基于數字海洋框架的海洋資料整合與共享服務管理模式淺析＊——以海洋公益性行業科研專項經費項目為例

耿姍姍，劉振民，梁建峰，楊錦坤，姜效典，張峰

（1．國家海洋信息中心 天津 300171；2．中國海洋大學 青島 266100）

多年來，我國已投入了巨額資金對管轄海域及國際海底的部分海域資源和環境進行了多次大規模的調查研究，獲得了大量的海洋科學數據。然而，由于歷史原因，不同歷史時期、不同業務體系的海洋資料存儲標準、調查儀器設備（觀測精度、訂正、校正值）、采用的計算公式、基準點、基準面及坐標系統等不統一，從而造成不同區塊、不同年代和不同項目獲取的海洋資料難以融合使用，海洋資料的整體應用價值得不到充分的發揮。為此有必要開展統一規范的海洋資料整合技術，但海洋資料整合工作涉及多個管理部門和業務單位以及多類型的海洋資料，是一項復雜的系統工程。

與此同時，我國相關行業對海洋環境、資源、管理和海洋經濟開發利用等海洋科學數據的需求也將越來越大，如何實現海量數據的集中管理與高效共享使用已經成為海洋工作者亟須解決的重要任務。

為此，國家海洋局啟動了海洋公益性行業科研專項經費項目——“基于數字海洋的資料整合與共享應用服務示范”，旨在解決上述問題，開展技術和服務模式的探索。

1 研究目標

“基于數字海洋的資料整合與共享應用服務示范”公益項目正是立足于解決海洋資料整合技術與實現高效統一的數據管理與共享，利用先進的信息技術，以我國數字海洋框架為基礎，實現海洋資料的整合和共享應用，充分發揮海洋資料在海洋經濟、海洋綜合管理、海洋科研、社會公眾以及各類專題應用等領域的服務保障能力和對我國社會經濟發展的支撐作用。

該項目的主要目的：一是為了研究我國歷史上多種來源、不同觀測手段、不同坐標基準的海洋環境調查資料以及目前我國業務化觀測的海洋環境資料整合處理方法，建立海洋環境資料整合技術體系，為全面開展我國海洋環境資料整合奠定技術基礎；二是為了進一步檢驗資料整合處理的技術水平，開展整合處理資料成果的環境信息產品研制；三是利用并行、虛擬化等新技術，嘗試解決大數據量訪問效率低和資料共享使用的問題；四是利用目前我國數字海洋信息基礎框架建設成果，開展信息共享服務示范，進一步發揮我國數字海洋建設成果在海洋綜合管理和科學研究中的重要作用。

2 研究內容

“基于數字海洋的資料整合與共享應用服務示范”項目的研究內容主要包括以下幾方面。

2．1 海洋水體環境資料整合處理技術研究和產品研制

針對現有的海洋水體環境資料，充分考慮其來源、獲取手段等特點，編制覆蓋面廣、可操作性強、規范性嚴的海洋資料的整合技術標準。在此基礎上開展海洋水體環境資料整合處理技術研究，包括海洋水文、海洋氣象資料的標準化，排重，各類質量控制方法研究，訂正、平差計算，數據質量評價及檢驗評估，要素抽取、轉換等整合處理技術研究，以及原始數據集、基礎數據集和要素數據集的整合處理。同時開展海洋環境地理產品研制，包括西北太平洋區域海洋水體環境基本場信息產品的研制、山東近岸區域基礎地理數據、水深數據更新及重點區域的三維全景產品制作。形成較為完善的海洋水體環境資料整合處理和應用技術方法體系以及各類海洋水體環境與基礎地理信息產品，為海洋綜合管理、應急指揮、科研等提供海洋環境地理基礎數據和產品支撐。

2．2 海底資料整合處理技術研究和產品研制

根據現有海底資料特點，開展海洋地質、地球物理調查資料處理技術的標準化建設，包括建立和完善海洋沉積物粒度分析、黏土礦物分析、年齡測定的標準化技術、多源異構的原始船測信息到基礎地球物理數據轉換的標準化技術等。同時開展海洋沉積物地質數據分析技術標準化研發和示范性數據產品構建、海洋多波束測量信息水深地形轉換的處理技術標準化研發和示范性數據產品構建、海洋重力測量信息布格異常轉換的處理技術標準化研發和示范性數據產品構建、海洋磁力測量信息異常轉換的處理技術標準化研發和示范性數據產品構建、多源多時空海洋地球物理資料融合處理技術標準化研發和示范性數據產品構建。旨在完善構建覆蓋海洋地質、地球物理各類調查資料采集處理技術體系，為今后相關數據的處理建立依據。

2．3 海洋資料管理和共享服務系統建設

海洋資料管理和共享服務系統是實現海洋資料高效管理與有效服務的重要方式，因此建立一套基于并行數據庫和虛擬化工作空間的海洋資料管理和共享服務系統，以適應海量數據的管理應用需求，同時滿足用戶對海洋資料的高效、安全的應用服務需求，并達到在科研用戶中示范應用的目的。通過建立安全、有效的數據庫，實現海洋數據在原始數據庫層、基礎數據庫層、要素數據庫層、產品數據庫層間的順暢流轉和有效存儲管理。同時用戶可通過海洋數據門戶網站進入虛擬化工作空間，使用系統數據進行模型運算、產品制作等，在提供高效數據應用服務的同時保障數據安全。

用戶通過該系統在數字海洋專網節點遠程檢索，使用該系統提供的全部海洋基礎資料。同時，用戶可利用系統的計算環境，制作專屬數據成果和產品，并通過系統向管理員提交下載申請，審核通過后，可將成果和產品下載到本地客戶端使用。

2．4 基于數字海洋傳輸共享技術研究與信息共享服務系統研制

開展各類海洋資料共享服務建設，需要建立有效的數據交換渠道。基于數字海洋框架的互聯技術，使多個業務節點實現即時資料的共享服務。通過已建設的數字海洋框架的系統接口、數據接口和應用服務接口，集成海洋環境與地理信息、要素數據庫和產品數據庫，開發具有并行數據高速檢索、ETL（數據抽取、轉換、加載）、可視化表達和產品、在線即時分發服務等功能的海洋信息共享服務系統，并基于此系統開發海洋災害應急專題信息服務系統，為海洋災害（突發事件及自然災害）應急提供綜合信息產品服務［1］。

2．5 海洋綜合管理信息服務示范應用

根據山東省海洋管理部門應用示范的需求，首先開展基于“數字海洋”信息基礎框架和海洋信息共享服務系統服務接口改建工作，進行應用中間件開發或業務系統改造，實現山東省海洋綜合管理業務系統自動化獲取海洋環境與基礎地理數據；再通過數字海洋信息基礎框架、海洋信息共享服務系統和海洋防災減災專題應用，獲取數據產品和服務。由此實現在海域管理、海洋經濟、海洋環保、防災減災等海洋管理業務工作中對海洋環境與基礎地理數據的共享應用，并對系統運行及共享應用效果進行評估，為其他沿海省、市、自治區海洋管理部門海洋環境與基礎地理信息共享提供示范（圖1）。

圖1 海洋資料整合與共享服務研究內容

3 創新點

（1）建立完善海洋資料整合處理標準規范，按照面向應用服務的數據組織模式，改造現有檔案式管理模式的數據，建立以要素為索引的整合數據和信息產品。

（2）建立基于并行數據庫的海量數據存儲、查詢和運算體系，提高大數據量快速處理能力。

（3）采用虛擬化技術為用戶提供海洋綜合管理和科研的數據應用工作空間，在滿足數據安全的基礎上為用戶提供高效的數據共享服務。

（4）建立海岸帶全景三維模型，實現基于三維球體模型的高分辨率和多視角實景影像以及背景場、實時數據的網絡化快速調用和訪問。

4 海洋環境與基礎地理資料共享實現技術方法

通過海洋資料整合技術研究，研制資料整合管理制度和海洋水文、氣象、地質、地球物理資料的整合技術規程。基于數字海洋信息基礎框架，結合現有的業務體系，利用網絡互聯互通技術，建立統一的數據通信網絡，對匯集、接收的海洋環境和基礎地理資料開展數據整合處理技術研究和應用，在資料整合的基礎上，初步形成原始數據、基礎數據、要素數據集和產品數據的數據庫管理體系，并構建海洋環境與基礎地理資料共享服務示范系統，面向政府機構、高校單位等用戶開展示范應用。總體流程如圖2所示。

圖2 海洋資料整合與共享服務總體技術流程

從項目內容結構和各項工作之間的前后邏輯關系上，總體技術流程包括以下幾個環節。

（1）開展資料整合技術研究，包括資料的標準化處理、排重技術的研制、數據質量控制技術研究、訂正平差計算、數據質量評價及檢驗評估、要素抽取轉換技術研究。開展示范性海洋信息產品的研制工作，包括插值方法、統計分析方法、客觀分析方法等統計方法的研制，以及不同類型不同分辨率產品的制作。建立海洋資料整合標準規范體系。對整合處理后資料，按照級別，分別建成原始數據、基礎數據、要素數據和產品數據庫。

（2）基于并行數據庫技術以及虛擬化應用研究，建立多層次海洋環境與地理信息數據庫系統，研發海洋資料共享門戶軟件，為科研用戶搭建一個包括原始數據集、基礎數據集、要素數據集、產品數據集，訪問高效、安全可控，又方便共享使用的用戶工作空間。

（3）通過研究并引入當今最新的數據集成管理與數據共享技術，連接數字海洋信息基礎框架現有數據倉庫作為信息共享服務系統數據庫的主要數據來源，并集成資料整合的要素數據庫和產品數據庫，通過系統集成，實現信息產品在線申請、審批、下載功能模式的整合，建立信息共享服務系統［2］。

（4）開展海洋業務網絡互連技術研究和網絡通信系統研發，調研試點專網的網絡結構、網絡技術、設備、節點接入等情況，對網間互連技術進行研究。以數字海洋專網為基礎，配置網間互聯設備，設置網間互聯管理節點，實現業務化海洋觀測、監測資料的匯集、接收，為海洋資料整合工作提供資料基礎［3］。

（5）利用信息共享服務系統，以山東省內海洋業務系統為試點開展海洋綜合管理應用示范，并根據試點節點反饋意見，對海洋信息共享服務系統運行效果進行評估，改進應用方式手段，提高數據共享效率，為全國其他沿海省、市、自治區海洋管理部門使用海洋信息共享系統提供示范。

5 小結

（1）本項目建立了規范的多源海洋資料整合技術體系，首先從資料整合技術與管理的標準規范入手，著重開展了各類典型的海洋環境與地理信息數據整合技術的研究，同時對海洋資料進行了系統的分類，包括原始數據、基礎數據、要素數據和產品數據。對于科學、合理的管理我國海洋資料具有較高的借鑒意義。

（2）將并行數據庫技術運用到海量海洋環境與地理信息數據的處理與管理工作中，并利用虛擬技術構建用戶虛擬運行環境，用戶利用遠程虛擬桌面在服務器提供的虛擬空間進行數據應用，既保證了所有數據均未脫離服務器，又使用戶在授權后可方便地獲取運行結果。這是有效實現我國海洋資料集中管理、充分共享的新模式，對于發揮資料的應用價值具有重要意義。

（3）基于數字海洋球體系統建立高精度、大區域海岸帶三維全景數據模型，使海洋綜合管理者脫離傳統抽象的二維海岸帶場景，真正具有現場感、臨近感的工作狀態，大大提高海洋綜合管理的有效性、準確性和時效性。這是實現我國精細化海洋綜合管理的有效途徑。

（4）該項目構建基于數字海洋框架的海洋資料共享服務示范系統將有效推進我國海洋數據共享服務，其工作思路與運用的技術手段，可為同行業相關研究起到示范與參考作用。

［1］蔣冰，高通，冷科明，等．深圳市數字海洋建設淺析［J］．海洋開發與管理，2013，30（7）：40－42．

［2］石綏祥，雷波．中國數字海洋：理論與實踐［M］．北京：海洋出版社，2011．

［3］張峰，金繼業．我國數字海洋信息基礎框架建設進展［J］．海洋信息，2012（2）：1．