港口地理信息系統(tǒng)中的全景三維與動(dòng)態(tài)演示

朱全和 姚曉偉

港口是地理要素分布異常復(fù)雜的空間區(qū)域，不僅包括市政基礎(chǔ)設(shè)施，也包括航道、港池、泊位、港口機(jī)械、物流堆場等港口特有設(shè)施。建立港口地理信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“數(shù)字港口”最為關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容。

1 概述

港口是具有水陸聯(lián)運(yùn)設(shè)備和條件，供船舶安全進(jìn)出和停泊的運(yùn)輸樞紐。我國港口城市包括三部分:沿海港口城市，以上海、廣州、?？诤痛筮B、天津?yàn)橹行?，連接營口、錦州、秦皇島、青島、連云港、寧波、溫州、福建、廈門、汕頭、湛江、北海、欽州、防城和三亞等中等城市，以及安東、黃驊、龍口、威海衛(wèi)、日照、象山、三都澳、湄州灣等中小城市。中國港口建設(shè)重點(diǎn)圍繞煤炭、集裝箱、鐵礦石、滾裝、原油等貨物的運(yùn)輸，集中精力建設(shè)了大連、天津、青島、上海、寧波、廈門和深圳等一批重要港口。

2 港口地理要素組成

港口通常由水域和陸域兩部分組成:

1)水域主要包括航道、港池、泊位、錨地等水上區(qū)域范圍，一般有航標(biāo)、燈塔、航道邊界等要素;2)陸域主要包括供貨物裝卸、堆存、轉(zhuǎn)運(yùn)和旅客集散之用的陸地面積，一般分布著復(fù)雜的鐵路、道路、管道等市政基礎(chǔ)設(shè)施，還會(huì)布置裝卸機(jī)械、物流堆場、倉庫、停車場、變電站等特殊設(shè)施?？傮w而言，港口是一個(gè)地理要素種類繁雜、形式多樣的水陸復(fù)合區(qū)域。

3 港口GIS現(xiàn)狀與問題

3． 1 建設(shè)現(xiàn)狀

港口管理部門重硬件資源建設(shè)、輕軟件信息建設(shè)。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊設(shè)施等與發(fā)達(dá)國家的差距不大但缺少軟件的支持，尤其是自主開發(fā)的適合本港、本地區(qū)、本國的航運(yùn)調(diào)度、物流管理的各層次的軟件，以信息技術(shù)為主導(dǎo)的電子物流調(diào)度機(jī)制相當(dāng)薄弱。由于各港口社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境條件不一，港口GIS建設(shè)起始時(shí)間、系統(tǒng)規(guī)劃和主導(dǎo)管理部門以及系統(tǒng)開發(fā)模式、系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用水平都有較大差異。GIS在國土、城市、減災(zāi)、物流、海洋、電力、農(nóng)林、公共管理、環(huán)保等行業(yè)得到充分應(yīng)用和發(fā)展的時(shí)候，在交通行業(yè)(GIS在公路、航空上應(yīng)用較多)尤其是港口的應(yīng)用還很不成熟和完善。

3． 2 存在問題

近幾年，全國各大港口都在規(guī)劃和建設(shè)自己的地理信息系統(tǒng)，但是在GIS建設(shè)中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在:

因?yàn)闆]有建立專門的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，協(xié)調(diào)系統(tǒng)上下位關(guān)系以及橫向并列關(guān)系，導(dǎo)致數(shù)據(jù)建設(shè)與應(yīng)用建設(shè)脫節(jié)或完全不加區(qū)分，數(shù)據(jù)共享機(jī)制缺乏技術(shù)保障，人力資源建設(shè)不足，投資和管理機(jī)制不健全，系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)環(huán)節(jié)薄弱等一系列問題。

3． 3 管理體制

目前，大部分港口都是由各港口規(guī)劃部門組織港口GIS具體的需求分析、項(xiàng)目指南發(fā)布和招投標(biāo)管理、項(xiàng)目管理和進(jìn)度監(jiān)督等。這種以規(guī)劃管理部門為發(fā)起和主導(dǎo)單位的系統(tǒng)建設(shè)模式，已在我國大部分港口GIS建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，并且優(yōu)勢明顯。像上海港、天津港和寧波港GIS系統(tǒng)在規(guī)劃部門牽頭下，組成包括使用單位、信息管理部門以及相關(guān)開發(fā)商和數(shù)據(jù)商的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)建設(shè)和運(yùn)行管理，取得了成功，是目前值得借鑒的一種項(xiàng)目組織和開發(fā)管理方式。

3． 4 港口GIS建設(shè)啟示

1)統(tǒng)一規(guī)劃管理是港口GIS建設(shè)的保障;2)制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是港口GIS建設(shè)的基礎(chǔ);3)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)是港口GIS建設(shè)的手段;4)全面推廣系統(tǒng)應(yīng)用和提升使用水平是港口GIS建設(shè)的根本;5)健全系統(tǒng)維護(hù)和運(yùn)行機(jī)制是港口GIS建設(shè)的關(guān)鍵;6)后續(xù)深度開發(fā)和逐步形成港口信息化產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)歉劭贕IS建設(shè)的延伸。

4 港口GIS需求和關(guān)鍵技術(shù)

4． 1 港口信息化需求

4．1．1 港口最基本信息化需求

1)門戶網(wǎng)站;2)企業(yè)辦公自動(dòng)化;3)招商引資地理信息系統(tǒng);4)港口基礎(chǔ)數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng);5)港口總體規(guī)劃地理信息系統(tǒng)。

4．1．2 港口規(guī)劃建設(shè)中需求

1)港口規(guī)劃演示地理信息系統(tǒng);2)港口工程建設(shè)地理信息系統(tǒng);3)港口地質(zhì)勘察信息管理系統(tǒng);4)港口海域使用管理信息系統(tǒng);5)港口地下管線地理信息系統(tǒng);6)港區(qū)地籍管理信息系統(tǒng);7)港口航標(biāo)燈塔管理系統(tǒng)。

4．1．3 港口運(yùn)營管理中需求

1)港口規(guī)劃土地管理系統(tǒng);2)港口電力系統(tǒng)管理平臺(tái);3)港口公安地理信息系統(tǒng);4)港口航道水深信息管理系統(tǒng);5)港口船舶調(diào)度引航信息系統(tǒng);6)港口集裝箱自動(dòng)報(bào)單系統(tǒng);7)港口物流倉儲(chǔ)管理信息系統(tǒng);8)港口環(huán)境保護(hù)地理信息系統(tǒng);9)港口危險(xiǎn)源識(shí)別信息系統(tǒng);10)港務(wù)市政基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng);11)港口潮汐海浪預(yù)報(bào)系統(tǒng);12)港口海事應(yīng)急指揮支持系統(tǒng)。

4． 2 港口 GIS關(guān)鍵技術(shù)［1］

1)多源海量數(shù)據(jù)處理集成技術(shù);2)元數(shù)據(jù)庫建設(shè)和元數(shù)據(jù)發(fā)布;3)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)可視化應(yīng)用技術(shù);4)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布訪問與安全共享技術(shù);5)GPS導(dǎo)航定位與GIS綜合應(yīng)用;6)三維虛擬仿真建模;7)港口專家知識(shí)輔助決策系統(tǒng);8)水下地形自動(dòng)建模技術(shù)。

5 數(shù)字港口數(shù)字水運(yùn)

數(shù)字港口是繼“數(shù)字地球”“數(shù)字城市”等概念提出以后，港航管理部門在信息化時(shí)代的大背景下提出的一個(gè)新概念。天津港信息中心馬平文主任曾指出:數(shù)字港口包括港口基礎(chǔ)設(shè)施管理數(shù)字化、港口運(yùn)營管理數(shù)字化、港口生產(chǎn)作業(yè)數(shù)字化、港口服務(wù)管理數(shù)字化等內(nèi)容。相應(yīng)于數(shù)字港口，數(shù)字水運(yùn)是指運(yùn)用現(xiàn)代軟硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)，對(duì)內(nèi)河航道、海運(yùn)航道以及航道沿線港口、樞紐等要素進(jìn)行全面的多源數(shù)據(jù)采集與集成，構(gòu)建共享數(shù)據(jù)庫和圖形顯示、仿真模擬、管理應(yīng)用系統(tǒng)，用以指導(dǎo)航道建設(shè)、航運(yùn)管理、科學(xué)研究、輔助決策等［2］。

6 全景三維與動(dòng)態(tài)演示

6． 1 港口全景三維

港口全景三維信息系統(tǒng)在原有傳統(tǒng)城市三維的基礎(chǔ)上，加入港口航道、港池、泊位等水域的水下三維地形模型，形成港區(qū)陸上、水下立體場景，并輔以8維度靈活操控和港口航道特殊分析功能，成為港口地理信息的一大特色。

港口全景三維可以展示港區(qū)陸上地理要素和港口水下地形全景景觀，為港區(qū)陸上規(guī)劃管理、建設(shè)成就展示，水下航道施工管理、船舶通航保證、水下地形演變等提供信息化管理工具和科學(xué)研究參考、輔助決策支持。

全景三維關(guān)鍵技術(shù)包括:大場景三維建模技術(shù)，多源海量數(shù)據(jù)集成與管理技術(shù)，水下三維地形快速建模技術(shù)，陸上水下三維空間全景合成與驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

6． 2 港區(qū)規(guī)劃動(dòng)態(tài)演示

港區(qū)規(guī)劃的動(dòng)態(tài)演示是在三維地理信息系統(tǒng)中增加了時(shí)間維度，構(gòu)成了時(shí)空GIS。時(shí)空GIS是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析與顯示地理實(shí)體隨時(shí)間變化信息(或時(shí)空信息)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(簡稱TGIS)［3］。跟蹤和分析空間信息隨時(shí)間的變化，應(yīng)該是GIS的一個(gè)合理目標(biāo)，這就區(qū)別于靜態(tài)GIS，這種GIS被稱為時(shí)態(tài)GIS或TGIS［4］。港區(qū)規(guī)劃動(dòng)態(tài)演示不僅是指在三維場景中動(dòng)態(tài)瀏覽，更是指在港口三維規(guī)劃演示系統(tǒng)中加入時(shí)間維度，把港口各個(gè)時(shí)間的建設(shè)狀態(tài)建模后與特定時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后讓系統(tǒng)沿時(shí)間軸順次演繹港口建設(shè)，直至達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的整個(gè)過程。港區(qū)規(guī)劃動(dòng)態(tài)演示關(guān)鍵技術(shù)包括:加入時(shí)間維的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，時(shí)間軸的引入及與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，建筑模型自動(dòng)建模技術(shù)，精細(xì)模型與自動(dòng)建模模型的替換等。

7 結(jié)語

GIS在港口行業(yè)的應(yīng)用還很不成熟，相比GIS在其他行業(yè)領(lǐng)域的逐漸飽和，GIS在港口還有很大發(fā)展空間。隨著國家對(duì)海洋和航運(yùn)事業(yè)發(fā)展的支持和關(guān)注，港口GIS建設(shè)正迎來最好的發(fā)展時(shí)機(jī)。港口有其獨(dú)有特征，港口GIS發(fā)展應(yīng)基于這些特點(diǎn)開發(fā)出適應(yīng)港口需求的功能。

［1］ 黃鑫樂．?dāng)?shù)字港口基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)初探［J］．港口科技，2006(9):69-73．

［2］ 倪 超．?dāng)?shù)字化港口建設(shè)［J］．水運(yùn)管理，2007(4):125-126．

［3］ 王家耀，魏海平，成 毅，等．時(shí)空GIS的研究與進(jìn)展［J］．海洋測繪，2004(5):85-87．

［4］ 張祖勛，黃明智．時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研討［J］．測繪通報(bào)，1996(1):8．