基于數(shù)字海洋框架的海洋資料整合與共享服務(wù)管理模式淺析＊——以海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目為例

耿姍姍，劉振民，梁建峰，楊錦坤，姜效典，張峰

（1．國家海洋信息中心 天津 300171；2．中國海洋大學(xué) 青島 266100）

多年來，我國已投入了巨額資金對管轄海域及國際海底的部分海域資源和環(huán)境進行了多次大規(guī)模的調(diào)查研究，獲得了大量的海洋科學(xué)數(shù)據(jù)。然而，由于歷史原因，不同歷史時期、不同業(yè)務(wù)體系的海洋資料存儲標準、調(diào)查儀器設(shè)備（觀測精度、訂正、校正值）、采用的計算公式、基準點、基準面及坐標系統(tǒng)等不統(tǒng)一，從而造成不同區(qū)塊、不同年代和不同項目獲取的海洋資料難以融合使用，海洋資料的整體應(yīng)用價值得不到充分的發(fā)揮。為此有必要開展統(tǒng)一規(guī)范的海洋資料整合技術(shù)，但海洋資料整合工作涉及多個管理部門和業(yè)務(wù)單位以及多類型的海洋資料，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

與此同時，我國相關(guān)行業(yè)對海洋環(huán)境、資源、管理和海洋經(jīng)濟開發(fā)利用等海洋科學(xué)數(shù)據(jù)的需求也將越來越大，如何實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的集中管理與高效共享使用已經(jīng)成為海洋工作者亟須解決的重要任務(wù)。

為此，國家海洋局啟動了海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目——“基于數(shù)字海洋的資料整合與共享應(yīng)用服務(wù)示范”，旨在解決上述問題，開展技術(shù)和服務(wù)模式的探索。

1 研究目標

“基于數(shù)字海洋的資料整合與共享應(yīng)用服務(wù)示范”公益項目正是立足于解決海洋資料整合技術(shù)與實現(xiàn)高效統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與共享，利用先進的信息技術(shù)，以我國數(shù)字海洋框架為基礎(chǔ)，實現(xiàn)海洋資料的整合和共享應(yīng)用，充分發(fā)揮海洋資料在海洋經(jīng)濟、海洋綜合管理、海洋科研、社會公眾以及各類專題應(yīng)用等領(lǐng)域的服務(wù)保障能力和對我國社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用。

該項目的主要目的：一是為了研究我國歷史上多種來源、不同觀測手段、不同坐標基準的海洋環(huán)境調(diào)查資料以及目前我國業(yè)務(wù)化觀測的海洋環(huán)境資料整合處理方法，建立海洋環(huán)境資料整合技術(shù)體系，為全面開展我國海洋環(huán)境資料整合奠定技術(shù)基礎(chǔ)；二是為了進一步檢驗資料整合處理的技術(shù)水平，開展整合處理資料成果的環(huán)境信息產(chǎn)品研制；三是利用并行、虛擬化等新技術(shù)，嘗試解決大數(shù)據(jù)量訪問效率低和資料共享使用的問題；四是利用目前我國數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架建設(shè)成果，開展信息共享服務(wù)示范，進一步發(fā)揮我國數(shù)字海洋建設(shè)成果在海洋綜合管理和科學(xué)研究中的重要作用。

2 研究內(nèi)容

“基于數(shù)字海洋的資料整合與共享應(yīng)用服務(wù)示范”項目的研究內(nèi)容主要包括以下幾方面。

2．1 海洋水體環(huán)境資料整合處理技術(shù)研究和產(chǎn)品研制

針對現(xiàn)有的海洋水體環(huán)境資料，充分考慮其來源、獲取手段等特點，編制覆蓋面廣、可操作性強、規(guī)范性嚴的海洋資料的整合技術(shù)標準。在此基礎(chǔ)上開展海洋水體環(huán)境資料整合處理技術(shù)研究，包括海洋水文、海洋氣象資料的標準化，排重，各類質(zhì)量控制方法研究，訂正、平差計算，數(shù)據(jù)質(zhì)量評價及檢驗評估，要素抽取、轉(zhuǎn)換等整合處理技術(shù)研究，以及原始數(shù)據(jù)集、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集和要素數(shù)據(jù)集的整合處理。同時開展海洋環(huán)境地理產(chǎn)品研制，包括西北太平洋區(qū)域海洋水體環(huán)境基本場信息產(chǎn)品的研制、山東近岸區(qū)域基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)更新及重點區(qū)域的三維全景產(chǎn)品制作。形成較為完善的海洋水體環(huán)境資料整合處理和應(yīng)用技術(shù)方法體系以及各類海洋水體環(huán)境與基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品，為海洋綜合管理、應(yīng)急指揮、科研等提供海洋環(huán)境地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品支撐。

2．2 海底資料整合處理技術(shù)研究和產(chǎn)品研制

根據(jù)現(xiàn)有海底資料特點，開展海洋地質(zhì)、地球物理調(diào)查資料處理技術(shù)的標準化建設(shè)，包括建立和完善海洋沉積物粒度分析、黏土礦物分析、年齡測定的標準化技術(shù)、多源異構(gòu)的原始船測信息到基礎(chǔ)地球物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的標準化技術(shù)等。同時開展海洋沉積物地質(zhì)數(shù)據(jù)分析技術(shù)標準化研發(fā)和示范性數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建、海洋多波束測量信息水深地形轉(zhuǎn)換的處理技術(shù)標準化研發(fā)和示范性數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建、海洋重力測量信息布格異常轉(zhuǎn)換的處理技術(shù)標準化研發(fā)和示范性數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建、海洋磁力測量信息異常轉(zhuǎn)換的處理技術(shù)標準化研發(fā)和示范性數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建、多源多時空海洋地球物理資料融合處理技術(shù)標準化研發(fā)和示范性數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建。旨在完善構(gòu)建覆蓋海洋地質(zhì)、地球物理各類調(diào)查資料采集處理技術(shù)體系，為今后相關(guān)數(shù)據(jù)的處理建立依據(jù)。

2．3 海洋資料管理和共享服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

海洋資料管理和共享服務(wù)系統(tǒng)是實現(xiàn)海洋資料高效管理與有效服務(wù)的重要方式，因此建立一套基于并行數(shù)據(jù)庫和虛擬化工作空間的海洋資料管理和共享服務(wù)系統(tǒng)，以適應(yīng)海量數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用需求，同時滿足用戶對海洋資料的高效、安全的應(yīng)用服務(wù)需求，并達到在科研用戶中示范應(yīng)用的目的。通過建立安全、有效的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)在原始數(shù)據(jù)庫層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層、要素數(shù)據(jù)庫層、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫層間的順暢流轉(zhuǎn)和有效存儲管理。同時用戶可通過海洋數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站進入虛擬化工作空間，使用系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行模型運算、產(chǎn)品制作等，在提供高效數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的同時保障數(shù)據(jù)安全。

用戶通過該系統(tǒng)在數(shù)字海洋專網(wǎng)節(jié)點遠程檢索，使用該系統(tǒng)提供的全部海洋基礎(chǔ)資料。同時，用戶可利用系統(tǒng)的計算環(huán)境，制作專屬數(shù)據(jù)成果和產(chǎn)品，并通過系統(tǒng)向管理員提交下載申請，審核通過后，可將成果和產(chǎn)品下載到本地客戶端使用。

2．4 基于數(shù)字海洋傳輸共享技術(shù)研究與信息共享服務(wù)系統(tǒng)研制

開展各類海洋資料共享服務(wù)建設(shè)，需要建立有效的數(shù)據(jù)交換渠道。基于數(shù)字海洋框架的互聯(lián)技術(shù)，使多個業(yè)務(wù)節(jié)點實現(xiàn)即時資料的共享服務(wù)。通過已建設(shè)的數(shù)字海洋框架的系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)接口和應(yīng)用服務(wù)接口，集成海洋環(huán)境與地理信息、要素數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，開發(fā)具有并行數(shù)據(jù)高速檢索、ETL（數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載）、可視化表達和產(chǎn)品、在線即時分發(fā)服務(wù)等功能的海洋信息共享服務(wù)系統(tǒng)，并基于此系統(tǒng)開發(fā)海洋災(zāi)害應(yīng)急專題信息服務(wù)系統(tǒng)，為海洋災(zāi)害（突發(fā)事件及自然災(zāi)害）應(yīng)急提供綜合信息產(chǎn)品服務(wù)［1］。

2．5 海洋綜合管理信息服務(wù)示范應(yīng)用

根據(jù)山東省海洋管理部門應(yīng)用示范的需求，首先開展基于“數(shù)字海洋”信息基礎(chǔ)框架和海洋信息共享服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)接口改建工作，進行應(yīng)用中間件開發(fā)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)改造，實現(xiàn)山東省海洋綜合管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)自動化獲取海洋環(huán)境與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)；再通過數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架、海洋信息共享服務(wù)系統(tǒng)和海洋防災(zāi)減災(zāi)專題應(yīng)用，獲取數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。由此實現(xiàn)在海域管理、海洋經(jīng)濟、海洋環(huán)保、防災(zāi)減災(zāi)等海洋管理業(yè)務(wù)工作中對海洋環(huán)境與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的共享應(yīng)用，并對系統(tǒng)運行及共享應(yīng)用效果進行評估，為其他沿海省、市、自治區(qū)海洋管理部門海洋環(huán)境與基礎(chǔ)地理信息共享提供示范（圖1）。

圖1 海洋資料整合與共享服務(wù)研究內(nèi)容

3 創(chuàng)新點

（1）建立完善海洋資料整合處理標準規(guī)范，按照面向應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)組織模式，改造現(xiàn)有檔案式管理模式的數(shù)據(jù)，建立以要素為索引的整合數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)品。

（2）建立基于并行數(shù)據(jù)庫的海量數(shù)據(jù)存儲、查詢和運算體系，提高大數(shù)據(jù)量快速處理能力。

（3）采用虛擬化技術(shù)為用戶提供海洋綜合管理和科研的數(shù)據(jù)應(yīng)用工作空間，在滿足數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ)上為用戶提供高效的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

（4）建立海岸帶全景三維模型，實現(xiàn)基于三維球體模型的高分辨率和多視角實景影像以及背景場、實時數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化快速調(diào)用和訪問。

4 海洋環(huán)境與基礎(chǔ)地理資料共享實現(xiàn)技術(shù)方法

通過海洋資料整合技術(shù)研究，研制資料整合管理制度和海洋水文、氣象、地質(zhì)、地球物理資料的整合技術(shù)規(guī)程?；跀?shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架，結(jié)合現(xiàn)有的業(yè)務(wù)體系，利用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通技術(shù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，對匯集、接收的海洋環(huán)境和基礎(chǔ)地理資料開展數(shù)據(jù)整合處理技術(shù)研究和應(yīng)用，在資料整合的基礎(chǔ)上，初步形成原始數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、要素數(shù)據(jù)集和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理體系，并構(gòu)建海洋環(huán)境與基礎(chǔ)地理資料共享服務(wù)示范系統(tǒng)，面向政府機構(gòu)、高校單位等用戶開展示范應(yīng)用?？傮w流程如圖2所示。

圖2 海洋資料整合與共享服務(wù)總體技術(shù)流程

從項目內(nèi)容結(jié)構(gòu)和各項工作之間的前后邏輯關(guān)系上，總體技術(shù)流程包括以下幾個環(huán)節(jié)。

（1）開展資料整合技術(shù)研究，包括資料的標準化處理、排重技術(shù)的研制、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)研究、訂正平差計算、數(shù)據(jù)質(zhì)量評價及檢驗評估、要素抽取轉(zhuǎn)換技術(shù)研究。開展示范性海洋信息產(chǎn)品的研制工作，包括插值方法、統(tǒng)計分析方法、客觀分析方法等統(tǒng)計方法的研制，以及不同類型不同分辨率產(chǎn)品的制作。建立海洋資料整合標準規(guī)范體系。對整合處理后資料，按照級別，分別建成原始數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、要素數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。

（2）基于并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及虛擬化應(yīng)用研究，建立多層次海洋環(huán)境與地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，研發(fā)海洋資料共享門戶軟件，為科研用戶搭建一個包括原始數(shù)據(jù)集、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集、要素數(shù)據(jù)集、產(chǎn)品數(shù)據(jù)集，訪問高效、安全可控，又方便共享使用的用戶工作空間。

（3）通過研究并引入當今最新的數(shù)據(jù)集成管理與數(shù)據(jù)共享技術(shù)，連接數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架現(xiàn)有數(shù)據(jù)倉庫作為信息共享服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的主要數(shù)據(jù)來源，并集成資料整合的要素數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)信息產(chǎn)品在線申請、審批、下載功能模式的整合，建立信息共享服務(wù)系統(tǒng)［2］。

（4）開展海洋業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)研究和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)研發(fā)，調(diào)研試點專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)備、節(jié)點接入等情況，對網(wǎng)間互連技術(shù)進行研究。以數(shù)字海洋專網(wǎng)為基礎(chǔ)，配置網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備，設(shè)置網(wǎng)間互聯(lián)管理節(jié)點，實現(xiàn)業(yè)務(wù)化海洋觀測、監(jiān)測資料的匯集、接收，為海洋資料整合工作提供資料基礎(chǔ)［3］。

（5）利用信息共享服務(wù)系統(tǒng)，以山東省內(nèi)海洋業(yè)務(wù)系統(tǒng)為試點開展海洋綜合管理應(yīng)用示范，并根據(jù)試點節(jié)點反饋意見，對海洋信息共享服務(wù)系統(tǒng)運行效果進行評估，改進應(yīng)用方式手段，提高數(shù)據(jù)共享效率，為全國其他沿海省、市、自治區(qū)海洋管理部門使用海洋信息共享系統(tǒng)提供示范。

5 小結(jié)

（1）本項目建立了規(guī)范的多源海洋資料整合技術(shù)體系，首先從資料整合技術(shù)與管理的標準規(guī)范入手，著重開展了各類典型的海洋環(huán)境與地理信息數(shù)據(jù)整合技術(shù)的研究，同時對海洋資料進行了系統(tǒng)的分類，包括原始數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、要素數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)。對于科學(xué)、合理的管理我國海洋資料具有較高的借鑒意義。

（2）將并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)運用到海量海洋環(huán)境與地理信息數(shù)據(jù)的處理與管理工作中，并利用虛擬技術(shù)構(gòu)建用戶虛擬運行環(huán)境，用戶利用遠程虛擬桌面在服務(wù)器提供的虛擬空間進行數(shù)據(jù)應(yīng)用，既保證了所有數(shù)據(jù)均未脫離服務(wù)器，又使用戶在授權(quán)后可方便地獲取運行結(jié)果。這是有效實現(xiàn)我國海洋資料集中管理、充分共享的新模式，對于發(fā)揮資料的應(yīng)用價值具有重要意義。

（3）基于數(shù)字海洋球體系統(tǒng)建立高精度、大區(qū)域海岸帶三維全景數(shù)據(jù)模型，使海洋綜合管理者脫離傳統(tǒng)抽象的二維海岸帶場景，真正具有現(xiàn)場感、臨近感的工作狀態(tài)，大大提高海洋綜合管理的有效性、準確性和時效性。這是實現(xiàn)我國精細化海洋綜合管理的有效途徑。

（4）該項目構(gòu)建基于數(shù)字海洋框架的海洋資料共享服務(wù)示范系統(tǒng)將有效推進我國海洋數(shù)據(jù)共享服務(wù)，其工作思路與運用的技術(shù)手段，可為同行業(yè)相關(guān)研究起到示范與參考作用。

［1］蔣冰，高通，冷科明，等．深圳市數(shù)字海洋建設(shè)淺析［J］．海洋開發(fā)與管理，2013，30（7）：40－42．

［2］石綏祥，雷波．中國數(shù)字海洋：理論與實踐［M］．北京：海洋出版社，2011．

［3］張峰，金繼業(yè)．我國數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架建設(shè)進展［J］．海洋信息，2012（2）：1．