基于WebGIS的南海區海底電纜管道信息管理系統設計與開發

周海英 王蕾 馬華棟 劉勝文 邵先成

摘要：為促進我國海底電纜管道工程建設的高質量發展，文章基于相關業務需求和框架技術，設計與開發南海區海底電纜管道信息管理系統。研究結果表明：南海區海底電纜管道信息管理系統主要包括項目審批、項目監管、數據管理、綜合展示、統計分析和后臺管理6個模塊，實現海底電纜管道審批流程標準化、審批過程信息化、線上和線下監管一體化、空間數據可視化以及綜合統計分析圖表化等功能，可為海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管提供全面的技術支撐和輔助決策支持。

關鍵詞：海底電纜管道;審批流程;全過程監管;數據庫;可視化

中圖分類號：P756.1;P756.2;G203文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2022）06-0098-05

Design and Development of Submarine Cable and Pipeline Information Management System in South China Sea Based on WebGIS

ZHOU Haiying1，2，WANG Lei1，2，MA Huadong1.2，LIU Shengwen1，2，SHAO Xiancheng1，2

（1.South China Sea Information Center，SOA，Guangzhou 510310，China;

2.Key Laboratory of Marine Environmental Detection Technology and Application，MNR，Guangzhou 510310，China）

Abstract：In order to promote the high-quality development of submarine cable and pipeline engineering construction in China，this paper designed and developed the submarine cable and pipeline information management system in the South China Sea based on relevant business requirements and framework technology. The results showed that the South China Sea submarine cable and pipeline information management system mainly included 6 modules：project approval，project supervision，data management，comprehensive display，statistical analysis and background management. It realized the functions of standardization of submarine cable and pipeline approval process，informatization of approval process，integration of online and offline supervision，visualization of spatial data and chartization of comprehensive statistical analysis. It could provide comprehensive technical support and auxiliary decision support for the whole process management of submarine cable and pipeline approval and the whole process supervision of construction.

Keywords：Submarine cable and pipeline，Approval process，Whole process supervision，Database，Visualization

0引言

海底電纜管道是解決海上水電和油氣等資源長距離輸送的重要海底基礎設施[1]。我國海上風能和石油化學能等資源豐富，國家“十三五”和“十四五”規劃都明確提出大力進行海上風電和海上油氣等資源的開發，海底電纜管道為海上資源的高效開發利用提供重要支撐和保障[2]。隨著海上風電和海上油氣等國家重點開發項目的推進，海底電纜管道從數量和長度上都取得顯著成果[3]，各類海底電纜管道密集布置并相互影響，亟須設計和開發海底電纜管道信息管理系統，實現對海底電纜管道數據集成和鋪設審批的全過程監管，為相關決策提供技術支持。

目前關于海底電纜管道信息管理的研究不多。譚萌等[4]基于World Wind三維地理信息平臺，采用B/S軟件設計架構，開發查詢、統計和管理一體化的海底電纜管道業務管理綜合信息系統;王佳潤[5]采用光纖傳感、OPC接口和數據庫等技術設計海底電纜綜合監測平臺，可及時監測海底電纜的故障并定位故障點;王新新等[6]采用面向服務的軟件架構、模型驅動的系統設計和開發以及MVC技術框架等關鍵技術，實現海上油氣平臺和海底電纜管道數據的標準化、共享化以及二、三維可視化等功能。已有文獻對海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管的研究不夠全面，存在對海底電纜管道鋪設流程不清晰以及對海底電纜管道“未批先建”情況監管不到位等問題。

本研究根據南海區海底電纜管道業務工作實際，設計和開發基于WebGIS的南海區海底電纜管道信息管理系統，借助信息化手段梳理海底電纜管道審批流程，開展線上和線下一體化監管，為主管部門決策提供技術支持，統籌推進南海區海底電纜管道審批管理和建設監管工作。

1系統建設思路

1.1建設需求

海底電纜管道審批流程主要包括選劃、勘察、鋪設、備案和變更。南海區海底電纜管道信息管理系統以海洋基礎地理信息、海洋功能區劃和海底電纜管道審批等相關數據為基礎，以具備易用性、實用性和安全性為原則，以海底電纜管道審批為主線，按照海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管2個業務方向進行設計與開發（圖1）。

其中，海底電纜管道審批全過程管理針對海底電纜管道審批中的選劃、勘察、鋪設、備案和變更等各階段制定標準數據規范和制度規范，并對相關數據的錄入、存儲和審核等進行全過程流轉管理;海底電纜管道建設全過程監管針對海底電纜管道建設全過程尤其是勘察、施工和運營階段進行持續性監管，采用AIS在線監管和現場查驗監管相結合的線上和線下一體化的監管方式，對于違規建設的企業進行整改督查并持續追蹤。

1.2建設內容

系統建設內容主要包括數據建庫和平臺開發。

（1）數據建庫。設計海底電纜管道的路由勘察、鋪設施工、維修改造和廢棄、綜合管理、數據監管和后臺管理等的數據庫表結構;整理現有海底電纜管道的原始數據、審批數據和監管數據等，并進行數據格式轉換、數據清洗和數據融合等處理，根據統一的建庫標準實現現有海底電纜管道數據的統一入庫和綜合管理，并實現后續海底電纜管道相關數據的有序入庫。

（2）平臺開發。基于計算機和WebGIS等技術，設計集數據管理、數據審批、數據展示和數據監管等功能于一體的南海區海底電纜管道信息管理系統，開發項目審批、項目監管、數據管理、綜合展示、統計分析和后臺管理等功能，為海底電纜管道主管部門的決策提供可視化支撐。

2系統設計

2.1總體架構

南海區海底電纜管道信息管理系統以南海區海底電纜管道監管職能為指引，設計與開發海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管平臺，為相關主管部門的決策提供信息化技術支撐（圖2）。

南海區海底電纜管道信息管理系統分為基礎層、數據層、服務層和應用層。①基礎層統一管理、按需分配和集中調用系統的各項基礎設施資源，做到資源利用最大化：②數據層采用高效的數據訪問和存儲技術，集聚海域管理、項目審批、動態監管和系統運行等眾多資源，為整個系統的數據互通和數據流轉提供統一的數據支撐：③服務層通過GIS服務等為系統各項功能的應用提供服務支撐：④應用層通過項目審批管理、項目動態監管、數據綜合管理和地圖綜合展示等功能，為海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管提供應用平臺。

2.2開發框架

南海區海底電纜管道信息管理系統采用前、后端分離的MVVM軟件架構模式和B/S系統架構。其中，后端開發采用Spring Boot框架，該框架在Spring框架的基礎上使用特定的方法進行配置，簡化開發過程中的繁瑣配置[7-8];前端開發采用Vue.js框架，該框架能夠更好地處理頁面交互和渲染。

數據庫采用Oracle12c數據庫系統。二維地圖開發采用Open Layers平臺，該平臺是輕量級的開源WebGIS開發平臺，具有操作簡單、成本低廉和支持多種格式地圖等特點[9];三維地圖開發采用Cesium平臺，該平臺是基于WebGL的開源引擎，具有無插件、可跨平臺開發和支持多種格式地理空間數據等特點，在三維可視化領域的應用非常廣泛[10-12]。

2.3數據庫設計

數據是南海區海底電纜管道信息管理系統的核心。海底電纜管道審批和建設涉及數據種類繁多，須對不同類型的數據進行清洗加工、分類組合和入庫處理。

模塊化建庫有助于數據的更新、檢索、管理和維護。根據數據類型和數據結構特性，將系統數據庫分為路由勘察庫、鋪設施工庫、維修改造和廢棄庫、綜合管理庫、數據監管庫和后臺管理庫，各數據庫既相互獨立又相互關聯。①路由勘察庫主要包括路由勘察的基本申請信息、線路空間位置信息、批復材料信息和勘察成果信息，其中勘察成果信息通常包括地形地貌測量、淺地層剖面測量、底質取樣、工程鉆探和水文氣象調查等：②鋪設施工庫主要包括鋪設施工的基本申請信息、線路空間位置信息、批復材料信息和完工備案信息，其中完工備案信息通常包括鋪設線路的真實坐標圖表和所在區域水深等水文信息：③維修改造和廢棄庫主要包括維修改造和廢棄的基本申請信息、空間位置信息和完工備案信息：④綜合管理庫存儲已經審批并鋪設完成的海底電纜管道數據，主要包括海底電纜管道的審批信息（基本申請信息、各階段批準文號和相關附件等）、所有者信息、施工單位信息、施工船舶信息和空間位置信息：⑤數據監管庫存儲內、外業一體化監管的相關數據，其中內業監管數據主要包括施工單位上交的施工材料信息和AIS船位軌跡信息，外業監管數據主要包括登陸點監管信息和登船監管信息：⑥后臺管理庫是保障系統正常運行的基礎數據庫，主要包括用戶基本信息、權限管理信息和操作日志信息。

3系統功能

南海區海底電纜管道信息管理系統主要包括項目審批、項目監管、數據管理、綜合展示、統計分析和后臺管理六大功能模塊。其中，項目審批模塊包括海底電纜管道選劃至變更的審批全過程;項目監管模塊包括基于AIS和現場查驗的線上和線下一體化監管;數據管理模塊主要對海域管理數據、項目管理數據和監管數據等進行管理;綜合展示模塊基于WebGIS等技術實現海底電纜管道相關數據的二、三維可視化展示;統計分析模塊主要對海底電纜管道相關數據進行匯總統計，并以豐富的圖表進行展示，便于主管部門實時掌握情況并做出科學決策;后臺管理模塊主要對系統用戶信息、用戶權限信息和操作日志信息等進行管理，保障整個系統的安全和平穩運行。

3.1項目審批

項目審批主要包括選劃、勘察、鋪設、備案和變更5個階段。

（1）選劃。海底電纜管道審批前須對其所屬區域進行選劃，確定該區域處于可用狀態且與其他項目不沖突。主管部門受理作業單位的項目選劃申請后，會同有關專家召開桌面報告審查會，經審查通過并征詢相關單位意見取得協調一致后，出具同意項目選劃的批復。

（2）勘察。主管部門受理作業單位的路由勘察申請后，經專家審查和會議審議通過，出具同意路由勘察的批復，并明確路由勘察的時間、范圍、船舶和主要內容等信息。作業單位在路由勘察結束后須及時將地形地貌測量、淺地層剖面測量、底質取樣、工程鉆探和水文氣象調查等成果數據上報至主管部門。南海區海底電纜管道信息管理系統可實現海量多源異構勘察數據的存儲、管理和三維可視化。

（3）鋪設。主管部門接收作業單位提交的路由勘察報告以及相關海洋勘察的原始數據和成果數據后，經綜合審查和會議審議通過，出具同意鋪設施工的批復，明確鋪設施工的時間、范圍和船舶等信息，并對鋪設施工過程中涉及的海岸線保護和海洋生態環境保護提出具體要求。

（4）備案。海底電纜管道鋪設施工完畢后，作業單位須將海底電纜管道的相關說明材料上報主管部門備案，如鋪設線路的真實坐標圖表和所在區域水深等信息。

（5）變更。對海底電纜管道實施維修改造和廢棄等狀態變更作業，須根據不同類型分別處理。①維修改造：主管部門受理作業單位的維修改造申請并進行審查。若改動較小，則直接變更注冊備案信息;若改動較大，則須重新進行路由勘察審議。②廢棄：主管部門受理作業單位的廢棄申請并審查通過后，作業單位實施廢棄操作并提交報告。

3.2項目監管

海底電纜管道建設監管貫穿于海底電纜管道申請、審批、施工、完工和運營的全過程。南海區海底電纜管道信息管理系統基于AIS和現場查驗實現線上和線下一體化監管。

（1）AIS在線監管。在勘察申請和鋪設申請階段，作業單位須提交一系列相關信息。主管部門在接收相關信息后即開展AIS在線監管，通過路由和船舶空間位置的疊加情況，對疑似“未批先建”的違規行為進行分類定級。①高度疑似：當勘察和鋪設船舶在路由區域駐留超過7 d時，須立即開展現場查驗監管輔助判斷：②疑似：當勘察和鋪設船舶在路由區域駐留超過1 d但未達7 d時，須密切關注勘察和鋪設船舶，并與作業單位溝通：③輕度疑似：當勘察和鋪設船舶在路由區域駐留1 d以內或短暫通過時，須密切關注勘察和鋪設船舶。

（2）現場查驗監管?，F場查驗監管包括登陸點監管和登船監管2個類型：①登陸點監管通常采取現場踏勘、測量定位、拍攝取證和調查問詢等方式，主要核實登陸點位置是否偏移、是否“未批先建”以及是否破壞自然岸線和海洋生態環境等情況，并做好文字、照片和視頻等形式的記錄：②登船監管須登船定位和查驗作業范圍是否與批復相一致，查驗船舶的作業方式和作業內容是否與批復相一致，并對實際作業情況進行拍攝取證，重點監管船舶是否開展批復內容以外的作業活動。

3.3數據管理

數據管理模塊支持對海域管理數據、項目管理數據和監管數據進行集中和統一的瀏覽、查詢、統計、展示和管理。其中，海域管理數據主要包括海洋功能區劃和生態紅線;項目管理數據主要包括實際用海坐標、保護措施、維修和事故記錄以及相應審批情況;監管數據主要包括貫穿于海底電纜管道建設全過程的各項監管文件，如受理文書、專家審查意見、會議審議結論、批復、檢查通知書、行政處罰決定書和整改意見書。

3.4綜合展示

南海區海底電纜管道信息管理系統基于Open Layers二維平臺，將海底電纜管道審批各階段的空間位置和屬性信息進行定制化分層并在地圖上疊加，為主管部門提供可視化數據支撐。其中，海底電纜管道路由勘察成果主要包括側掃數據、鉆孔數據、淺剖數據、底質數據和水深數據，為更直觀地展示海底電纜管道路由勘察數據，南海區海底電纜管道信息管理系統基于Cesium三維平臺將路由勘察數據加載到系統中并實現三維可視化（圖3）。

3.5統計分析

統計分析模塊支持對海底電纜管道相關數據進行匯總，在不同統計指標下對數據進行統計，并以豐富的圖表進行展示，包括海底電纜管道審批各階段的申請數量、審批數量和批復數量，受理情況、審查和審議情況和批復情況，以及審批時長和審批通過率等。

此外，該模塊支持柱狀圖、條形圖、折線圖和餅圖等形式的圖表聯動和動態切換以及控件聯動、信息詳情浮動和可視化分析等操作，并提供圖表打印和導出功能，為主管部門的科學決策提供精準和清晰的數據支撐。

3.6后臺管理

后臺管理模塊包括系統用戶管理、用戶權限管理和操作日志管理，保障整個系統的穩定運行，同時保障各級用戶按照相應權限有序參與海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管的各項工作。

4結語

本研究設計與開發的南海區海底電纜管道信息管理系統通過項目審批、項目監管、數據管理、綜合展示、統計分析和后臺管理6個模塊，實現海底電纜管道審批流程標準化、審批過程信息化、線上和線下監管一體化、空間數據可視化和綜合統計分析圖表化等功能，為海底電纜管道審批全過程管理和建設全過程監管提供全面的技術支撐和輔助決策支持，有利于強化南海區海底電纜管道審批管理和建設監管機制，有效提升用海信息歸集的覆蓋率和完備率。

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