浙江沿海港口岸線數據分析管理系統設計實現

何曉宇，沈 堅，徐永潮，方澤興，張宗科 ，郝 磊，夏蜀科

（1.浙江數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310013；2.北京國信同科信息技術股份有限公司，北京 100015；3.中國科學院空天信息創新研究院，北京 100101；4.中交星宇科技有限公司，北京 100088）

1 研究背景

目前，基于遙感技術進行空間要素分析監控方面的研究已經趨于成熟[1-4]，同時對基于遙感數據的多時、多光譜動態監測研究方面也在國內、國外有了不錯的研究成果[5-7]，運用現代信息技術，包括遙感、網絡技術對環境進行動態監測與數據評估，和常規方法相比，無論經濟效益還是社會效益（速度快、精度高、成本低）都有非常明顯的進步[8]。

當前浙江省海洋資源監管手段以傳統的規劃圖紙和地面采樣管理為主，缺乏全局化、動態化、可視化的監管手段，難以適應新形勢下管理上的新需求。海洋資源中岸線資源的統籌規劃、建設及管理、港區整合等新形勢下的新需求，需要構建大范圍的、滿足動態監測的數字化監管系統。遙感監測具有大范圍、快速、動態、客觀等技術優勢，是地面環境監測的有效補充，可推動浙江海洋港口資源監測由點上向面上發展、由靜態向動態發展。另一方面，港口岸線資源是浙江發展不可再生的寶貴資源，依托遙感系統建立浙江港口岸線的動態監管系統，為管理部門和港區運營集團提供管理、決策支持系統，既是順應技術發展趨勢，也是適應國家對資源管理的要求和浙江海洋港口發展本身的需要，為拓展“海上絲綢之路”戰略中沿海國家的水運及海洋工程保障和動態監管奠定基礎。

2 系統整體設計方案

浙江海洋港口資源遙感動態監管系統主要功能是以中、高分辨率正射遙感影像為數據本底，整合、關聯和分層疊加浙江的港口岸線、碼頭基礎數據，建立浙江沿海區域地理信息系統，將遙感影像數據與等高線數據融合形成可視化的三維地形地貌，可實現對岸線港口資源的信息采集、動態監測和管控等需求，系統總體架構圖如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

2.1 遙感影像庫建設

多源多尺度遙感影像數據庫是本研究重要的數據基礎，根據調查對象及遙感數據的特點，本研究建立了中、高2種不同分辨率的遙感影像數據庫，并對圖像進行必要的處理并入庫,具體處理流程如下。

2.1.1 遙感影像選取

遙感影像空間分辨率選擇：本研究以美國陸地衛星（Landsat5、8）影像數據為基本信息源，實現對典型港口區的時間序列監測。同時分別選用近2a的Sentinel2號和高分2號數據滿足對港口細節展示的需求。

遙感影像質量選擇：影像質量主要包括云量和拍攝角度。本研究經過多次篩選，覆蓋港區的影像基本都為無云雨霧遮擋的清晰影像。

遙感影像波段選擇：遙感影像的不同波段都有不同的適用范圍，不同波段的組合可以突出不同的地物信息。本研究采用了3種波段組合合成的彩色影像產品，具體情況如下。

由紅、綠、藍合成的真彩色影像，影像產品接近自然色彩。對淺水透視效果好，可用于監測水體的濁度、含沙量、水體沉淀物質形成的絮狀物、水底地形。通常深水深藍色；淺水淺藍色；水體懸浮物是絮狀影象；健康植被綠色；土壤棕色或褐色。

由近紅外、綠、藍合成的標準假彩色影像，影像產品中植被呈現各種紅色調。深紅色/亮紅色為闊葉林，淺紅色為草地等生物量較小的植被，產品適合用于植被提取。

由短波紅外、近紅外、紅合成的假彩色影像，影像產品適用于城鎮和農村土地利用的區分以及陸地/水體邊界的確定。

2.1.2 遙感影像處理

所有遙感影像在入庫前均經過如圖2所示的處理流程，具體包括格式轉換、波段組合、影像配準、輻射校正、幾何糾正、勻色和鑲嵌。其中格式轉換將所有影像轉換成統一的Geotiff/TIFF格式；輻射校正采用ENVI提供的FLAASH模塊和Sen2Cor軟件對上述3顆衛星影像進行處理；使用SRTM對衛星影像進行地形校正。

圖2 遙感影像處理流程

2.1.3 遙感影像入庫

根據影像數據的類型及拍攝時間進行分類存儲，并與基礎數據如行政區劃、泊位碼頭等形成關聯，在方便查詢的同時，實現衛星影像的時序展示和發布。

2.2 研發技術路線

系統建設技術路線如圖3所示，下面為技術路線描述。

圖3 系統建設技術路線圖

2.2.1 技術數據錄入

按照右圖右側流程圖所設計，依次在對應模塊錄入港口信息、港區信息、作業區信息、碼頭信息、泊位信息等相關基礎圖層數據。

2.2.2 地圖發布

通過ArcGIS Server進行多源、多光譜遙感影像地圖圖層處理并發布，通過URL的形式供接口調用。

2.2.3 數據圖層整合顯示

通過圖層功能進行控制顯示遙感衛星影像及基礎港口岸線數據。

圖4為地形圖庫建立過程，地圖影像數據通過ArcGIS進行處理發布，然后以url（eg.http://tlmap. 91daocao.com:9999/arcgis/rest/services/20051127/MapServer）的形式在系統后臺進行圖層配置，前臺通過點擊相應數據項進行地圖圖層疊加查看。

圖4 地形圖庫建立過程圖

2.3 開發運行環境

開發工具：Intellij idea 19.1.1；

開發語言：C#；

數據庫：Sql Server 2014；

開發框架：Devexpress XAF框架；

發布：IIS開發工具。

系統采用B/S結構，由服務器和客戶端組成。服務器和客戶端運行環境要求如下：

服務器端運行環境：Windows2008操作系統；SqlServer2005數據庫；

客戶端運行環境：WindowsXP及其以上操作系統；

支持瀏覽器：火狐瀏覽器（Firefox）、谷歌瀏覽器（Chrome）、IE8.0版本及其以上瀏覽器、國內各類瀏覽器。

本系統采用B/S結構，用戶無需安裝任何程序，打開瀏覽器，輸入系統網址即可登錄。

3 系統功能實現

3.1 港口資源信息展示

地圖中默認展示港口、港區、作業區、碼頭、泊位等的空間圖層信息，鼠標移動到相關區域，可進行港口等詳細信息查看，如圖5所示。

圖5 港口資源信息查看

點擊“更多”可查看港口詳細信息，以及隸屬于該港口的港區集合信息、航線集合信息以及吞吐量信息。

3.2 統計分析

通過地圖右上角功能區域統計分析信息查看按鈕，地圖左側區域彈出岸線信息統計分析界面，點擊港口樹找到所要統計分析的展示作業區，雙擊該作業區項，系統自動彈出該作業區的岸線統計圖，如圖6所示。

圖6 岸線資源統計分析

3.3 查詢篩選

通過點擊地圖右上角功能區域查詢篩選按鈕，可根據查詢條件查看相關港口岸線等圖層資源信息，根據篩選條件點擊查詢按鈕，查詢結果將以信息列表的形式進行展現，雙擊數據項，地圖中將居中顯示該港口岸線相關地理空間信息，如圖7所示。

圖7 岸線資源查詢篩選

3.4 影像時間軸

圖8 影像時間軸功能展示圖

4 系統應用意義及成果

隨著國家海外經濟的蓬勃發展，國家港口岸線資源變得尤為重要，但是港口岸線等的綜合規劃或利用情況無法快速獲悉，而且當前各規劃院數據還是以調查或普查紙質資料或簡單電子文檔的形式進行存儲，需要查閱大量的歷史資料才能得出分析結果，同時目前國內外市面上并沒有一款可以綜合展現港口資源規劃情況的平臺系統，所以由浙江交通規劃設計研究院牽頭開發一套以中、高分辨率正射遙感影像為數據本底的分析管理系統，通過對浙江省四大港口泊位、規劃等信息，以及全省港口岸線普查信息的收集整理，掌握港口、岸線周邊地形地貌、主要交通運輸路線、骨干航道、港口碼頭位置等地理信息基礎數據，依托數據資源的系統集中科學管理，以電子地圖功能為主要展示手段，實現對港口岸線資源的管控、統計分析及綜合展現。

目前，系統已經完成了整個嘉興港及3個港區（乍浦港區、海鹽港區、獨山港區）的全部作業區、碼頭、岸線、泊位等基礎數據的錄入；同時系統功能也根據需求完成了整體研發，綜合實現了對港口岸線資源的管控及統計分析綜合展現。

5 結 語

隨著浙江沿海港口岸線數據分析管理系統的投入使用及港口岸線等基礎歷史數據資料信息的系統錄入，規劃院或其他事業單位將通過系統，并依托高效大數據存儲分析平臺，取代傳統的工作方式。用戶只需要輸入數據查詢條件就能獲取港口岸線資源的電子地圖專題圖，及海岸線及港口變化綜合評價，從而實現水運及岸線一張圖管控，大大提高工作人員工作效率，節省勞動資源。