利用Web服務機制構建艦載海洋綜合信息平臺

朱志明

(常州開放大學，江蘇 常州213001)

0 引 言

海洋綜合信息平臺是最近出現的一種新型的、多功能的信息化海洋資源管理和環境監視平臺，具有集成化程度高，功能多樣，實時性好等特點，近年來被多個企業及政府應用于海洋環境監管，資源勘探，航運管理等領域，取得了較好的效果。海洋綜合信息平臺的出現，解決了傳統海洋管理數據匱乏，人員和資源開銷大，實時性差的缺點，使得對于海洋的實時，長時間管理成為可能［1－2］。

海洋安全對于我國來說有著重要的意義，在廣闊的海域中，蘊藏著豐富的漁業資源，石油資源和航道資源，無論對我國的能源戰略還是海上安全來說，都有著至關重要的作用。近年來，南海、東海周邊海域摩擦沖突不斷，我國的經濟和軍事利益不同程度受到了損失。造成這一現象的主要原因就在于，我國缺乏行之有效的手段，對海洋的各種資源和環境進行高效的管理，多個部門之間的協調不暢，導致對于相關海域事態的發展缺乏及時的反饋，需要依靠較多的人力和船舶進行實地勘探和考察，存在效率較低、時效性較差的問題。

本文的目標即在于利用Web服務機制［3］，對構建艦載海洋綜合信息平臺的方法進行研究，該平臺的功能主要有4個方面:1)集成多種數據的觀測和處理能力，如衛星照片數據，模型仿真數據等;2)通過多種類型數據的綜合應用，發掘數據的附加價值;3)為數據提供多種訪問方式和可視化方法;4)為用戶提供可定制的，按需配置的功能和分析模型。

基于以上目的，本文對利用Web服務構建艦載海洋綜合信息平臺的方法進行研究。設計平臺的基本框架和模塊結構，研究實現平臺功能的關鍵技術，并采用實驗證明本文提出的方法具有較好的可行性和豐富的功能性。最后，本文對下一步的工作進行展望，給出該平臺的下一步發展方向，對今后各種海洋信息平臺的設計和實現提供了良好的借鑒，同時也為我國領海的有效管理，提供一種行之有效的信息化手段。

1 綜合平臺框架結構

在本節中將對平臺的整體框架和各個模塊的功能進行描述，本平臺采用B/S 模式工作組，組織為3 層模型，整體結構如圖1所示。

圖1 綜合平臺基本框架Fig.1 The architecture of integrated platform

在本文設計的綜合信息平臺中，包含GIS服務器、Web服務器和數據服務器。Web服務器能夠為遠程客戶端的數據共享，提供一種非常有效的方法。Web服務器對用戶請求進行翻譯，然后發送給GIS服務器，從而在GIS 系統的電子地圖上顯示合適的地圖文件，同時在GIS服務器中建立正確的模型。其中GIS服務器采用分布式的構建方法，由一個服務對象管理模塊和多個服務對象容器組成。

1)數據服務器:數據服務器的功能為存儲數據，負責數據的提取、處理、實時查詢和數據建模等功能。在數據服務器中所有的數據可以被分為3 種類型:地理數據，擴展數據和結果數據。其中地理數據是研究區域的水文、經緯度、海拔等具體地理屬性值;擴展數據包括Argo 數據，矢量數據，海平面高度數據，海平面溫度數據，海平面鹽度數據和來自多個衛星的潮汐數據等。以上數據類型的元數據均存儲在數據庫中，一方面能夠用來對特定的數據類型進行定義和描述，另一方面能夠按照規范的格式對數據進行組織，進而進行有效的存儲。

2)Web服務器:Web服務器中駐留有用戶實際調用的Web 應用和Web服務，這些應用和服務以GIS 中的服務對象作為處理和操作對象。Web服務器的功能主要有4個:首先，控制和處理數據服務器中的數據提取和數據輸出;第二，建立數據分析模型，并控制模型的運行和結果的輸出;第三，為用戶提供良好的交互和監控界面;第四，提供基于UDDI的Web服務注冊中心。當用戶訪問Web 客戶端或網站時，則Web服務器向用戶提供當前可用的服務目錄，用戶可以利用相應的工具調用或查看需要的服務。在整個服務執行過程中，客戶和Web服務器采用松耦合的模式進行交互，有效地節省了系統資源的占用。

3)GIS服務器:GIS服務器是一種分布式的系統，有若干分布在不同位置的服務器組成。每個服務器均能夠獨立運行各自的功能，例如管理、激活、刪除和調整分配給不同服務對象的資源等。服務對象是整個系統的核心，是對服務作用對象的抽象，可以是具體的船舶、艦隊、資源等，也可以是抽象的通信信號，雷達回波等，服務對象運行在GIS服務器中。服務器中運行的具體應用，利用GIS服務器中提供的多種工具，對服務對象進行操作。由于本文提出的平臺框架基于Web服務，因此所有的服務對象均需要以Web服務的形式進行封裝，同時GIS 系統的功能也需要通過Web服務與用戶交互。GIS服務器由服務對象管理模塊(SOM)和服務對象容器(SOC)組成。SOM 對分布于不同服務器中的服務對象集合進行管理，SOC 存儲服務對象的實例。

2 系統工作流程

如圖2所示，用戶通過Web 終端或瀏覽器登陸網站，通過目錄選取可用的服務和Web 應用，將自身需求提交給Web服務器。Web服務器從各個GIS服務器中調用GIS 功能和服務對象，并利用Web服務器中的模型將各個服務對象進行集成，在Web 應用中使用。例如用戶需要查看南海某海域的漁船情況，GIS服務器1 運行有漁業GIS 系統，GIS服務器2 運行有海洋環境GIS 監測系統。則Web服務器分別從GIS服務器1 中調用漁業GIS 中的相關功能和漁船的服務對象，從GIS服務器2 中調用海洋環境GIS 中對應海域的服務對象，結合數據服務器中的相關數據，則能夠在Web 應用中綜合顯示對應區域的海況和具體漁船情況。

圖2 系統工作流程圖Fig.2 The workflow of the system

3 原型系統應用

Web 客戶端采用C#語言，在.NET 平臺中進行開發，使用ArcGIS服務器作為數據開發的工具。ArcGIS服務器能夠以Web服務的方式創建、管理、分發GIS服務，從而支持桌面，移動和Web 平臺上的地圖應用。在本節中，我們將采用2個典型應用，說明本文提出的綜合信息平臺具有較好的可行性和可用性［4］。

3.1 實時Argo 數據可視化和分析

Argo (Array of temperature/salinity profiling floats)已經逐漸成為全球海洋觀測系統的主要工具。在Web 終端上，我們開發了一款在線近實時的Argo 數據可視化和分析應用。這一應用用于向用戶展示Argo 浮標所收集的數據、狀態，并對Argo 產生的數據進行詳細的分析，其主界面如圖3所示。

圖3 系統工作流程圖Fig.3 The workflow of the system

以每天的頻率從中國Argo 實時數據中心下載Argo 數據，將下載的數據集轉換為GIS 數據格式，然后將轉化的數據封裝為Web服務。

3.2 遠程傳感器監測

遠程傳感器監測已經成為了一種遠程監測海洋環境的有效手段，用于考察海平面的鹽度、流速等，同時也用于監測海平面附近的大氣情況。例如，當前已經部署的MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)傳感器網絡，其數據就用來使科研人員進一步了解海洋在全球氣候變化中所起的重要作用。

本文采用1個月1 次的頻率，從網站http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/中下載MODIS SST 數據。為了能夠在本文設計的系統中顯示和集成處理該數據，必須對MODIS SST 數據進行預處理，該過程如圖4所示，然后將預處理的數據集轉化為GIS 數據格式 (geodatabase)。最后，被轉化完成的數據被封裝為Web服務提供給用戶使用。通過使用動態Web 地圖服務，用戶可以使用通用Web瀏覽器查看海洋環境數據，而不要安裝單獨的GIS 軟件包［5］。

通過以上的預處理過程，可以將原始數據轉化為GIS 系統能夠理解和使用的數據并進行顯示，其他類型數據的處理過程與此類似。

圖4 SST 預處理過程Fig.4 The pre-processing of SST data

4 結 語

本文通過對海洋綜合信息平臺需求的深入研究，利用Web服務機制構建了艦載的海洋綜合信息平臺，設計了該平臺的基本框架，并對其中的關鍵模塊，工作流程，使用機制等進行了描述和研究，并依托實際案例，介紹了該信息平臺在具體應用場景中所發揮的重要作用，證明了本文設計和實現的平臺一方面充分發揮了Web服務靈活、方便、可定制的特點，另一方面能夠綜合利用各種GIS 系統，完全發揮各種GIS 在功能上的優勢，具有較好的可行性和可用性，為今后類似平臺的構建提供了重要參考。需要注意的是，本文提出的海洋綜合信息平臺，具有較為通用的架構和功能，不僅適用于南海、東海海域，還能夠適用于我國的大部分海域，在多個應用領域中發揮作用。除此之外，為了進一步維護我國的海洋利益，本文提出的平臺還有進一步完善的地方，下一步的工作將主要從以下2個方面入手。

1)海洋環境數據的實時監測與可視化

海洋環境的變化是一個受到多種因素影響的3－D 隨機變化過程，為了更加深入地研究海洋，理解在時間序列下，各種因素相互作用的機理，必須對特定時間海洋的運動狀態進行記錄，進行建模，然后對其發展趨勢進行預測，并對這一時空變化過程進行可視化。而3－D 可視化技術是實現以上目標的一種重要工具，通過實時采集海洋環境數據并進行3－D 數據建模和可視化，能夠使得研究人員更加深入地了解海洋變化的時空分布特征。

2)將平臺向云計算環境遷移

云計算技術是一種集約化、按需分發的IT 技術，具有靈活性好，資源利用率高等優勢，并且逐漸成為IT 技術發展的一種關鍵技術。本文設計的平臺仍然采用傳統的B/S 架構，其靈活性和可擴展性仍然受到了較大的制約，在下一步的工作中，若能夠將該平臺遷移到合適的云計算平臺進行部署，則能夠大大減小本平臺的使用開銷，并能夠集成更加豐富的功能，使得本平臺能夠滿足更加多樣化的需求。

［1］SU F，ZHOU C，LYNE V，et al.A data-mining approach to determine the spatial－temporal relationship between environmental factors and fish distribution［J］.Ecological Modeling，2004，174(4):421－431.

［2］MARTIN S.An introduction to ocean remote sensing［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2004:31－33.

［3］王化冰，晉淑惠.基于Web的計算機實訓教學系統的設計與實現［J］.艦船科學技術，2009，31(7):86－91.WANG Hua-bing，JIN Shu-hui.The computer practice teaching system based on Web design and implementation［J］.Ship science and technology，2009，31(7):86－91.

［4］REGNAULD N.Improving efficiency for developing automatic generalization solutions［C］//Proc.IEEE Conf.Joint ISPRS Workshop on Multiple Representation and Interoperability of Spatial Data，2006:1－5.

［5］劉炳磊，陳穎.基于BizTalk Server的服務集成性能分析［J］.艦船科學技術，2011，33(1):23－28.LIU Bing-lei，CHEN Ying.Based on the analysis of BizTalk Server service integration performance［J］.Ship Science and Technology，2011，33(1):23－28.