基于立體觀測網的海洋綜合管理信息平臺的設計與實現

沈少青，洪　宇，鄭志文，羅　平

(1. 國土資源部城市土地資源監測與仿真重點實驗室，廣東 深圳 518034； 2. 深圳市數字城市工程研究中心，廣東 深圳 518034； 3. 深圳市海洋環境與資源監測中心，廣東 深圳 518034)

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基于立體觀測網的海洋綜合管理信息平臺的設計與實現

沈少青1,2，洪宇1,3，鄭志文1,3，羅平1,2

(1. 國土資源部城市土地資源監測與仿真重點實驗室，廣東 深圳 518034； 2. 深圳市數字城市工程研究中心，廣東 深圳 518034； 3. 深圳市海洋環境與資源監測中心，廣東 深圳 518034)

海洋綜合管理能力的提升迫切需要建立一個集成多種監測手段、融合多類海洋信息、支撐多項管理業務的海洋綜合管理信息平臺。本文以深圳市海洋綜合管理信息平臺為例，探討了平臺建設的背景意義、總體設計、關鍵技術、建設成果和應用情況，這對未來國內其他城市乃至全國層面建設類似綜合型的海洋管理信息平臺具有借鑒意義和參考價值。

海洋綜合管理；海洋管理信息系統；海洋觀測網；海洋信息數據庫；海陸一體化

信息化是推動我國海洋管理科學化和現代化的重要手段，加快海洋信息化建設對我國海洋強國戰略的實施具有重大而深遠的意義[1]。國內外大量實踐證明，對于海洋這樣一個包含空間、資源、環境、生態、經濟、權益、安全等各種內涵的復雜巨系統，必須實施綜合管理模式才能實現海洋的可持續利用[2]。然而當前海洋管理信息化建設存在各自為戰、信息孤立、系統封閉等問題，嚴重制約了海洋綜合管理能力的提升[3-4]。因此，迫切需要建立一個集成多種監測手段、融合多類海洋信息、支撐多項管理業務的海洋綜合管理信息平臺[5-10]。

一、總體設計

1. 建設目標

秉承海陸統籌的思想，實施科技興海戰略，以提升海洋綜合管理能力為目標，以GIS、GPS、RS、傳感、網絡、通信等新一代信息技術為支撐，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,致力于海域動態監管、海洋環境保護、海洋防災減災、海洋經濟發展、海洋科研科普、海洋信息惠民等方面的信息服務與決策支持，推動海洋綜合管理模式的形成與完善，為海洋強國戰略的實施提供強有力的科技支撐。

2. 平臺架構

本項目提出一網、一庫、一平臺的總體架構(如圖1所示)。其中，一網是指海洋立體觀測網[11-12]，主要用于提供必不可少的多源、實時、動態的海洋環境數據來源；一庫是指海洋綜合數據庫[13]，主要用于提供統一的海洋數據基礎，集成了海洋各類空間和非空間數據；一平臺是指海洋綜合管理信息平臺，主要用于提供豐富的海洋信息服務和一體化的決策支持環境。

3. 開發環境

本項目采用Java EE架構體系，基于MVC設計模式的分層設計技術和工作流引擎(Workflow Engine )技術進行開發。數據庫、中間件、地理信息平臺分別采用ArcGIS SDE空間數據庫管理系統、ArcGIS Server 地理信息應用平臺及Skyline三維數字地球平臺。

李總介紹，在過去的一年中，松盛引入了愛仕達作為投資方。隨著愛仕達在資本領域的介入，松盛迎來了新的快速發展時期。他指出，資金是企業發展的重要資源，有了愛仕達的資金支持，松盛在技術研發、人員儲備、工藝完善等方面都得以進一步推進，從而獲得了長足的進步?！搬槍ηё內f化的市場，我們一直都在從資金、人員、技術研發等方面進行儲備。根據我們的產品優勢和市場需求，松盛一直在不懈努力，希望能夠為客戶提供更加完美的一站式物流產品解決方案?！?/p>

圖1　深圳市海洋綜合管理信息平臺的總體框架

二、關鍵技術

1. 空間數據海陸一體化集成技術

秉承海陸統籌的思想，針對海洋基礎空間數據多源異構、海洋空間數據與陸地空間數據相分離、缺乏統一空間基礎難以支撐海陸統籌決策等問題，本項目借助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據來源，以空間坐標系統的轉換和基于空間同名點的幾何配準為手段，發展了空間數據海陸一體化集成技術，實現了海洋空間資源的統一整合，支撐了宗地宗海的一體化數據管理，為海洋綜合管理奠定了海陸一體化空間信息基礎。

2. 海洋多源異構屬性數據集成技術

在夯實空間基礎的前提下，為真正實現以圖管海的綜合管理理念，需要將海洋生態、環境、經濟等各類非空間屬性數據集成到統一的空間基礎上。本項目借助GIS，采用統一的時空參考坐標系統，通過各類海洋屬性數據的空間目標掛接和時間匹配，實現了多源異構海洋數據的時空集成，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. 海洋觀測數據空間定位技術

利用GPS/北斗導航定位系統，對組成海洋立體觀測網的各類傳感器載體進行定位跟蹤，實現了海洋觀測數據的實時動態定位，為海洋觀測數據與海洋空間數據的集成，以及與其他非空間屬性數據的融合提供了準確的空間關聯信息。

本項目還設計了漂移報警機制，一旦傳感器離開預定空間位置超過一定閾值，傳感器即會向海洋綜合管理信息平臺指揮中心發出警報，以便指揮中心作出及時的應對措施，以確保海洋觀測網的長期業務化運行。

4. 海洋觀測數據實時更新技術

海洋傳感器類型多樣、觀測機理各異、數據存儲格式不同，由于缺乏可共享的描述模型和科學的關聯方法，呈現出封閉、孤立的現狀[14]。

在不改變海洋觀測網現有存儲管理模式的前提下，本項目借助Web Services技術，研發了面向海洋觀測數據的提取、轉換和加載工具，以海洋觀測頻率相同的頻率進行海洋數據的提取、轉換，并加載到海洋綜合數據庫中，配以固定頻率的數據查漏策略，實現穩定和及時的海洋觀測數據更新，在數據層面實現了海洋觀測網的統一與整合。

5. 海洋傳感器時空協同觀測技術

本項目根據視頻GIS的理念[15]，通過視頻系統視域范圍與地理空間之間對應關系的建立，實現了視頻系統與電子地圖(海圖)的實時聯動；繼而借助三維通視分析，實現了視域范圍與用海項目、海洋經濟實體(如涉海單位、用海單位、碼頭)等的聯動查詢。

同理，本項目實現了視頻系統與其他傳感系統對同一海洋要素的協同觀測。如當用戶選定某一浮標系統時，海洋視頻監測系統可以自適應轉動攝像頭進行監測，使得用戶在同一工作環境中，可以同時查看到實時視頻影像(浪高、潮汐等現象)和浮標傳來的現場環境信息(海洋溫度、鹽度等參數)，實現對同一海域的協同觀測。

三、建設成果

1. 海洋立體觀測網

本項目采用GIS、GPS、RS、傳感、通信、網絡、視頻等多種技術手段，通過天基、空基、岸基、?；目茖W布局，以及移動基、固定基的動態組合，建成了多元、立體、實時、動態的區域性海洋立體觀測網(見表1)，對深圳全市1145 km2海域和283 km海岸線形成了穩定精細的常規觀測能力和機動靈活的應急觀測能力。

表1　深圳市海洋立體觀測網的主要構成

2. 海洋綜合數據庫

本項目通過海洋數據的科學分類、多源異構數據的統一集成和觀測數據的實時更新，建成了融合海洋空間、環境、生態、災害、經濟、權屬等各類海洋自然要素和人文要素的綜合信息數據庫(見表2)，包括5大類、19中類、80小類海洋數據，形成了海洋數據共享和信息服務的統一數據基礎。

表2　深圳市海洋綜合數據庫的分類體系

3. 海洋綜合管理信息平臺

本項目采用面向服務的軟件體系架構，以三維地理信息系統為可視化平臺，通過海洋信息服務的空間化和管理業務流程的信息化，建成了支撐海洋空間管理、海洋環境保護和海洋經濟發展等多項管理業務的海洋綜合管理信息平臺(如圖2所示)。

圖2　深圳市海洋綜合管理信息平臺主界面

(1) 海洋空間信息系統

采用三維GIS平臺，以海陸一體化空間數據為基礎，提供海底地形地貌與海流模型的三維場景顯示，實現了疑點疑區監測、海域使用動態監視監測、移動監測、海籍管理、海域使用管理等功能(如圖3所示)。

(2) 海洋環境信息系統

以海陸一體化空間數據為工作底圖，以海洋立體觀測網為實時數據來源，提供海洋環境實時數據顯示、歷史數據檢索、趨勢分析和對比分析，展示了海洋生物多樣性的分布信息，實現了水質評價、海洋潮流浪溫鹽的觀測及預報、海洋災害(赤潮、風暴潮、海岸侵蝕、海水入侵)公報和預警等功能，為海洋環境保護工作提供了輔助決策功能(如圖4所示)。

(3) 海洋經濟信息系統

以海陸一體化空間數據為工作底圖，集成現有海洋經濟直報系統數據，提供海洋經濟的空間顯示、空間統計和專題制圖，實現海洋總體評估、海洋相關產業評估、海洋城市比較、海洋經濟趨勢預測等功能，為海洋經濟發展提供輔助決策支持(如圖5所示)。

圖3　海洋空間信息系統工作界面

圖4　海洋環境信息系統工作界面

4. 平臺部署

海洋綜合管理信息平臺部署在政務內網、政務

外網、互聯網、無線網絡、專線網絡，采用不對等分布式部署的策略，無線網絡部署輕、政務外網部署少，政務內網部署肥、互聯網部署瘦，為提高視頻(視頻監控、移動工作站視頻)無線通信質量，采用了無線加專線的網絡模式(如圖6所示)。

圖5　海洋經濟信息系統工作界面

四、結束語

本項目采用GIS、GPS、RS、傳感、網絡、通信等新一代信息技術，基于一網、一庫、一平臺的總體架構，建成了深圳市海洋綜合管理信息平臺，實現了縱向與各級海洋局，橫向與涉海部門、涉海企業、社會公眾的在線信息共享和智能服務，有力地支撐了海洋管理體制的改革，推動了海洋綜合管理能力的提升，在深圳市海域動態監管、海洋環境保護、海洋防災減災、海洋經濟發展、海洋科學研究等方面發揮了重要作用，產生了巨大的社會效益。

圖6　深圳市海洋綜合管理信息平臺物理部署示意圖

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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

國土資源部城市土地資源監測與仿真重點實驗室開放基金

沈少青(1985—)，女，博士，研究方向為地理信息系統技術創新與行業應用。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. 基于立體觀測網的海洋綜合管理信息平臺的設計與實現[J].測繪通報，2016(5)：96-100.