基于立体观测网的海洋综合管理信息平台的设计与实现

沈少青，洪　宇，郑志文，罗　平

(1. 国土资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室，广东 深圳 518034； 2. 深圳市数字城市工程研究中心，广东 深圳 518034； 3. 深圳市海洋环境与资源监测中心，广东 深圳 518034)



基于立体观测网的海洋综合管理信息平台的设计与实现

沈少青1,2，洪宇1,3，郑志文1,3，罗平1,2

(1. 国土资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室，广东 深圳 518034； 2. 深圳市数字城市工程研究中心，广东 深圳 518034； 3. 深圳市海洋环境与资源监测中心，广东 深圳 518034)

海洋综合管理能力的提升迫切需要建立一个集成多种监测手段、融合多类海洋信息、支撑多项管理业务的海洋综合管理信息平台。本文以深圳市海洋综合管理信息平台为例，探讨了平台建设的背景意义、总体设计、关键技术、建设成果和应用情况，这对未来国内其他城市乃至全国层面建设类似综合型的海洋管理信息平台具有借鉴意义和参考价值。

海洋综合管理；海洋管理信息系统；海洋观测网；海洋信息数据库；海陆一体化

信息化是推动我国海洋管理科学化和现代化的重要手段，加快海洋信息化建设对我国海洋强国战略的实施具有重大而深远的意义[1]。国内外大量实践证明，对于海洋这样一个包含空间、资源、环境、生态、经济、权益、安全等各种内涵的复杂巨系统，必须实施综合管理模式才能实现海洋的可持续利用[2]。然而当前海洋管理信息化建设存在各自为战、信息孤立、系统封闭等问题，严重制约了海洋综合管理能力的提升[3-4]。因此，迫切需要建立一个集成多种监测手段、融合多类海洋信息、支撑多项管理业务的海洋综合管理信息平台[5-10]。

一、总体设计

1. 建设目标

秉承海陆统筹的思想，实施科技兴海战略，以提升海洋综合管理能力为目标，以GIS、GPS、RS、传感、网络、通信等新一代信息技术为支撑，建立多源感知、深度集成、一体决策的海洋综合管理信息平台,致力于海域动态监管、海洋环境保护、海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋科研科普、海洋信息惠民等方面的信息服务与决策支持，推动海洋综合管理模式的形成与完善，为海洋强国战略的实施提供强有力的科技支撑。

2. 平台架构

本项目提出一网、一库、一平台的总体架构(如图1所示)。其中，一网是指海洋立体观测网[11-12]，主要用于提供必不可少的多源、实时、动态的海洋环境数据来源；一库是指海洋综合数据库[13]，主要用于提供统一的海洋数据基础，集成了海洋各类空间和非空间数据；一平台是指海洋综合管理信息平台，主要用于提供丰富的海洋信息服务和一体化的决策支持环境。

3. 开发环境

本项目采用Java EE架构体系，基于MVC设计模式的分层设计技术和工作流引擎(Workflow Engine )技术进行开发。数据库、中间件、地理信息平台分别采用ArcGIS SDE空间数据库管理系统、ArcGIS Server 地理信息应用平台及Skyline三维数字地球平台。

李总介绍，在过去的一年中，松盛引入了爱仕达作为投资方。随着爱仕达在资本领域的介入，松盛迎来了新的快速发展时期。他指出，资金是企业发展的重要资源，有了爱仕达的资金支持，松盛在技术研发、人员储备、工艺完善等方面都得以进一步推进，从而获得了长足的进步。“针对千变万化的市场，我们一直都在从资金、人员、技术研发等方面进行储备。根据我们的产品优势和市场需求，松盛一直在不懈努力，希望能够为客户提供更加完美的一站式物流产品解决方案。”

图1　深圳市海洋综合管理信息平台的总体框架

二、关键技术

1. 空间数据海陆一体化集成技术

秉承海陆统筹的思想，针对海洋基础空间数据多源异构、海洋空间数据与陆地空间数据相分离、缺乏统一空间基础难以支撑海陆统筹决策等问题，本项目借助GIS，以电子海图、电子地图、高分辨率遥感影像和三维海底地形为空间数据来源，以空间坐标系统的转换和基于空间同名点的几何配准为手段，发展了空间数据海陆一体化集成技术，实现了海洋空间资源的统一整合，支撑了宗地宗海的一体化数据管理，为海洋综合管理奠定了海陆一体化空间信息基础。

2. 海洋多源异构属性数据集成技术

在夯实空间基础的前提下，为真正实现以图管海的综合管理理念，需要将海洋生态、环境、经济等各类非空间属性数据集成到统一的空间基础上。本项目借助GIS，采用统一的时空参考坐标系统，通过各类海洋属性数据的空间目标挂接和时间匹配，实现了多源异构海洋数据的时空集成，初步形成了海洋管理一张图，开启了以图管海的全新管理模式。

3. 海洋观测数据空间定位技术

利用GPS/北斗导航定位系统，对组成海洋立体观测网的各类传感器载体进行定位跟踪，实现了海洋观测数据的实时动态定位，为海洋观测数据与海洋空间数据的集成，以及与其他非空间属性数据的融合提供了准确的空间关联信息。

本项目还设计了漂移报警机制，一旦传感器离开预定空间位置超过一定阈值，传感器即会向海洋综合管理信息平台指挥中心发出警报，以便指挥中心作出及时的应对措施，以确保海洋观测网的长期业务化运行。

4. 海洋观测数据实时更新技术

海洋传感器类型多样、观测机理各异、数据存储格式不同，由于缺乏可共享的描述模型和科学的关联方法，呈现出封闭、孤立的现状[14]。

在不改变海洋观测网现有存储管理模式的前提下，本项目借助Web Services技术，研发了面向海洋观测数据的提取、转换和加载工具，以海洋观测频率相同的频率进行海洋数据的提取、转换，并加载到海洋综合数据库中，配以固定频率的数据查漏策略，实现稳定和及时的海洋观测数据更新，在数据层面实现了海洋观测网的统一与整合。

5. 海洋传感器时空协同观测技术

本项目根据视频GIS的理念[15]，通过视频系统视域范围与地理空间之间对应关系的建立，实现了视频系统与电子地图(海图)的实时联动；继而借助三维通视分析，实现了视域范围与用海项目、海洋经济实体(如涉海单位、用海单位、码头)等的联动查询。

同理，本项目实现了视频系统与其他传感系统对同一海洋要素的协同观测。如当用户选定某一浮标系统时，海洋视频监测系统可以自适应转动摄像头进行监测，使得用户在同一工作环境中，可以同时查看到实时视频影像(浪高、潮汐等现象)和浮标传来的现场环境信息(海洋温度、盐度等参数)，实现对同一海域的协同观测。

三、建设成果

1. 海洋立体观测网

本项目采用GIS、GPS、RS、传感、通信、网络、视频等多种技术手段，通过天基、空基、岸基、海基的科学布局，以及移动基、固定基的动态组合，建成了多元、立体、实时、动态的区域性海洋立体观测网(见表1)，对深圳全市1145 km2海域和283 km海岸线形成了稳定精细的常规观测能力和机动灵活的应急观测能力。

表1　深圳市海洋立体观测网的主要构成

2. 海洋综合数据库

本项目通过海洋数据的科学分类、多源异构数据的统一集成和观测数据的实时更新，建成了融合海洋空间、环境、生态、灾害、经济、权属等各类海洋自然要素和人文要素的综合信息数据库(见表2)，包括5大类、19中类、80小类海洋数据，形成了海洋数据共享和信息服务的统一数据基础。

表2　深圳市海洋综合数据库的分类体系

3. 海洋综合管理信息平台

本项目采用面向服务的软件体系架构，以三维地理信息系统为可视化平台，通过海洋信息服务的空间化和管理业务流程的信息化，建成了支撑海洋空间管理、海洋环境保护和海洋经济发展等多项管理业务的海洋综合管理信息平台(如图2所示)。

图2　深圳市海洋综合管理信息平台主界面

(1) 海洋空间信息系统

采用三维GIS平台，以海陆一体化空间数据为基础，提供海底地形地貌与海流模型的三维场景显示，实现了疑点疑区监测、海域使用动态监视监测、移动监测、海籍管理、海域使用管理等功能(如图3所示)。

(2) 海洋环境信息系统

以海陆一体化空间数据为工作底图，以海洋立体观测网为实时数据来源，提供海洋环境实时数据显示、历史数据检索、趋势分析和对比分析，展示了海洋生物多样性的分布信息，实现了水质评价、海洋潮流浪温盐的观测及预报、海洋灾害(赤潮、风暴潮、海岸侵蚀、海水入侵)公报和预警等功能，为海洋环境保护工作提供了辅助决策功能(如图4所示)。

(3) 海洋经济信息系统

以海陆一体化空间数据为工作底图，集成现有海洋经济直报系统数据，提供海洋经济的空间显示、空间统计和专题制图，实现海洋总体评估、海洋相关产业评估、海洋城市比较、海洋经济趋势预测等功能，为海洋经济发展提供辅助决策支持(如图5所示)。

图3　海洋空间信息系统工作界面

图4　海洋环境信息系统工作界面

4. 平台部署

海洋综合管理信息平台部署在政务内网、政务

外网、互联网、无线网络、专线网络，采用不对等分布式部署的策略，无线网络部署轻、政务外网部署少，政务内网部署肥、互联网部署瘦，为提高视频(视频监控、移动工作站视频)无线通信质量，采用了无线加专线的网络模式(如图6所示)。

图5　海洋经济信息系统工作界面

四、结束语

本项目采用GIS、GPS、RS、传感、网络、通信等新一代信息技术，基于一网、一库、一平台的总体架构，建成了深圳市海洋综合管理信息平台，实现了纵向与各级海洋局，横向与涉海部门、涉海企业、社会公众的在线信息共享和智能服务，有力地支撑了海洋管理体制的改革，推动了海洋综合管理能力的提升，在深圳市海域动态监管、海洋环境保护、海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋科学研究等方面发挥了重要作用，产生了巨大的社会效益。

图6　深圳市海洋综合管理信息平台物理部署示意图

[1]叶向东, 陈国生. 构建“数字海洋” 实施海陆统筹[J]. 太平洋学报，2007(4)：77-86.

[2]陈吉祥. 我国海洋综合管理发展思路探析[D]. 青岛：中国海洋大学, 2009.

[3]姜晓轶, 石绥祥, 胡恩和,等. 我国数字海洋建设中几个问题的思考[J]. 海洋开发与管理，2013(3)：14-17.

[4]崔晓健, 刘玉新, 崔轮辉. 我国海洋信息化建设探析 [J]. 海洋信息, 2011(3): 1-3.

[5]滕骏华. 21世纪海洋综合管理信息系统展望[J]. 海洋信息, 1995(3): 26-7.

[6]季民,靳奉祥,周成虎,等.基于格网的海洋时空数据组织策略研究[J].测绘通报,2009(7):6-8，18.

[7]徐胜华,刘纪平,王想红,等.基于三维GIS的海洋标量场数据动态可视化[J].测绘通报,2013(10):50-53.

[8]梅元勋,薛涛,曾兴国.移动GIS支持下的海洋渔业信息采集与管理[J].测绘通报,2015(4):125-128.

[9]杨峰,杜云燕,崔马军,等.海洋多源环境数据共享系统研究[J].测绘通报,2011(10):35-37.

[10]马劲松,朱大奎.海岸海洋潮流模拟可视化与虚拟现实建模[J].测绘学报,2002,31(1):49-53.

[11]康寿岭. 海洋环境立体自动监测系统[J]. 海洋技术, 2001,20(1): 1-21.

[12]张友权. 福建海洋观测示范网建设与应用[J]. 海洋技术, 2012,31(1): 111-114.

[13]赵丽宁, 李一凡, 赵德鹏. 数字海洋空间数据库的构建 [J]. 大连海事大学学报, 2002,28(1): 34-7.

[14]胡楚丽. 对地观测网传感器资源共享管理模型与方法研究[D]. 武汉：武汉大学, 2013.

[15]孔云峰. 地理视频数据模型设计及网络视频GIS实现 [J]. 武汉大学学报(信息科学版), 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

国土资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室开放基金

沈少青(1985—)，女，博士，研究方向为地理信息系统技术创新与行业应用。E-mail:191703670@qq.com

P208

B

0494-0911(2016)05-0096-05

引文格式： 沈少青，洪宇，郑志文，等. 基于立体观测网的海洋综合管理信息平台的设计与实现[J].测绘通报，2016(5)：96-100.