所示)。

圖5　海洋經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)工作界面

四、結(jié)束語

本項(xiàng)目采用GIS、GPS、RS、傳感、網(wǎng)絡(luò)、通信等新一代信息技術(shù)，基于一網(wǎng)、一庫(kù)、一平臺(tái)的總體架構(gòu)，建成了深圳市海洋綜合管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了縱向與各級(jí)海洋局，橫向與涉海部門、涉海企業(yè)、社會(huì)公眾的在線信息共享和智能服務(wù)，有力地支撐了海洋管理體制的改革，推動(dòng)了海洋綜合管理能力的提升，在深圳市海域動(dòng)態(tài)監(jiān)管、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋科學(xué)研究等方面發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。

圖6　深圳市海洋綜合管理信息平臺(tái)物理部署示意圖

[1]葉向東, 陳國(guó)生. 構(gòu)建“數(shù)字海洋” 實(shí)施海陸統(tǒng)籌[J]. 太平洋學(xué)報(bào)，2007(4)：77-86.

[2]陳吉祥. 我國(guó)海洋綜合管理發(fā)展思路探析[D]. 青島：中國(guó)海洋大學(xué), 2009.

[3]姜曉軼, 石綏祥, 胡恩和,等. 我國(guó)數(shù)字海洋建設(shè)中幾個(gè)問題的思考[J]. 海洋開發(fā)與管理，2013(3)：14-17.

[4]崔曉健, 劉玉新, 崔輪輝. 我國(guó)海洋信息化建設(shè)探析 [J]. 海洋信息, 2011(3): 1-3.

[5]滕駿華. 21世紀(jì)海洋綜合管理信息系統(tǒng)展望[J]. 海洋信息, 1995(3): 26-7.

[6]季民,靳奉祥,周成虎,等.基于格網(wǎng)的海洋時(shí)空數(shù)據(jù)組織策略研究[J].測(cè)繪通報(bào),2009(7):6-8，18.

[7]徐勝華,劉紀(jì)平,王想紅,等.基于三維GIS的海洋標(biāo)量場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化[J].測(cè)繪通報(bào),2013(10):50-53.

[8]梅元?jiǎng)?薛濤,曾興國(guó).移動(dòng)GIS支持下的海洋漁業(yè)信息采集與管理[J].測(cè)繪通報(bào),2015(4):125-128.

[9]楊峰,杜云燕,崔馬軍,等.海洋多源環(huán)境數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)研究[J].測(cè)繪通報(bào),2011(10):35-37.

[10]馬勁松,朱大奎.海岸海洋潮流模擬可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)建模[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2002,31(1):49-53.

[11]康壽嶺. 海洋環(huán)境立體自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 海洋技術(shù), 2001,20(1): 1-21.

[12]張友權(quán). 福建海洋觀測(cè)示范網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用[J]. 海洋技術(shù), 2012,31(1): 111-114.

[13]趙麗寧, 李一凡, 趙德鵬. 數(shù)字海洋空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建 [J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,28(1): 34-7.

[14]胡楚麗. 對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)傳感器資源共享管理模型與方法研究[D]. 武漢：武漢大學(xué), 2013.

[15]孔云峰. 地理視頻數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)視頻GIS實(shí)現(xiàn) [J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2010,35(2): 133-137.

Design and Implementation of Marine Integrated Management Information Platform Based on Marine Observation Network

SHEN Shaoqing,HONG Yu,ZHENG Zhiwen,LUO Ping

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0165.

2015-04-30；

2015-11-13

國(guó)土資源部城市土地資源監(jiān)測(cè)與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金

沈少青(1985—)，女，博士，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新與行業(yè)應(yīng)用。E-mail:191703670@qq.com

P208

B

0494-0911(2016)05-0096-05

引文格式： 沈少青，洪宇，鄭志文，等. 基于立體觀測(cè)網(wǎng)的海洋綜合管理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(5)：96-100.