山東省數字海域系統研究與實現

高東琦

（山東省國土測繪院，山東濟南 250013）

山東是海洋與漁業大省，新形式下如何進一步發揮海洋資源優勢，科學配置海域海島資源，服務“藍黃”兩區建設，保障用海需求，建設海洋經濟強省，是省委省政府作出的一項重要戰略。當前，山東省海洋經濟的快速發展，海洋開發利用程度的不斷加大，重點岸段、涉海工程數量越來越多、用海類型復雜多樣、分布廣，海洋管理部門對信息技術和信息服務的要求越來越高[1]。近年來，山東省海域海島管理信息化工作有序開展，穩步推進，海域審批、動態監管等多個應用系統實現了業務化運行，提升了海域海島管理效率及效果，為海域信息化管理奠定了基礎。

盡管山東省海域海島管理信息化建設已取得了一定成績，但與國家和省關于信息化發展的要求相比，與海洋綜合管理對信息化的要求相比，還存在一定差距，特別是在數字化綜合展示、多系統融合銜接、新技術應用、綜合處理及智能分析等方面還存在很多不足之處。目前，海域動態監管、海域使用權轉讓、海域使用權變更和填海項目竣工驗收等業務信息化程度不高，已經使用的國家海域動態監視監測系統、海域使用項目管理系統、海洋行政界線管理系統、國家海島監視監測系統等各自獨立[2]，數據分散存儲、標準不統一，系統間的銜接性較差；省自建系統在縱向上未能與國家業務系統實現互聯互通、無縫銜接；在橫向上未能和省政府政務服務平臺、省投資項目在線審批監管平臺系統及紀檢部門的在線監督等系統進行有效銜接。此外，目前的系統無法集成展示全景影像、三維數據、實時監控視頻等動態信息，不利于實現海域海島立體實時監控的目標，無法滿足全省海域海島管理工作需求[2]。

因此，需要在現有數據資源和業務系統基礎上，進一步拓展和完善海域海島管理方式，提高海域海島管理的信息化水平，利用海域海島監測新型技術手段，融合多來源、多尺度、多類型信息[2]，開展山東省數字海域工程建設，搭建數字海域管理信息平臺，增強全省海域綜合管理、動態監測、分析評價等方面的能力和水平。

一、系統設計

1.系統結構設計

系統以山東省海洋與漁業“一張圖”數據管理服務平臺的在線地圖服務為定位基礎，以山東省數字海域管理核心數據庫建設為核心，整合國家、省、市、縣各級海域專題數據資源，統一數據標準，為業務應用系統提供服務接口，統一地理信息服務。項目實施應遵從“全局考慮、分步實施、重點先行”的建設原則，先完成基礎內容的建設，再逐步提高應用內容和應用范圍[3]。

從軟件分層架構的角度來看，各個節點都由四個層次構成，即運行支撐層、數據層、服務層和應用層（圖1）。運行支撐層包括規范標準和運行環境體系兩部分，該層貫穿于整個平臺。規范標準包括數據規范、服務規范和應用規范；運行環境體系包括網絡、計算機、存儲備份系統、安全保密系統等。數據層即是山東省數字海域管理核心數據庫，由自然信息數據庫、管理信息數據庫2個大庫和14個分庫組成。自然信息數據庫主要內容為地形地貌數據分庫、海洋環境數據分庫、漁業基礎數據分庫、遙感影像數據分庫、全景數據分庫、三維模型數據分庫。管理信息數據庫主要內容為用海規劃數據分庫、海域權屬數據分庫、海島權屬數據分庫、保護區數據分庫、漁業規劃數據分庫等。所有數據資源在邏輯上規范一致、物理上分布，彼此互聯互通。服務層是數字海域工程建設的核心內容。服務層主要包括服務系統、運維管理系統[4]。服務層對外提供數據服務接口和功能服務接口，支撐主要業務系統的業務應用；對內實現基礎的數據更新交換。應用層圍繞海域海島動態監視檢測、海域項目審批管理、數字化展示等業務，建立并集成業務應用系統和海域資源綜合管理服務平臺。

圖1 數字海域工程系統總體架構圖

2.系統功能結構設計

建立山東省數字海域管理信息平臺，平臺包括海域使用項目管理系統、海域動態監視監測管理系統、海島動態監視監測管理系統、數字化展示系統、海島使用項目管理系統、海底電纜管道路由管理系統、整治修復項目管理系統、海域行政界線管理系統8個子系統。

（1）海域使用項目管理子系統建設

建設海域使用項目管理子系統，完善海域使用申請審批、海洋環境影響報告書核準等流程，新增海域使用權變更、轉讓、續期、抵押、注銷以及竣工驗收等功能模塊，新建海域使用權招拍掛出讓流程，實現與“國家海域動態監視監測管理系統”的縱向對接，與“山東省政務服務綜合應用平臺”等省內系統進行橫向銜接。

（2）海域動態監視監測管理子系統建設

建設海域動態監視監測管理系統，實現監管任務下達、執行、考核的網絡化運行和各種方式的監管成果展示，銜接國家海域動態監視監測管理系統[3]。系統主要功能有監管任務運行管理模塊、空間資源監視監測模塊、重點海域監視監測模塊、區域用海規劃區監視監測模塊、建設項目用海監視監測模塊、非建設項目用海監視監測模塊、監視監測設備管理模塊、決策分析模塊。

（3）海島動態監視監測管理子系統建設

開發建設海島監視監測管理子系統，實現監視監測任務下達、執行、考核的網絡化運行，各種監視監測成果集中展示，銜接國家海島監視監測系統，為海島保護、管理、執法提供信息服務。

（4）海島使用項目管理子系統建設

開發建設海島使用項目管理子系統，實現無居民海島使用審批、招拍掛出讓業務和海島基本信息查詢、海島名稱管理、統計分析等業務網絡化辦理。銜接國家海島監視監測管理系統和山東省政務服務綜合應用平臺等省內其他部門系統。

（5）海底電纜管道路由管理子系統建設

為加強海底電纜管道路由管理，防止損害海洋生態環境工程事故發生，對省級已經批復的海底電纜管道進行跟蹤管理，全面掌握我省海底電纜管道路由現狀，建設海底電纜管道路由管理子系統。通過整理海底電纜管理路由數據資料的信息化，實現海底電纜管道路由批復、施工許可的數字化管理，以及海底電纜管道保護區的規劃與管理。

（6）整治修復項目管理子系統建設

為全面掌握海域海島海岸帶整治修復工作實施情況，有計劃推進海域海島海岸帶整治修復規劃實施，對單個整治修復項目進行跟蹤管理，實現對整治修復項目內容、階段進展、修復效果等進行綜合展示和全過程監管。

（7）海域行政界線管理子系統建設

對現有海域行政界線資料進行標準化處理，將界線坐標統一轉換為CGCS2000坐標系，改變界線管理系統的單機版現狀，開發建設“海域行政界線管理子系統”，服務于省內各級海洋主管部門綜合管理。系統主要功能模塊包括界線檔案資料管理、界線信息查詢統計、界線變更管理、繪圖輸出。

（8）數字化展示子系統建設

開發建設數字化展示子系統，充分利用遙感、高清視頻、激光點云等技術手段，對全省海域海島、港口、岸線等進行多分辨率、多尺度、多時空的綜合展示。數字化展示系統作為海域動態監視監測管理、海島動態監視監測管理、海島使用項目管理、海底電纜管道路由管理、整治修復項目管理、海域使用項目管理和海域行政界線管理系統7個業務系統的數據基礎系統，貫穿其整個業務流程，負責其他業務信息、分析結果的統一展示。系統使用ArcGIS和Skyline軟件開發數字海域數字化展示系統[5]。

二、數據庫設計

通過采集整理獲取海域海島自然信息、管理信息，集成基礎地理信息、遙感影像資料、權屬數據、遠程視頻監控、疑點疑區核查等業務信息數據，以 “一張圖”平臺基礎地理信息數據服務為定位基礎，建立山東省數字海域管理核心數據庫，由自然信息數據庫、管理信息數據庫2個大庫和14個分庫組成（圖2）。

圖2 山東省數字海域核心數據庫結構

1.自然信息數據庫

（1）地形地貌數據分庫：包括濱海地形地貌數據、海底地形數據、海島地形地貌數據、海洋/海岸工程數據等；

（2）海洋環境數據分庫：包括溫度、鹽度、水深、水質、底質等數據。

（3）漁業基礎數據分庫：包括產卵場、索餌場、越冬場、洄游通道數據。

（4）遙感影像數據分庫：包括國家每年四次配發的近岸海域30米分辨率衛星遙感影像，熱點海域每年一次2.5米分辨率衛星遙感影像，近岸重點海域每年一次分辨率優于1米分辨航空遙感影像。以及使用無人機采集的1米分辨影像數據。

（5）全景數據分庫：包括利用移動全景采集設備采集的海岸線全景數據及激光點云數據。

（6）三維模型數據分庫：包括海島地表三維數據、石油平臺三維模型數據和港口三維模型數據。

2.管理信息數據庫

（1）用海規劃數據分庫：包括海洋功能區劃、海洋生態紅線、海域使用規劃數據。

（2）權屬數據分庫：包括海域權屬數據、無居民海島權屬數據、海底電纜管道數據。

（3）保護區數據分庫：包括自然保護區、特別保護區、海上公園、種質資源保護區數據。

（4）漁業數據分庫：包括人工魚礁規劃、垂釣基地、海上糧倉規劃等漁業數據。

（5）其它涉海規劃數據分庫：包括交通、旅游、城鎮、臨海工業等的規劃數據（港口規劃可單列）。

（6）動態監管數據分庫：包括監控攝像頭、無人機、照相機、攝像機采集的動態監管數據等。

三、關鍵技術

整個平臺集成GIS技術、Web Service技術和SOA等多種先進的技術手段來實現。采用上述技術方法，構建相應的系統，實現業務數據的管理和服務等。

1.基于SOA架構實現系統集成與擴展

系統采用Web服務方式來支持SOA架構，提供基于網絡的HTTP＋ XML接口服務，接受服務方可以通過XML傳遞必要的參數到服務器端，就像調用本地接口一樣實現與自身業務應用系統的無縫集成[6]。

系統設計與開發過程中提供對外服務的應用程序功能封裝和發布為Web服務，通過服務注冊和服務目錄，向服務消費者（各種組件或部門的應用系統）提供Web服務，使系統的功能可以采用松耦合的方式實現集成，并使平臺提供功能服務具有可擴展性[7]。

2.實現海量三維數據動態加載和高效運行

由于傳統的城市三維模型數據量比較大，容易占用較高的瀏覽器緩存和內存資源，項目采用基于流模式的三維模型處理方式。項目將三維模型和其它數據統一制作成多分辨率、最優流方式的3D網格圖層數據庫（3DML），提高了系統加載速度和降低內存消耗。同時將所有地形和影像數據建立影像金子塔結構,將模型對象構建線性四叉樹和R樹空間索引，將紋理通過關聯模型建立順序索引并入庫[8]。

四、系統實現

本文設計的數字海域系統包含海域動態監視監管子系統等8個子系統，這里選擇海域動態監視監管、海底電纜管道路由管理和數字化展示3個子系統中的部分功能詳細說明。

1.海域動態監視監管子系統

海域動態監視監管子系統包含的功能主要有監管任務運行管理、空間資源監視監測、重點海域監管、區域用海規劃區監視監測、建設項目用海監視監測等。

監管任務運行管理功能，主要是實現海域空間資源、重點海域、區域用海規劃區、建設項目用海和非建設項目用海等監管任務的下達、執行和考核。通過系統向市縣海洋部門下達監測任務，包括監測對象、空間范圍、監測手段、監測頻率等內容，市縣海洋部門完成監管后將成果上傳到系統，實現監測結果的動態可視化管理，為對某海域空間資源進行的檢測任務。

2.海域數字化展示子系統

數字化展示系統主要功能有資源瀏覽、地圖展示、三維瀏覽、二三維聯動、全景展示、空間分析、對比分析等，為通過三維瀏覽功能瀏覽海上鉆井平臺，對東營港進行動態三維視域分析，通過展示子系統，對某港口的電子地圖數據與衛星遙感影像數據進行對比分析。

3.海底電纜管道路由管理子系統

海底電纜管道路由管理子系統主要功能有信息查詢、路由審批資料錄入、路由申請審批資料、海底電纜管道路由保護區公示、備案管理等，詳細信息主要包括施工單位、所有者、施工船舶等。

五、結語

山東省數字海域工程建設是在全省海洋信息化建設總體框架的基礎上，以計算機硬件與網絡通信平臺為依托，以數字海域管理核心數據庫為樞紐，以海域海島動態監視監測、海域項目審批管理等業務流程為主線[9]，以數字海域管理信息平臺為支撐構建的互聯互通的海域資源數字化展示、業務管理和決策支持服務體系。整個平臺通過集成GIS技術、Web Service技術和SOA等多種先進的技術手段來實現系統所需功能。通過二維、三維、全景等手段形式將管轄海域過去、現狀和未來進行多尺度、多時空的數字化展示，通過評價分析預測未來海域海島管理趨勢，全面提升了我省海域海島管理的信息化水平和公共服務能力。