基于GIS的海上艦船圖像檢索系統研究

張建輝，翟偉康

(國家海洋信息中心天津300171)

一、引 言

根據《聯合國海洋法公約》，我國主張管轄的海域面積300萬km2，約為我國陸地面積的三分之一，擁有18 000多千米的漫長海岸線和約6500多個管轄島嶼［1］。近些年來，我國的海洋權益正遭到日益嚴重的挑戰，還存在著與所有海上周邊國家之間復雜的海上劃界問題和涉外海洋調查與科研項目的綜合管理等問題［2］。

海洋權益問題事關國家的根本利益。中國海監作為我國海上維權執法的重要力量，承擔著維護國家海洋權益，保障海上安全的神圣使命。自2006年起，經國務院批準，中國海監先建立了全海域定期維權巡航制度，實現了對發生在我國管轄海域各類侵權行為的有效監管。近年來，各省級海監機構也逐步參與到海洋維權巡航執法中，中國海監海上維權執法力量得到進一步增強。

但是，海上維權執法環境的惡劣，執法海域的廣闊，以及執法裝備信息化程度不高，非法侵權對象多樣，且具有突發性、流動性和不確定性等，都對海監執法人員進行快速識別、有效應對和科學決策造成很大困難。因此，加強3S技術、計算機網絡技術和移動通信技術在中國海監維權執法中的應用與研究，對加快提高一線維權執法人員對侵權目標的識別發現、動態跟蹤和監視取證能力就顯得十分重要。

二、設計目標和原則

系統建設的目標是：針對海洋維權執法一線工作實際需要，基于GIS技術、通信技術和數據庫技術開發船載海洋維權執法系統，建設海洋礎地理數據庫、海洋維權專題數據庫、海上艦船圖片數據庫和海洋維權執法應急預案庫，實現對違法侵權對象的快速識別、跟蹤監視和科學處置，以全面提升中國海監海上維權的執法水平和監管能力。

為了實現系統目標，系統建設運行需實行統一標準、統一建設和統一管理，并堅持以下原則。

1)總體規劃，分步實施。項目建設規劃應立足高起點，并結合需求著眼長遠進行總體規劃;實施過程應根據總體目標和階段目標進行分步建設，有序推進。

2)技術先進，安全可靠。系統建設要充分利用最新信息技術開展集成與應用研究，保證系統建設技術先進;按照系統使用和管理要求，嚴格確保系統運行穩定、信息存儲和傳輸安全。

3)需求引導，注重實用。以中國海監維權執法需求為引導，緊密結合實際業務，系統建設注重功能實用、界面友好、便于維護。

4)標準一致，易于擴充。系統建設要遵循統一標準和接口規范，進行開放式設計，既考慮系統的整體性、開放性，又考慮系統的可擴充性，便于系統升級。

三、系統總體結構

考慮到系統應用的特殊性，為保證整個平臺運行安全、通信穩定和響應迅速，系統建設采用C/S模式［3］。系統總體結構分為4層，從下至上分別為數據層、服務層、功能層、應用層和用戶層，如圖1所示。

1)數據層是系統的核心資源，系統所有查詢瀏覽、應急處置和運算分析都是在數據層上進行的。它由海洋基礎地理信息庫和海洋執法業務庫構成。其中，海洋執法業務庫包括艦船標準圖像庫、執法案例、執法預案庫、視頻信息庫等，主要結合歷年來海洋執法監察信息，對歷史數據進行整合、標準化處理、數據質量檢查和入庫等工作，將歷史數據集成到一起，作為執法系統的基本數據［4］。系統后臺數據庫采用SQL Server2005，并通過ArcSDE中間件實現所有空間數據和業務數據的存儲和管理;多媒體信息以文件夾形勢存儲在服務器固定位置。

2)服務層主要向系統功層提供組件、接口或中間件服務，是系統功能層的基礎，系統所有應用功能包括空間定位、空間分析、圖像檢索、實時監控和信息查詢等功能，都是基于這一層實現的。服務層對數據層的訪問通過兩種方式實現，對海洋空間地理數據和業務數據的統一管理通過ArcSED中間件進行，對其相關多媒體數據或關聯外部屬性數據則通過唯一ID號實現關聯操作;對外部屬性數據直接通過.NetADO實現查詢和管理。

3)功能層主要是根據用戶的應用需求，基于服務層提供的相關接口、組件或服務設計實現系統相關功能，主要包括地圖量算、空間定位、應急分析、實時監控、預案管理和法規信息管理等功能。

4)用戶層包括系統最終使用的所有人員。

圖1 系統網絡結構

四、系統功能

本系統主要功能包括地圖操作、空間定位、應急分析、圖像檢索和法規信息查詢5部分。

1.地圖操作

系統地圖操作是系統的基本功能，包括地圖放大、縮小、平移、全圖;量算功能全部在地球橢球體上基于WGS-84坐標系進行，包括距離量算、面積量算和方位連算;地圖標注功能有添加標注、移動標注和旋轉標注;制圖打印功能包括版圖設計、圖片輸出和打印輸出。

2.空間定位

空間定位是系統主要功能之一。系統利用GIS顯示平臺，通過手動輸入、鼠標選取和GPS等多種方式實現突發事件在地圖上快速定位和動態跟蹤，實現了對整個事件發展全過程的有效監控，為實施應急處置和決策分析提供可視化的綜合管理平臺。

3.應急分析

應急分析是本系統的核心功能之一。系統可對突發海洋權益事件進行地圖空間定位，自動計算當前位置與領海基線、領海線和海上邊界線等目標信息之間距離和方位;然后根據突發事件的所處空間位置、事件性質和事件級別，在系統應急資源庫中進行相關預案庫自動匹配，如果有相應預案，則調出。同時根據需要，還可在地圖上將事發位置一定范圍內的重要通道、海上設施和海上警戒區等信息檢索出來，進行關聯分析，制作專題示意圖，為相關用戶提供可視化的分析結果。某海上突發事件位置距周邊國家領海基線的距離和方位示意圖，如圖2所示。

圖2 事件應急分析

4.圖像檢索

艦船圖像檢索是系統的主要功能之一。通過對周邊海洋國家及世界主要海洋強國相關的艦船信息進行搜集和整理，并按照艦船所屬國家、艦船級別進行分類和入庫，實現了海里圖像信息的快速檢索和比對分析，為海洋執法有效識別違法對象、科學采取處置措施提供信息支持。圖3所示為艦船圖像檢索功能。

圖3 事件應急分析

5.法規信息查詢

法規信息查詢主要包括全國人大、國務院、涉海部委等機構公布海洋行政執法相關的法律法規、執法案例和相關大事記。通過該模塊功能可以實現目標信息查詢檢索和和全文瀏覽。

五、結束語

基于GIS的海上艦船圖像檢索系統緊密結合了海洋執法工作的實際情況，實現了海洋基礎地理空間信息、艦船圖像信息以及執法業務管理信息的一體化存儲和可視化管理，實現了對海上違法目標的動態跟蹤和有效監控。實踐證明該系統發揮出了GIS的優勢，提高了海洋執法人員的工作效率和快速反應能力。

［1］吳強，趙勝汝.海洋權益維護執法對策分析［J］.海洋開發與管理，2004(4)：38-43.

［2］李四海，金繼業.海洋權益維護信息系統的設計與實現［J］.海洋測繪，2006，26(3)：55-58.

［3］張建輝，夏春林，崔艷軍，等.基于圖片引擎技術的接處警GIS系統設計與實現［J］.測繪通報，2008(2)：59-61.

［4］沈丹宇.海島執法信息系統建設芻議［J］.海洋開發與管理，2010，27(7)：17-19.