構(gòu)建極地“三大平臺(tái)” 推動(dòng)“數(shù)字極地”建設(shè)
——908專項(xiàng)“數(shù)字海洋”極地研究中心節(jié)點(diǎn)成果與應(yīng)用

李升貴

構(gòu)建極地“三大平臺(tái)” 推動(dòng)“數(shù)字極地”建設(shè)
——908專項(xiàng)“數(shù)字海洋”極地研究中心節(jié)點(diǎn)成果與應(yīng)用

李升貴

極地科學(xué)數(shù)據(jù)作為極地科學(xué)考察活動(dòng)所產(chǎn)生的原始性、基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)及其實(shí)驗(yàn)分析研究結(jié)果，具有重要的科學(xué)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。我國(guó)極地科學(xué)考察和研究持續(xù)開(kāi)展了20多年，采集了大量極地科學(xué)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是國(guó)家花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力取得的，是我國(guó)極地研究的基礎(chǔ)，得來(lái)不易、非常寶貴，有必要進(jìn)行科學(xué)管理、深入挖掘和充分利用。但是，這些數(shù)據(jù)正面臨著保存不善、管理缺失甚至流失等問(wèn)題，更談不上充分利用。原因是多方面的，其一，數(shù)據(jù)大多分散在科研人員個(gè)人手中，不利于管理和利用，數(shù)據(jù)擁有者的流失也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流失；其二，極地科學(xué)數(shù)據(jù)管理和信息應(yīng)用機(jī)制仍不健全；其三，基礎(chǔ)信息設(shè)施仍不完備；其四，信息技術(shù)在極地的應(yīng)用還有待進(jìn)一步提高。

回顧我國(guó)極地?cái)?shù)據(jù)管理和信息應(yīng)用的歷程，主要分為以下幾個(gè)階段：（1）模擬數(shù)據(jù)階段。1992年以前，科學(xué)數(shù)據(jù)大多以紙質(zhì)記錄、磁帶、錄像帶等方式儲(chǔ)存和管理。這些數(shù)據(jù)為非數(shù)字化數(shù)據(jù)，無(wú)法用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。（2）數(shù)字化階段。1992—1999年，對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，新增數(shù)據(jù)開(kāi)始以數(shù)字化方式記錄，但主要分散在個(gè)人手中，缺乏集中統(tǒng)一的管理。（3）數(shù)據(jù)管理階段。1999—2002年，在極地國(guó)際數(shù)據(jù)管理背景的推動(dòng)下，開(kāi)始對(duì)部分科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集、預(yù)處理和統(tǒng)一的管理，積累了一些數(shù)據(jù)管理的經(jīng)驗(yàn)，建立了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)，有了對(duì)信息應(yīng)用的需求，但存在數(shù)據(jù)單一、機(jī)制不盡完善、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單孤立等諸多不足。（4）信息初步應(yīng)用階段。2002—2005年，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)陸續(xù)應(yīng)用，極地信息應(yīng)用得到了較快的發(fā)展，對(duì)極地科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了范圍更廣泛的清理、收集和預(yù)處理，數(shù)據(jù)管理的理念更加成熟，學(xué)科數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)多了起來(lái)，信息應(yīng)用也逐步開(kāi)展起來(lái)；但還是存在很多問(wèn)題，如標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、功能單一、涉及業(yè)務(wù)單一，系統(tǒng)孤立、數(shù)據(jù)孤立、用戶孤立等。（5）信息綜合應(yīng)用階段。2005年以后，隨著極地“三大平臺(tái)”整體規(guī)劃的制定和分層次實(shí)現(xiàn)極地信息應(yīng)用戰(zhàn)略部署的執(zhí)行，逐步形成了“大局觀”“整體觀”“長(zhǎng)遠(yuǎn)觀”和“服務(wù)觀”的基本思想，并廣泛應(yīng)用到了極地科學(xué)考察、極地科學(xué)研究、極地管理與決策和極地科學(xué)普及等方面，產(chǎn)生了良好的效果。

一、“三大平臺(tái)”規(guī)劃

實(shí)現(xiàn)極地科學(xué)數(shù)據(jù)和信息最大價(jià)值的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的流動(dòng)、共享和廣泛應(yīng)用。但由于歷史原因，信息化工作是從無(wú)到有、從點(diǎn)到面一步步發(fā)展起來(lái)的，極地信息發(fā)展的規(guī)劃工作相對(duì)滯后，更談不上頂層設(shè)計(jì)，孤立、分散、重復(fù)、低效、資源浪費(fèi)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至影響到信息的質(zhì)量和可靠性，尤其是當(dāng)業(yè)務(wù)之間需要頻繁的信息交換和共享時(shí)?？偨Y(jié)起來(lái)主要存在幾個(gè)問(wèn)題：一是孤立，系統(tǒng)和系統(tǒng)之間完全孤立，缺乏數(shù)據(jù)和信息的交流和共享，就像一個(gè)個(gè)的“信息孤島”；二是缺乏特定的目標(biāo)用戶，科研工作者、公眾或是極地考察管理者的需求不盡相同，有時(shí)差別很大，需要有針對(duì)性；三是需求不明確，有些系統(tǒng)不是從需求出發(fā)，而是從自上而下的項(xiàng)目出發(fā)，有些甚至不十分清楚面向何種業(yè)務(wù)；四是冗余，系統(tǒng)之間信息出現(xiàn)重復(fù)，有時(shí)甚至出現(xiàn)矛盾，造成資源浪費(fèi)等。

1.極地“三大平臺(tái)”的提出

隨著極地事業(yè)的快速推進(jìn)，近年來(lái)，極地科研與業(yè)務(wù)的信息應(yīng)用有加快的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外極地信息用戶對(duì)信息產(chǎn)品和信息服務(wù)從廣度和深度都提出了更高的要求；同時(shí)，極地考察的業(yè)務(wù)化、流程化進(jìn)程不斷加快，學(xué)科之間的交叉不斷增強(qiáng)，國(guó)際合作日益頻繁，這些都要求極地信息應(yīng)用應(yīng)當(dāng)更加專業(yè)化、層次化和統(tǒng)一化。

筆者將應(yīng)用領(lǐng)域初步分為科研、管理和科普，將應(yīng)用類型分為基礎(chǔ)應(yīng)用、專題應(yīng)用和科普應(yīng)用，將用戶分為科研人員、管理者和普通大眾。針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用類型和用戶，整合類似應(yīng)用，統(tǒng)一管理基礎(chǔ)信息，分層次實(shí)現(xiàn)極地信息應(yīng)用，依據(jù)三個(gè)層面的應(yīng)用，即面向基礎(chǔ)應(yīng)用、專題應(yīng)用和科普應(yīng)用，提出極地信息平臺(tái)建設(shè)基本框架，即“三大平臺(tái)”——基礎(chǔ)信息平臺(tái)、專題應(yīng)用平臺(tái)和公眾服務(wù)平臺(tái)。

基礎(chǔ)信息平臺(tái)。面向基礎(chǔ)應(yīng)用，以符合極地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為前提，以數(shù)據(jù)庫(kù)等系統(tǒng)為支撐，為應(yīng)用平臺(tái)和公眾服務(wù)平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐的平臺(tái)。主要包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、元數(shù)據(jù)庫(kù)、專題數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等。

專題應(yīng)用平臺(tái)。面向?qū)ｎ}應(yīng)用，整合集成專題應(yīng)用所需地理信息核心要素，集地理空間信息共享、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)發(fā)布、功能服務(wù)于一體，為專題應(yīng)用和管理提供信息保障和技術(shù)支撐的信息平臺(tái)。如南極主權(quán)、北極油氣、航跡、考察站、PANDA等。

公眾服務(wù)平臺(tái)。面向社會(huì)公眾，以公眾服務(wù)網(wǎng)站為依托，采用全新的技術(shù)方法和現(xiàn)代的網(wǎng)站服務(wù)理念，為社會(huì)大眾提供實(shí)時(shí)極地信息服務(wù)的平臺(tái)。主要包括極地中心節(jié)點(diǎn)綜合平臺(tái)、極地科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、標(biāo)本資源共享平臺(tái)等。

2.目標(biāo)

圍繞國(guó)家實(shí)現(xiàn)國(guó)際極地強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略思路和極地信息化建設(shè)的目標(biāo)，全面推進(jìn)極地“三大平臺(tái)”建設(shè)，其目標(biāo)主要體現(xiàn)在：（1）奠定極地信息化的信息基礎(chǔ)。全面梳理和整合各類南極信息資源，開(kāi)展南極信息更新、交換、服務(wù)體系的研究，實(shí)現(xiàn)南極信息管理的標(biāo)準(zhǔn)化、南極信息更新的動(dòng)態(tài)化和交換服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化。（2）奠定極地信息化的技術(shù)基礎(chǔ)。開(kāi)展極地信息關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘、構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)極地科學(xué)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)可視化以及極地模型計(jì)算等創(chuàng)新技術(shù)的自主化。（3）奠定極地信息化的應(yīng)用基礎(chǔ)。拓展極地信息和產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，研制極地專題應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)極地決策管理的科學(xué)化、應(yīng)急響應(yīng)的快速化和信息服務(wù)的社會(huì)化。（4）奠定極地信息化的服務(wù)基礎(chǔ)。提升極地信息服務(wù)的深度和廣度，提高信息服務(wù)頻率和精度，擴(kuò)大用戶范圍和層次，逐步實(shí)現(xiàn)大眾化、科普化和美觀化。（5）成為“數(shù)字海洋”的重要節(jié)點(diǎn)。為“數(shù)字海洋”提供全面的源數(shù)據(jù)并及時(shí)更新，作為“數(shù)字海洋”的重要組成部分，按照908專項(xiàng)的總體要求形成物理上分布、邏輯上統(tǒng)一的系統(tǒng)。

3.基本框架

以前開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)大多孤立，系統(tǒng)之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，有時(shí)系統(tǒng)之間的信息出現(xiàn)重復(fù)、冗余甚至矛盾。為了解決這些問(wèn)題，我們對(duì)極地信息化進(jìn)行總體規(guī)劃，對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行改造和整合，新建系統(tǒng)按總體規(guī)劃來(lái)開(kāi)發(fā)和部署。

規(guī)劃設(shè)計(jì)的原則和初步方案如下：（1）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如統(tǒng)一用戶認(rèn)證、統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)、規(guī)范接口，同時(shí)對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行整合改造，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作。（2）提高協(xié)同性。利用互用性技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)之間的協(xié)同性，避免產(chǎn)生信息孤島：在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮信息之間互聯(lián)、互用和協(xié)同，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、平臺(tái)與平臺(tái)之間、用戶與系統(tǒng)（平臺(tái)）之間協(xié)同工作。如利用 .NET 遠(yuǎn)程處理和 Web 服務(wù)技術(shù)可以幫助用戶在 .NET Framework 和 Java 應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)層之間實(shí)現(xiàn)連接。（3）去冗余。包括數(shù)據(jù)冗余、操作冗余和功能冗余等，極地“三大平臺(tái)”建設(shè)要密切關(guān)注系統(tǒng)之間的這些冗余現(xiàn)象，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)予以去除，減少系統(tǒng)之間的重復(fù)、避免浪費(fèi)資源、提高系統(tǒng)的工作效率。（4）面向需求和應(yīng)用。極地“三大平臺(tái)”建設(shè)應(yīng)將“應(yīng)用”作為龍頭帶動(dòng)一切，一切圍繞需求，隨需而變。

根據(jù)上面的方案，充分研究極地信息應(yīng)用的諸多方面，考慮統(tǒng)一性、整體性和協(xié)同性，確定極地“三大平臺(tái)”的基本框架結(jié)構(gòu)，有如下特點(diǎn)：

分層次分階段。從極地考察的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，根據(jù)用戶和應(yīng)用的分類，將極地信息應(yīng)用平臺(tái)體系分為三個(gè)層次，根據(jù)三個(gè)層次分成多個(gè)階段去實(shí)施和完善極地“三大平臺(tái)”。

各平臺(tái)自成體系。各平臺(tái)可以獨(dú)立運(yùn)行，有特定功能、特定操作、特定用戶群并完成各自的業(yè)務(wù)?；A(chǔ)信息平臺(tái)主要面向極地科研用戶的基礎(chǔ)應(yīng)用，同時(shí)也為另外2個(gè)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)；專題應(yīng)用平臺(tái)主要面向極地考察和研究的特定業(yè)務(wù)；公眾服務(wù)平臺(tái)面向廣大公眾，提供科普服務(wù)。

平臺(tái)之間協(xié)同工作，是一個(gè)有機(jī)整體。平臺(tái)之間的關(guān)聯(lián)主要指數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、結(jié)果的關(guān)聯(lián)和操作的關(guān)聯(lián)三個(gè)層面，一個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)可能從下一級(jí)或同級(jí)平臺(tái)中調(diào)用，一個(gè)平臺(tái)的結(jié)果可能是上一級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)源，一個(gè)平臺(tái)可以調(diào)用下一級(jí)平臺(tái)的操作。平臺(tái)之間協(xié)同工作，完成一定的極地考察和科學(xué)研究業(yè)務(wù)（任務(wù)）。

各平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境有所區(qū)別。基礎(chǔ)信息平臺(tái)主要在局域網(wǎng)內(nèi)部，與互聯(lián)網(wǎng)隔絕；專題應(yīng)用平臺(tái)主要采用C/S架構(gòu)，是獨(dú)立的桌面系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)大范圍的行業(yè)應(yīng)用，一般也適于行業(yè)專網(wǎng)使用；公眾服務(wù)平臺(tái)主要采用B/S架構(gòu)，滿足分散的公眾需求。

平臺(tái)內(nèi)部各系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。獨(dú)立指功能的獨(dú)立，也就是每個(gè)系統(tǒng)都能夠獨(dú)立工作，完成自己特定的業(yè)務(wù)；關(guān)聯(lián)指數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、結(jié)果的關(guān)聯(lián)和操作的關(guān)聯(lián)三個(gè)層面，一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可能從另一個(gè)系統(tǒng)中調(diào)用，一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)果可能是另一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，一個(gè)系統(tǒng)可以調(diào)用另一個(gè)系統(tǒng)的操作。

平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系?！叭笃脚_(tái)”的數(shù)據(jù)自下而上流動(dòng)，從基礎(chǔ)信息平臺(tái)流向?qū)ｎ}應(yīng)用平臺(tái)，最后到公眾服務(wù)平臺(tái)。專題應(yīng)用平臺(tái)的數(shù)據(jù)源主要來(lái)自基礎(chǔ)信息平臺(tái)提取的框架數(shù)據(jù)，再疊加進(jìn)專題地理信息數(shù)據(jù)；公眾服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)源主要來(lái)自專題應(yīng)用平臺(tái)的成果和基礎(chǔ)信息平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上去除敏感保密信息，再疊加極地綜合信息。

二、“三大平臺(tái)”的成果與應(yīng)用

(一)極地基礎(chǔ)信息平臺(tái)的成果與應(yīng)用

1. 極地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定及其應(yīng)用

目前，由于參加南極科學(xué)考察的單位很多，涉及的專業(yè)也很多，客觀上造成了各自為政的局面——你有你的標(biāo)準(zhǔn)，我有我的規(guī)范，如精度各不相同、標(biāo)定方法不符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式不盡相同等。數(shù)據(jù)采集、處理及其應(yīng)用沒(méi)有統(tǒng)一于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之下，也沒(méi)有形成一套統(tǒng)一的共享和交換標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)制。為了能夠順暢地實(shí)現(xiàn)共享，應(yīng)堅(jiān)持開(kāi)放性的原則，制定一系列的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足“極地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)”的需求。

極地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將在數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)質(zhì)量、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交換、專業(yè)數(shù)據(jù)等方面制定和形成系列標(biāo)準(zhǔn)，尤其是空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是本項(xiàng)目需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。專業(yè)空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括各種專題要素的分類體系和編碼體系、精度指標(biāo)、數(shù)據(jù)格式等。

在現(xiàn)有國(guó)家、部門(mén)、地方和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)際相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以需求為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目標(biāo)，研究制定極地信息的管理辦法，并針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容的需要，統(tǒng)一制定和完善了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，形成較為完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。具體包括極地科學(xué)數(shù)據(jù)管理規(guī)定、極地科學(xué)考察數(shù)據(jù)管理辦法、極地考察信息和數(shù)據(jù)匯交承諾書(shū)、極地科學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)、極地科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)目錄、極地考察數(shù)據(jù)政策與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享規(guī)則以及南北極考察樣品、現(xiàn)場(chǎng)觀察數(shù)據(jù)和樣品分析數(shù)據(jù)注冊(cè)表（圖1）。

圖1 極地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范界面

2. 極地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和集成

按908專項(xiàng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)整合了極地元數(shù)據(jù)、極地海洋、極地地圖、極地航跡、極地PANDA斷面、極地考察站等歷史調(diào)查資料，獲取并整理了相關(guān)的資料成果，形成了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，包括極地海洋、極地航跡、斷面考察數(shù)據(jù)、南極專題相關(guān)的數(shù)據(jù)等。主要包括：（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。極地元數(shù)據(jù)、極地海洋數(shù)據(jù)、極地綜合管理數(shù)據(jù)、極地航跡數(shù)據(jù)、極地PANDA數(shù)據(jù)、極地管理信息等160個(gè)數(shù)據(jù)集。（2）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。極地基礎(chǔ)圖件、極地重點(diǎn)區(qū)域航測(cè)影像和工程圖。（3）專題產(chǎn)品。

3. 極地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)與應(yīng)用

主要包括極地元數(shù)據(jù)庫(kù)和極地基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)應(yīng)用提供最通用、最基礎(chǔ)和最廣泛的數(shù)據(jù)。

（1） 極地元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)

元數(shù)據(jù)是對(duì)數(shù)據(jù)的描述，是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。極地元數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入輸出、操作權(quán)限、痕跡管理、共享查詢下載以及和數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)做系統(tǒng)的管理。包括涉及極地考察區(qū)域的極地海洋學(xué)、極地大氣科學(xué)、極地生物學(xué)三個(gè)大學(xué)科23個(gè)分支學(xué)科，共計(jì)303項(xiàng)元數(shù)據(jù)信息（圖2、圖3）。

圖2 極地源數(shù)據(jù)庫(kù)

圖3 元數(shù)據(jù)信息

（2）極地基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用

圖4 極地基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)

收集整理了南極、北極、國(guó)內(nèi)極地、相關(guān)港口區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)、歷次南北極考察航跡數(shù)據(jù)、雪龍?zhí)枌?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、PANDA斷面考察路線數(shù)據(jù)、考察站信息數(shù)據(jù)以及南極領(lǐng)土主權(quán)要求、南極油氣資源分布、南極生物資源分布、南極保護(hù)區(qū)、北極大陸架爭(zhēng)議、北極礦產(chǎn)分布相關(guān)數(shù)據(jù)（圖4）。

4. 極地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)與應(yīng)用

極地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)是在結(jié)合分析我國(guó)極地考察學(xué)科領(lǐng)域現(xiàn)狀和極地主要業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的，其目的是：一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)各學(xué)科考察數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，保證數(shù)據(jù)安全；另一方面提供數(shù)據(jù)共享下載服務(wù)，提高數(shù)據(jù)利用效率。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：極地海洋數(shù)據(jù)庫(kù)、極地地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、極地氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、極地地磁數(shù)據(jù)庫(kù)、冰凍圈數(shù)據(jù)庫(kù)、極地地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、極地微生物菌種數(shù)據(jù)庫(kù)、極地資源樣品數(shù)據(jù)庫(kù)等。筆者以極地海洋數(shù)據(jù)庫(kù)和極地地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為例予以說(shuō)明。

（1） 極地海洋數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用

整合物理海洋學(xué)（CTD、ADCP、XBT/XCTD、表層溫鹽、海冰厚度等）、海洋化學(xué)（海水營(yíng)養(yǎng)鹽、同位素等）、海洋地質(zhì)（表層、柱狀沉積物分析等）、海洋工程、海洋氣象（走航氣象觀測(cè)、衛(wèi)星接收等）等領(lǐng)域的各種信息，約180個(gè)數(shù)據(jù)集（圖5）。

圖5 極地海洋數(shù)據(jù)庫(kù)

（2） 南極地圖數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用

收集整理多幅極地圖件，整合中國(guó)南極考察主要區(qū)域多種比例尺（1 ∶ 1000，1 ∶ 2000，1 ∶ 10000，1 ∶ 50000，1 ∶ 100000，1 ∶ 500000，1 ∶ 1000000）的電子地圖，這些區(qū)域包括西南極喬治王島、菲爾德斯半島和長(zhǎng)城站區(qū)域，東南極格羅夫山、拉斯曼丘陵、中山站區(qū)域、長(zhǎng)城站、南極洲全圖等（圖6）。

圖6 南極拉斯曼丘陵正射影像圖

5. 極地?cái)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)

數(shù)據(jù)集成。以前各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間各自分離，極地?cái)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)是在對(duì)原有分散的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)抽取、清理的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)系統(tǒng)加工、匯總和整理得到的。必須消除源數(shù)據(jù)中的不一致性，以保證數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的信息是關(guān)于整個(gè)極地的一致的全局信息。

統(tǒng)一入口。極地元數(shù)據(jù)是對(duì)原始數(shù)據(jù)的概要描述，將元數(shù)據(jù)作為實(shí)體數(shù)據(jù)的引擎，引導(dǎo)用戶快速地查找所需的數(shù)據(jù)。

面向主題。以前的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)組織是面向事務(wù)處理任務(wù)的，而極地?cái)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是按照一定的主題域進(jìn)行組織的。

記錄歷史。極地?cái)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)包含歷史信息，系統(tǒng)記錄極地考察各階段的信息，以便于對(duì)人類和中國(guó)極地事件的發(fā)展歷程和未來(lái)趨勢(shì)做定量分析和預(yù)測(cè)。

數(shù)據(jù)挖掘。從極地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等所有數(shù)據(jù)庫(kù)中，抽取出有價(jià)值的知識(shí)、模型或規(guī)則，建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

（二） 極地專題應(yīng)用平臺(tái)的初步成果與應(yīng)用

1.極地航跡專題應(yīng)用系統(tǒng)的初步成果與應(yīng)用

依托極地考察所積累的多次極地考察航跡數(shù)據(jù)，結(jié)合極地研究發(fā)展的需求，設(shè)計(jì)并建立極地考察航跡GIS數(shù)據(jù)庫(kù)；以WebGIS為平臺(tái)，建立極地考察航跡公共信息服務(wù)系統(tǒng)，使企事業(yè)單位和社會(huì)公眾在任何節(jié)點(diǎn)都可以瀏覽WebGIS上公布的極地考察航跡信息、制作專題圖、進(jìn)行各種空間信息檢索和空間分析。在極地考察航跡GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)面向極地研究專業(yè)人員的基于C/S構(gòu)架的專業(yè)版GIS系統(tǒng)；結(jié)合不同物理場(chǎng)模型，采用空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、遙感影像、二維和三維數(shù)據(jù)的融合技術(shù)和3DS技術(shù)等，專業(yè)版GIS系統(tǒng)將以虛擬現(xiàn)實(shí)方式實(shí)現(xiàn)航跡點(diǎn)的物理場(chǎng)模型模擬三維可視化。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的空間可視化，在此基礎(chǔ)上，為今后逐步完善多學(xué)科綜合，進(jìn)行數(shù)據(jù)深度挖掘，實(shí)現(xiàn)極地科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化。

極地航跡地理信息系統(tǒng)的建設(shè)旨在向用戶展示中國(guó)25次南極考察、3次北極考察的雪龍?zhí)柡桔E相關(guān)信息，系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程采用了ArcGIS二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和Skyline二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，從二維、三維的視角向用戶動(dòng)態(tài)展示考察航跡信息（圖7）。

圖7 極地航跡地理信息系統(tǒng)

目前，極地研究中心已完成了B/S結(jié)構(gòu)的航跡地理信息系統(tǒng)的建設(shè)，包括二維系統(tǒng)和三維系統(tǒng)的建設(shè)；實(shí)現(xiàn)了南極考察線路可視化瀏覽并在二、三維的角度進(jìn)行航跡的動(dòng)態(tài)演示；實(shí)現(xiàn)了沿途的熱點(diǎn)城市和碼頭的影像瀏覽、視頻介紹、文字介紹和圖片瀏覽；實(shí)現(xiàn)了歷次航跡的查詢和統(tǒng)計(jì)分析等，包括不同航跡之間的綜合對(duì)比；開(kāi)發(fā)了如距離計(jì)算、面積計(jì)算等基本功能（圖8）。

圖8 雪龍?zhí)枌?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

2.極地PANDA斷面專題應(yīng)用系統(tǒng)的成果與應(yīng)用

PANDA計(jì)劃是我國(guó)開(kāi)展南北極考察以來(lái)，首次由我國(guó)科學(xué)家牽頭組織的大型國(guó)際合作考察與研究計(jì)劃，也是IPY中國(guó)行動(dòng)計(jì)劃的核心計(jì)劃。PANDA斷面主要包括普里茲灣、中山站區(qū)域、埃默里冰架、格羅夫山、冰穹A以及陸上冰蓋斷面（1300千米）6個(gè)重點(diǎn)區(qū)域（圖9）。

圖9-a PANDA斷面示意圖

圖9-b PANDA斷面剖面圖

該應(yīng)用系統(tǒng)整合了相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)，具體包括：

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感數(shù)字地圖11幅。

極地制圖成果。普通圖、影像圖、專題圖、電子圖、錨地海圖共39幅。

普里茲灣。物理海洋學(xué)（CTD、ADCP、XBT XCTD、表層溫鹽、海冰厚度等）；海洋化學(xué)（海水營(yíng)養(yǎng)鹽、同位素等）；海洋地質(zhì)（表層、柱狀沉積物分析等）；海洋氣象（走航氣象觀測(cè)、衛(wèi)星接收等）。

埃默里冰架。冰川（冰架冰芯、冰架運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)平衡、衛(wèi)星遙感）、海洋（冰架下水文）、大氣（大氣邊界層）等。

格羅夫山。天體化學(xué)（南極隕石）、地質(zhì)學(xué)（巖石、土壤化學(xué)、第四紀(jì)冰川進(jìn)退）等。

冰穹A。冰川學(xué)（深冰芯、雪坑和淺冰芯、物質(zhì)平衡、測(cè)冰雷達(dá)、衛(wèi)星遙感）、氣象（自動(dòng)氣象站）、天文學(xué)（望遠(yuǎn)鏡）等。

內(nèi)陸冰蓋斷面。冰川學(xué)（雪坑和淺冰芯、物質(zhì)平衡、測(cè)冰雷達(dá)、衛(wèi)星遙感）、氣象（自動(dòng)氣象站）等。

極地PANDA斷面應(yīng)用系統(tǒng)涵蓋了南北極基礎(chǔ)地理信息、考察站點(diǎn)信息、考察斷面的相關(guān)信息（如資源調(diào)查的位置信息——14次普里茲灣海洋學(xué)調(diào)查、3次埃默里冰架考察、4次格羅夫山考察和5次內(nèi)陸冰蓋斷面考察信息）、隕石與藍(lán)冰分布信息，是極地考察專業(yè)信息的空間載體系統(tǒng)。它將極地與地理分布有關(guān)的自然要素和人文要素的地理位置、屬性及其空間關(guān)系的信息，利用GIS二次開(kāi)發(fā)技術(shù)、Skyline二次開(kāi)發(fā)技術(shù)向用戶展示（圖10）。

圖10 PANDA斷面考察系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能包括：放大、縮小、漫游等基本功能；藍(lán)冰、隕石資源信息查詢；內(nèi)陸考察信息查詢；內(nèi)陸考察路線瀏覽。

3.考察站及熱點(diǎn)區(qū)域應(yīng)用系統(tǒng)的成果與應(yīng)用

我國(guó)先后在極地建立了4個(gè)考察站，即長(zhǎng)城站、中山站、黃河站和昆侖站，并以這4個(gè)考察站為中心進(jìn)行了長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的和多學(xué)科的科學(xué)研究工作。這些工作區(qū)覆蓋兩極和大洋的許多區(qū)域，如南大洋、太平洋、普里茲灣、斯曼丘陵、格魯夫山、冰穹A、中山站-冰穹A斷面、長(zhǎng)城灣、埃默里冰架、菲爾德斯半島、北極斯瓦爾巴群島等。這些區(qū)域是我國(guó)極地考察和研究的“熱點(diǎn)”區(qū)域。

中國(guó)極地考察站及熱點(diǎn)區(qū)域應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)南極的長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站和北極的黃河站進(jìn)行二、三維角度顯示，讓用戶直觀獲取考察站的相關(guān)信息（圖11）。

圖11 考察站子系統(tǒng)

用戶可從二維角度獲取各考察站概況信息，通過(guò)三維角度獲取具體信息，實(shí)現(xiàn)多角度瀏覽、查詢、檢索模擬的考察站三維對(duì)象；對(duì)給定一點(diǎn)的坐標(biāo)或給定單元的名稱，系統(tǒng)能夠快速定位其空間位置，并對(duì)其周圍的地貌進(jìn)行三維顯示及全景信息查看（圖12）。

圖12 中山站動(dòng)態(tài)全景展示

4.極地考察專題產(chǎn)品系統(tǒng)的成果與應(yīng)用

專題產(chǎn)品系統(tǒng)是基于南極大陸及其周邊海域考察、北極地區(qū)考察與評(píng)估而建立的，系統(tǒng)涵蓋了南極領(lǐng)土主權(quán)要求信息、南極油氣資源分布信息、生物資源分布信息、北極大陸架爭(zhēng)議信息、南極保護(hù)區(qū)信息和北極礦產(chǎn)信息，各種考察信息同時(shí)輔以空間信息，達(dá)到可視化表達(dá)的目的，為用戶展示極地考察的成果（圖13）。

圖13 專題產(chǎn)品系統(tǒng)

5.極地空間信息三維演示系統(tǒng)的成果與應(yīng)用

極地空間信息三維演示系統(tǒng)的建設(shè)旨在從三維的角度向用戶展示極地考察相關(guān)信息，系統(tǒng)中整合了極地考察站信息、雪龍航跡信息、極地專題信息和極地科普信息，該部分利用遙感影像和DEM結(jié)合，通過(guò)Skyline二次開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)極地三維地形的模擬和仿真，從而幫助用戶更好地理解極地的地形和空間對(duì)象的位置關(guān)系，讓用戶在更自然、現(xiàn)實(shí)化的環(huán)境下獲取更多的信息（圖14）。

圖14 三維演示系統(tǒng)

極地空間信息三維演示系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：

極地考察站。長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站、黃河站的三維顯示，相關(guān)的視頻介紹、文字介紹以及圖片瀏覽。

探索之旅。雪龍?zhí)柕娜S模擬展示，雪龍?zhí)枌?shí)時(shí)位置信息監(jiān)測(cè)，主要港口的影像顯示，圖片瀏覽、視頻以及文字介紹，歷次考察航跡的三維演示，西風(fēng)帶的視頻、圖片瀏覽等。

極地專題。南極地區(qū)磷蝦資源分布、油氣資源分布、隕石分布和保護(hù)區(qū)分布專題信息的三維展示（圖15），北極地區(qū)油氣開(kāi)采點(diǎn)、輸油管線、可能的海上運(yùn)輸路線和礦產(chǎn)開(kāi)采點(diǎn)的三維展示。

圖15 南極油氣資源

兩極科普。南極基礎(chǔ)地理信息顯示、極光演示、隕石演示、極地動(dòng)物信息、Argo剖面浮標(biāo)信息的顯示（圖16）。

圖16 Argo剖面浮標(biāo)信息

（三）極地公眾服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用

極地公眾服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)旨在將極地研究中心的研究成果面向公眾，整合了極地研究中心節(jié)點(diǎn)工作的具體內(nèi)容，包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、極地專題應(yīng)用系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)庫(kù)信息等。提供了統(tǒng)一的入口和出口，為終端客戶提供共享資源和途徑，并為“數(shù)字海洋”提供數(shù)據(jù)支持（圖17）。

圖17 極地公眾服務(wù)平臺(tái)主頁(yè)

平臺(tái)中包含以下幾個(gè)部分：

極地航跡。集成了極地航跡地理信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，包括雪龍?jiān)诰€、南極航跡、北極航跡等信息。

PANDA斷面信息。集成了PANDA斷面地理信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，包括斷面考察路線信息、隕石與藍(lán)冰分布信息、基礎(chǔ)地理信息等。

考察站。集成了中國(guó)極地考察站信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，包括考察站二維分布、三維分布以及長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站和黃河站的三維模擬顯示。

虛擬極地。包括考察站的全景展示和雪龍?zhí)柕娜S模擬顯示。

數(shù)據(jù)資源。提供極地海洋學(xué)、極地大氣科學(xué)、極地生物學(xué)的數(shù)據(jù)查詢檢索和下載服務(wù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)。提供了海洋數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合管理信息庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢檢索。

專題產(chǎn)品。提供了南極領(lǐng)土主權(quán)要求、南極油氣資源、南極生物資源、北極大陸架爭(zhēng)議、南極保護(hù)區(qū)、北極礦產(chǎn)分布的專題圖顯示。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的查詢。

三、總結(jié)和展望

極地“三大平臺(tái)”的建立，基本奠定了極地信息化的信息基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)和服務(wù)基礎(chǔ)，標(biāo)志著極地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐、專題應(yīng)用和公眾服務(wù)體系的逐步形成和完善，說(shuō)明一個(gè)能支撐極地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間信息和專題應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)的初步建成，以及極地?cái)?shù)據(jù)共享平臺(tái)和空間應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的初步建立。極地“三大平臺(tái)”的規(guī)劃設(shè)計(jì)，從根本上解決了極地信息化過(guò)程中存在的技術(shù)難題，筆者主要總結(jié)了三方面的改進(jìn)。

第一，統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束了極地信息系統(tǒng)間長(zhǎng)期混亂的局面?！叭笃脚_(tái)”為極地?cái)?shù)據(jù)管理和信息應(yīng)用制定了一整套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)極地信息化的全過(guò)程進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)，對(duì)極地信息應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用，防止了因標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一帶來(lái)的阻隔和瓶頸。

第二，推動(dòng)了數(shù)據(jù)的流動(dòng)，避免產(chǎn)生“信息孤島”。實(shí)現(xiàn)極地?cái)?shù)據(jù)和信息最大價(jià)值的關(guān)鍵之一在于數(shù)據(jù)的流動(dòng)，有流動(dòng)才能活，有流動(dòng)才能不腐，有流動(dòng)才能合作，才能避免“信息孤島”。

第三，形成了協(xié)同工作的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了“三大平臺(tái)”的有機(jī)統(tǒng)一。系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)，共同完成特定的業(yè)務(wù)，這是以前單一系統(tǒng)所不能做到的。

到目前為止，極地“三大平臺(tái)”取得一些階段性的成果，應(yīng)用到了極地管理和決策、極地科學(xué)考察和研究、極地科普和教育等方方面面。如，極地航跡專題應(yīng)用系統(tǒng)初步應(yīng)用到了極地考察船的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理、預(yù)警和指揮等業(yè)務(wù)上；極地考察站專題應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各考察站進(jìn)行監(jiān)控、管理和展示，有利于管理機(jī)關(guān)全面掌握極地考察的情況，跟蹤考察站的工作和科學(xué)考察進(jìn)展，對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)極地考察站的科學(xué)管理，同時(shí)也向廣大公眾宣傳極地科學(xué)考察成果等數(shù)據(jù)產(chǎn)品與服務(wù)方面，“三大平臺(tái)”注重?cái)?shù)據(jù)挖掘和研究，開(kāi)展了極地科學(xué)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，推出了多形式和多層次的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，提高數(shù)據(jù)服務(wù)水平，獲得了良好的社會(huì)反響。

總之，極地“三大平臺(tái)”的建設(shè)，說(shuō)明一套以元數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)引擎、以共享平臺(tái)為樞紐、以極地基礎(chǔ)信息平臺(tái)為后臺(tái)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、以專題系統(tǒng)為應(yīng)用平臺(tái)的極地信息基礎(chǔ)框架基本形成。簡(jiǎn)而言之，極地“三大平臺(tái)”統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)、完善了機(jī)制、整合了資源，應(yīng)用更專業(yè)、服務(wù)更廣泛，效率更高、成本更低。

“三大平臺(tái)”建設(shè)盡管取得了一些階段成果，但信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展一日千里，極地信息應(yīng)用的過(guò)程是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。我們將不斷引入先進(jìn)的技術(shù)，摸索經(jīng)驗(yàn)，深入開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，始終堅(jiān)持極地“三大平臺(tái)”要以極地信息可視化為發(fā)展方向，以O(shè)racle、ArcGIS和Skyline等先進(jìn)軟件為基礎(chǔ)平臺(tái)，以遙感和空間信息為重要研究對(duì)象，以將抽象數(shù)據(jù)形象化、美觀化、科普化為宗旨，逐步進(jìn)行極地地理信息資源收集、分類管理、深入開(kāi)發(fā)和綜合利用，擴(kuò)大地理信息資源的收集范圍，提高數(shù)據(jù)的精度，特別是要提高地理信息產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)深度和廣度，提升空間數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用的范圍和等級(jí)，爭(zhēng)取用5～10年的時(shí)間逐步建成極地空間信息、極地遙感數(shù)據(jù)以及極地科學(xué)數(shù)據(jù)的加工和處理基地、存儲(chǔ)和管理中心、發(fā)布和共享中心、應(yīng)用和服務(wù)中心，廣泛采集和收集空間數(shù)據(jù)資源，完善極地空間應(yīng)用技術(shù)流程，同時(shí)開(kāi)展人員培養(yǎng)和引進(jìn)，健全空間信息應(yīng)用的機(jī)制建設(shè)，建成功能完備的極地地理信息中心，為極地考察的管理、科研和科普打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著“數(shù)字地球”“數(shù)字城市”的概念和技術(shù)日益成熟，建立“數(shù)字極地”也成為可能，這也是極地“三大平臺(tái)”的建設(shè)目標(biāo)之一。“三大平臺(tái)”是“數(shù)字極地”的基石，“數(shù)字極地”是“三大平臺(tái)”的集成、完善和應(yīng)用。

極地“三大平臺(tái)”和“數(shù)字極地”建設(shè)，不能單純從數(shù)據(jù)和信息本身出發(fā)，而應(yīng)當(dāng)圍繞國(guó)家實(shí)現(xiàn)國(guó)際極地強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略思路，真正實(shí)現(xiàn)極地管理決策的科學(xué)化、應(yīng)急響應(yīng)的快速化，為國(guó)家在全球氣候變化、極地權(quán)益維護(hù)、兩極資源利用、極地環(huán)境評(píng)價(jià)、公眾極地意識(shí)等方面的重大需求提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。