浙江沿海港口岸線數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

何曉宇，沈 堅(jiān)，徐永潮，方澤興，張宗科 ，郝 磊，夏蜀科

（1.浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310013；2.北京國(guó)信同科信息技術(shù)股份有限公司，北京 100015；3.中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100101；4.中交星宇科技有限公司，北京 100088）

1 研究背景

目前，基于遙感技術(shù)進(jìn)行空間要素分析監(jiān)控方面的研究已經(jīng)趨于成熟[1-4]，同時(shí)對(duì)基于遙感數(shù)據(jù)的多時(shí)、多光譜動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究方面也在國(guó)內(nèi)、國(guó)外有了不錯(cuò)的研究成果[5-7]，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，包括遙感、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)評(píng)估，和常規(guī)方法相比，無論經(jīng)濟(jì)效益還是社會(huì)效益（速度快、精度高、成本低）都有非常明顯的進(jìn)步[8]。

當(dāng)前浙江省海洋資源監(jiān)管手段以傳統(tǒng)的規(guī)劃圖紙和地面采樣管理為主，缺乏全局化、動(dòng)態(tài)化、可視化的監(jiān)管手段，難以適應(yīng)新形勢(shì)下管理上的新需求。海洋資源中岸線資源的統(tǒng)籌規(guī)劃、建設(shè)及管理、港區(qū)整合等新形勢(shì)下的新需求，需要構(gòu)建大范圍的、滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)。遙感監(jiān)測(cè)具有大范圍、快速、動(dòng)態(tài)、客觀等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是地面環(huán)境監(jiān)測(cè)的有效補(bǔ)充，可推動(dòng)浙江海洋港口資源監(jiān)測(cè)由點(diǎn)上向面上發(fā)展、由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)發(fā)展。另一方面，港口岸線資源是浙江發(fā)展不可再生的寶貴資源，依托遙感系統(tǒng)建立浙江港口岸線的動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)，為管理部門和港區(qū)運(yùn)營(yíng)集團(tuán)提供管理、決策支持系統(tǒng)，既是順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，也是適應(yīng)國(guó)家對(duì)資源管理的要求和浙江海洋港口發(fā)展本身的需要，為拓展“海上絲綢之路”戰(zhàn)略中沿海國(guó)家的水運(yùn)及海洋工程保障和動(dòng)態(tài)監(jiān)管奠定基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

浙江海洋港口資源遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)主要功能是以中、高分辨率正射遙感影像為數(shù)據(jù)本底，整合、關(guān)聯(lián)和分層疊加浙江的港口岸線、碼頭基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立浙江沿海區(qū)域地理信息系統(tǒng)，將遙感影像數(shù)據(jù)與等高線數(shù)據(jù)融合形成可視化的三維地形地貌，可實(shí)現(xiàn)對(duì)岸線港口資源的信息采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管控等需求，系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.1 遙感影像庫(kù)建設(shè)

多源多尺度遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)是本研究重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，根據(jù)調(diào)查對(duì)象及遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，本研究建立了中、高2種不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)圖像進(jìn)行必要的處理并入庫(kù),具體處理流程如下。

2.1.1 遙感影像選取

遙感影像空間分辨率選擇：本研究以美國(guó)陸地衛(wèi)星（Landsat5、8）影像數(shù)據(jù)為基本信息源，實(shí)現(xiàn)對(duì)典型港口區(qū)的時(shí)間序列監(jiān)測(cè)。同時(shí)分別選用近2a的Sentinel2號(hào)和高分2號(hào)數(shù)據(jù)滿足對(duì)港口細(xì)節(jié)展示的需求。

遙感影像質(zhì)量選擇：影像質(zhì)量主要包括云量和拍攝角度。本研究經(jīng)過多次篩選，覆蓋港區(qū)的影像基本都為無云雨霧遮擋的清晰影像。

遙感影像波段選擇：遙感影像的不同波段都有不同的適用范圍，不同波段的組合可以突出不同的地物信息。本研究采用了3種波段組合合成的彩色影像產(chǎn)品，具體情況如下。

由紅、綠、藍(lán)合成的真彩色影像，影像產(chǎn)品接近自然色彩。對(duì)淺水透視效果好，可用于監(jiān)測(cè)水體的濁度、含沙量、水體沉淀物質(zhì)形成的絮狀物、水底地形。通常深水深藍(lán)色；淺水淺藍(lán)色；水體懸浮物是絮狀影象；健康植被綠色；土壤棕色或褐色。

由近紅外、綠、藍(lán)合成的標(biāo)準(zhǔn)假彩色影像，影像產(chǎn)品中植被呈現(xiàn)各種紅色調(diào)。深紅色/亮紅色為闊葉林，淺紅色為草地等生物量較小的植被，產(chǎn)品適合用于植被提取。

由短波紅外、近紅外、紅合成的假彩色影像，影像產(chǎn)品適用于城鎮(zhèn)和農(nóng)村土地利用的區(qū)分以及陸地/水體邊界的確定。

2.1.2 遙感影像處理

所有遙感影像在入庫(kù)前均經(jīng)過如圖2所示的處理流程，具體包括格式轉(zhuǎn)換、波段組合、影像配準(zhǔn)、輻射校正、幾何糾正、勻色和鑲嵌。其中格式轉(zhuǎn)換將所有影像轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的Geotiff/TIFF格式；輻射校正采用ENVI提供的FLAASH模塊和Sen2Cor軟件對(duì)上述3顆衛(wèi)星影像進(jìn)行處理；使用SRTM對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行地形校正。

圖2 遙感影像處理流程

2.1.3 遙感影像入庫(kù)

根據(jù)影像數(shù)據(jù)的類型及拍攝時(shí)間進(jìn)行分類存儲(chǔ)，并與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如行政區(qū)劃、泊位碼頭等形成關(guān)聯(lián)，在方便查詢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像的時(shí)序展示和發(fā)布。

2.2 研發(fā)技術(shù)路線

系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線如圖3所示，下面為技術(shù)路線描述。

圖3 系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線圖

2.2.1 技術(shù)數(shù)據(jù)錄入

按照右圖右側(cè)流程圖所設(shè)計(jì)，依次在對(duì)應(yīng)模塊錄入港口信息、港區(qū)信息、作業(yè)區(qū)信息、碼頭信息、泊位信息等相關(guān)基礎(chǔ)圖層數(shù)據(jù)。

2.2.2 地圖發(fā)布

通過ArcGIS Server進(jìn)行多源、多光譜遙感影像地圖圖層處理并發(fā)布，通過URL的形式供接口調(diào)用。

2.2.3 數(shù)據(jù)圖層整合顯示

通過圖層功能進(jìn)行控制顯示遙感衛(wèi)星影像及基礎(chǔ)港口岸線數(shù)據(jù)。

圖4為地形圖庫(kù)建立過程，地圖影像數(shù)據(jù)通過ArcGIS進(jìn)行處理發(fā)布，然后以u(píng)rl（eg.http://tlmap. 91daocao.com:9999/arcgis/rest/services/20051127/MapServer）的形式在系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行圖層配置，前臺(tái)通過點(diǎn)擊相應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行地圖圖層疊加查看。

圖4 地形圖庫(kù)建立過程圖

2.3 開發(fā)運(yùn)行環(huán)境

開發(fā)工具：Intellij idea 19.1.1；

開發(fā)語言：C#；

數(shù)據(jù)庫(kù)：Sql Server 2014；

開發(fā)框架：Devexpress XAF框架；

發(fā)布：IIS開發(fā)工具。

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，由服務(wù)器和客戶端組成。服務(wù)器和客戶端運(yùn)行環(huán)境要求如下：

服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境：Windows2008操作系統(tǒng)；SqlServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)；

客戶端運(yùn)行環(huán)境：WindowsXP及其以上操作系統(tǒng)；

支持瀏覽器：火狐瀏覽器（Firefox）、谷歌瀏覽器（Chrome）、IE8.0版本及其以上瀏覽器、國(guó)內(nèi)各類瀏覽器。

本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶無需安裝任何程序，打開瀏覽器，輸入系統(tǒng)網(wǎng)址即可登錄。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 港口資源信息展示

地圖中默認(rèn)展示港口、港區(qū)、作業(yè)區(qū)、碼頭、泊位等的空間圖層信息，鼠標(biāo)移動(dòng)到相關(guān)區(qū)域，可進(jìn)行港口等詳細(xì)信息查看，如圖5所示。

圖5 港口資源信息查看

點(diǎn)擊“更多”可查看港口詳細(xì)信息，以及隸屬于該港口的港區(qū)集合信息、航線集合信息以及吞吐量信息。

3.2 統(tǒng)計(jì)分析

通過地圖右上角功能區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析信息查看按鈕，地圖左側(cè)區(qū)域彈出岸線信息統(tǒng)計(jì)分析界面，點(diǎn)擊港口樹找到所要統(tǒng)計(jì)分析的展示作業(yè)區(qū)，雙擊該作業(yè)區(qū)項(xiàng)，系統(tǒng)自動(dòng)彈出該作業(yè)區(qū)的岸線統(tǒng)計(jì)圖，如圖6所示。

圖6 岸線資源統(tǒng)計(jì)分析

3.3 查詢篩選

通過點(diǎn)擊地圖右上角功能區(qū)域查詢篩選按鈕，可根據(jù)查詢條件查看相關(guān)港口岸線等圖層資源信息，根據(jù)篩選條件點(diǎn)擊查詢按鈕，查詢結(jié)果將以信息列表的形式進(jìn)行展現(xiàn)，雙擊數(shù)據(jù)項(xiàng)，地圖中將居中顯示該港口岸線相關(guān)地理空間信息，如圖7所示。

圖7 岸線資源查詢篩選

3.4 影像時(shí)間軸

圖8 影像時(shí)間軸功能展示圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用意義及成果

隨著國(guó)家海外經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，國(guó)家港口岸線資源變得尤為重要，但是港口岸線等的綜合規(guī)劃或利用情況無法快速獲悉，而且當(dāng)前各規(guī)劃院數(shù)據(jù)還是以調(diào)查或普查紙質(zhì)資料或簡(jiǎn)單電子文檔的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，需要查閱大量的歷史資料才能得出分析結(jié)果，同時(shí)目前國(guó)內(nèi)外市面上并沒有一款可以綜合展現(xiàn)港口資源規(guī)劃情況的平臺(tái)系統(tǒng)，所以由浙江交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院牽頭開發(fā)一套以中、高分辨率正射遙感影像為數(shù)據(jù)本底的分析管理系統(tǒng)，通過對(duì)浙江省四大港口泊位、規(guī)劃等信息，以及全省港口岸線普查信息的收集整理，掌握港口、岸線周邊地形地貌、主要交通運(yùn)輸路線、骨干航道、港口碼頭位置等地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依托數(shù)據(jù)資源的系統(tǒng)集中科學(xué)管理，以電子地圖功能為主要展示手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)港口岸線資源的管控、統(tǒng)計(jì)分析及綜合展現(xiàn)。

目前，系統(tǒng)已經(jīng)完成了整個(gè)嘉興港及3個(gè)港區(qū)（乍浦港區(qū)、海鹽港區(qū)、獨(dú)山港區(qū)）的全部作業(yè)區(qū)、碼頭、岸線、泊位等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入；同時(shí)系統(tǒng)功能也根據(jù)需求完成了整體研發(fā)，綜合實(shí)現(xiàn)了對(duì)港口岸線資源的管控及統(tǒng)計(jì)分析綜合展現(xiàn)。

5 結(jié) 語

隨著浙江沿海港口岸線數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)的投入使用及港口岸線等基礎(chǔ)歷史數(shù)據(jù)資料信息的系統(tǒng)錄入，規(guī)劃院或其他事業(yè)單位將通過系統(tǒng)，并依托高效大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析平臺(tái)，取代傳統(tǒng)的工作方式。用戶只需要輸入數(shù)據(jù)查詢條件就能獲取港口岸線資源的電子地圖專題圖，及海岸線及港口變化綜合評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)水運(yùn)及岸線一張圖管控，大大提高工作人員工作效率，節(jié)省勞動(dòng)資源。