基于GIS的海上艦船圖像檢索系統(tǒng)研究

張建輝，翟偉康

(國(guó)家海洋信息中心天津300171)

一、引 言

根據(jù)《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》，我國(guó)主張管轄的海域面積300萬km2，約為我國(guó)陸地面積的三分之一，擁有18 000多千米的漫長(zhǎng)海岸線和約6500多個(gè)管轄島嶼［1］。近些年來，我國(guó)的海洋權(quán)益正遭到日益嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，還存在著與所有海上周邊國(guó)家之間復(fù)雜的海上劃界問題和涉外海洋調(diào)查與科研項(xiàng)目的綜合管理等問題［2］。

海洋權(quán)益問題事關(guān)國(guó)家的根本利益。中國(guó)海監(jiān)作為我國(guó)海上維權(quán)執(zhí)法的重要力量，承擔(dān)著維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，保障海上安全的神圣使命。自2006年起，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)海監(jiān)先建立了全海域定期維權(quán)巡航制度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)生在我國(guó)管轄海域各類侵權(quán)行為的有效監(jiān)管。近年來，各省級(jí)海監(jiān)機(jī)構(gòu)也逐步參與到海洋維權(quán)巡航執(zhí)法中，中國(guó)海監(jiān)海上維權(quán)執(zhí)法力量得到進(jìn)一步增強(qiáng)。

但是，海上維權(quán)執(zhí)法環(huán)境的惡劣，執(zhí)法海域的廣闊，以及執(zhí)法裝備信息化程度不高，非法侵權(quán)對(duì)象多樣，且具有突發(fā)性、流動(dòng)性和不確定性等，都對(duì)海監(jiān)執(zhí)法人員進(jìn)行快速識(shí)別、有效應(yīng)對(duì)和科學(xué)決策造成很大困難。因此，加強(qiáng)3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)在中國(guó)海監(jiān)維權(quán)執(zhí)法中的應(yīng)用與研究，對(duì)加快提高一線維權(quán)執(zhí)法人員對(duì)侵權(quán)目標(biāo)的識(shí)別發(fā)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)跟蹤和監(jiān)視取證能力就顯得十分重要。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則

系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是：針對(duì)海洋維權(quán)執(zhí)法一線工作實(shí)際需要，基于GIS技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)開發(fā)船載海洋維權(quán)執(zhí)法系統(tǒng)，建設(shè)海洋礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、海洋維權(quán)專題數(shù)據(jù)庫(kù)、海上艦船圖片數(shù)據(jù)庫(kù)和海洋維權(quán)執(zhí)法應(yīng)急預(yù)案庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法侵權(quán)對(duì)象的快速識(shí)別、跟蹤監(jiān)視和科學(xué)處置，以全面提升中國(guó)海監(jiān)海上維權(quán)的執(zhí)法水平和監(jiān)管能力。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行需實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)和統(tǒng)一管理，并堅(jiān)持以下原則。

1)總體規(guī)劃，分步實(shí)施。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃應(yīng)立足高起點(diǎn)，并結(jié)合需求著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)行總體規(guī)劃;實(shí)施過程應(yīng)根據(jù)總體目標(biāo)和階段目標(biāo)進(jìn)行分步建設(shè)，有序推進(jìn)。

2)技術(shù)先進(jìn)，安全可靠。系統(tǒng)建設(shè)要充分利用最新信息技術(shù)開展集成與應(yīng)用研究，保證系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)先進(jìn);按照系統(tǒng)使用和管理要求，嚴(yán)格確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、信息存儲(chǔ)和傳輸安全。

3)需求引導(dǎo)，注重實(shí)用。以中國(guó)海監(jiān)維權(quán)執(zhí)法需求為引導(dǎo)，緊密結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)，系統(tǒng)建設(shè)注重功能實(shí)用、界面友好、便于維護(hù)。

4)標(biāo)準(zhǔn)一致，易于擴(kuò)充。系統(tǒng)建設(shè)要遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范，進(jìn)行開放式設(shè)計(jì)，既考慮系統(tǒng)的整體性、開放性，又考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，便于系統(tǒng)升級(jí)。

三、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的特殊性，為保證整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行安全、通信穩(wěn)定和響應(yīng)迅速，系統(tǒng)建設(shè)采用C/S模式［3］。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為4層，從下至上分別為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、功能層、應(yīng)用層和用戶層，如圖1所示。

1)數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的核心資源，系統(tǒng)所有查詢?yōu)g覽、應(yīng)急處置和運(yùn)算分析都是在數(shù)據(jù)層上進(jìn)行的。它由海洋基礎(chǔ)地理信息庫(kù)和海洋執(zhí)法業(yè)務(wù)庫(kù)構(gòu)成。其中，海洋執(zhí)法業(yè)務(wù)庫(kù)包括艦船標(biāo)準(zhǔn)圖像庫(kù)、執(zhí)法案例、執(zhí)法預(yù)案庫(kù)、視頻信息庫(kù)等，主要結(jié)合歷年來海洋執(zhí)法監(jiān)察信息，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和入庫(kù)等工作，將歷史數(shù)據(jù)集成到一起，作為執(zhí)法系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)［4］。系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2005，并通過ArcSDE中間件實(shí)現(xiàn)所有空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理;多媒體信息以文件夾形勢(shì)存儲(chǔ)在服務(wù)器固定位置。

2)服務(wù)層主要向系統(tǒng)功層提供組件、接口或中間件服務(wù)，是系統(tǒng)功能層的基礎(chǔ)，系統(tǒng)所有應(yīng)用功能包括空間定位、空間分析、圖像檢索、實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息查詢等功能，都是基于這一層實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)層的訪問通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)海洋空間地理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理通過ArcSED中間件進(jìn)行，對(duì)其相關(guān)多媒體數(shù)據(jù)或關(guān)聯(lián)外部屬性數(shù)據(jù)則通過唯一ID號(hào)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)操作;對(duì)外部屬性數(shù)據(jù)直接通過.NetADO實(shí)現(xiàn)查詢和管理。

3)功能層主要是根據(jù)用戶的應(yīng)用需求，基于服務(wù)層提供的相關(guān)接口、組件或服務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)功能，主要包括地圖量算、空間定位、應(yīng)急分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)案管理和法規(guī)信息管理等功能。

4)用戶層包括系統(tǒng)最終使用的所有人員。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

四、系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要功能包括地圖操作、空間定位、應(yīng)急分析、圖像檢索和法規(guī)信息查詢5部分。

1.地圖操作

系統(tǒng)地圖操作是系統(tǒng)的基本功能，包括地圖放大、縮小、平移、全圖;量算功能全部在地球橢球體上基于WGS-84坐標(biāo)系進(jìn)行，包括距離量算、面積量算和方位連算;地圖標(biāo)注功能有添加標(biāo)注、移動(dòng)標(biāo)注和旋轉(zhuǎn)標(biāo)注;制圖打印功能包括版圖設(shè)計(jì)、圖片輸出和打印輸出。

2.空間定位

空間定位是系統(tǒng)主要功能之一。系統(tǒng)利用GIS顯示平臺(tái)，通過手動(dòng)輸入、鼠標(biāo)選取和GPS等多種方式實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件在地圖上快速定位和動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)事件發(fā)展全過程的有效監(jiān)控，為實(shí)施應(yīng)急處置和決策分析提供可視化的綜合管理平臺(tái)。

3.應(yīng)急分析

應(yīng)急分析是本系統(tǒng)的核心功能之一。系統(tǒng)可對(duì)突發(fā)海洋權(quán)益事件進(jìn)行地圖空間定位，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前位置與領(lǐng)海基線、領(lǐng)海線和海上邊界線等目標(biāo)信息之間距離和方位;然后根據(jù)突發(fā)事件的所處空間位置、事件性質(zhì)和事件級(jí)別，在系統(tǒng)應(yīng)急資源庫(kù)中進(jìn)行相關(guān)預(yù)案庫(kù)自動(dòng)匹配，如果有相應(yīng)預(yù)案，則調(diào)出。同時(shí)根據(jù)需要，還可在地圖上將事發(fā)位置一定范圍內(nèi)的重要通道、海上設(shè)施和海上警戒區(qū)等信息檢索出來，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，制作專題示意圖，為相關(guān)用戶提供可視化的分析結(jié)果。某海上突發(fā)事件位置距周邊國(guó)家領(lǐng)?；€的距離和方位示意圖，如圖2所示。

圖2 事件應(yīng)急分析

4.圖像檢索

艦船圖像檢索是系統(tǒng)的主要功能之一。通過對(duì)周邊海洋國(guó)家及世界主要海洋強(qiáng)國(guó)相關(guān)的艦船信息進(jìn)行搜集和整理，并按照艦船所屬國(guó)家、艦船級(jí)別進(jìn)行分類和入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了海里圖像信息的快速檢索和比對(duì)分析，為海洋執(zhí)法有效識(shí)別違法對(duì)象、科學(xué)采取處置措施提供信息支持。圖3所示為艦船圖像檢索功能。

圖3 事件應(yīng)急分析

5.法規(guī)信息查詢

法規(guī)信息查詢主要包括全國(guó)人大、國(guó)務(wù)院、涉海部委等機(jī)構(gòu)公布海洋行政執(zhí)法相關(guān)的法律法規(guī)、執(zhí)法案例和相關(guān)大事記。通過該模塊功能可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息查詢檢索和和全文瀏覽。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于GIS的海上艦船圖像檢索系統(tǒng)緊密結(jié)合了海洋執(zhí)法工作的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了海洋基礎(chǔ)地理空間信息、艦船圖像信息以及執(zhí)法業(yè)務(wù)管理信息的一體化存儲(chǔ)和可視化管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上違法目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤和有效監(jiān)控。實(shí)踐證明該系統(tǒng)發(fā)揮出了GIS的優(yōu)勢(shì)，提高了海洋執(zhí)法人員的工作效率和快速反應(yīng)能力。

［1］吳強(qiáng)，趙勝汝.海洋權(quán)益維護(hù)執(zhí)法對(duì)策分析［J］.海洋開發(fā)與管理，2004(4)：38-43.

［2］李四海，金繼業(yè).海洋權(quán)益維護(hù)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.海洋測(cè)繪，2006，26(3)：55-58.

［3］張建輝，夏春林，崔艷軍，等.基于圖片引擎技術(shù)的接處警GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2008(2)：59-61.

［4］沈丹宇.海島執(zhí)法信息系統(tǒng)建設(shè)芻議［J］.海洋開發(fā)與管理，2010，27(7)：17-19.